KR101883167B1 - 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법으로 보다 상세하게는 하부 구조물 설치단계, 교대 설치단계, 교각 설치단계, 정착장치 설치단계, 케이블 고정 설치단계 및 상부 구조물 설치단계로 구성되며, 정착장치에 고대 또는 교각과 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블과, 교각과 또 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블이 설치되어 교대와 교각 상부의 변위를 작게하고, 지진 발생시 순간 긴장력 전달의 힘을 감소시켜 교량의 파괴를 방지하는 효과가 있다.
또한 나선형 보강재를 교각에 결속시켜 교각 기초의 내하력에 악영향을 끼치지 않으면서, 내진 성능이 크게 향상될 수 있으며, 상기 교각 둘레에 섬유를 래핑(Wrapping)하고 섬유보강 수지 판넬을 설치하여, 교각의 진동에 의한 균열방지, 각종 공해로 인한 중성화 방지, 수류에 의한 침식방지 및 염해에 의한 부식방지로 강도와 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법{bridge structure seismic reinforcement method using cable}

본 발명은 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법으로 보다 상세하게는 하부 구조물 설치단계, 교대 설치단계, 교각 설치단계, 정착장치 설치단계, 케이블 고정 설치단계 및 상부 구조물 설치단계로 구성되며, 케이블을 정착장치에 설치하여 지진시 순간 긴장력 전달의 힘에 의해 교량의 파괴를 방지하는 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법에 관한 것이다.

우리나라에서는 옛날부터 지진에 대하여 안전지대라고 생각되어 왔으나, 근래에 경주와 포항에서 발생한 높은 진도의 지진을 경험하고, 동서로 이어지는 단층지대가 많아 지진에 대하여 안전지대가 아니라는 주장이 학계로부터 꾸준히 제기되어 현재에는 6층 이상의 건축물과 교량에 대한 내진 설계가 의무화되고 있다.

교량이 지진하중을 받게 되면 교량 자체의 사하중 및 교통하중에 의한 수직하중뿐만 아니라 지진에 의한 수직 및 수평하중이 추가되게 된다. 이때 내진설계가 이루어지지 않은 교량은 지진의 수평하중에 저항하지 못하고 파괴에 이르게 된다. 특히, 교량에 있어서의 교각은 대표적인 압축부재로 내진설계를 하지 않을 경우 교각의 파괴로 인한 상부구조물의 붕괴로 큰 피해를 가져오게 된다.

이에 따라 지진에 의한 외부 충격 및 진동에 효과적으로 대응하면서, 내진성능을 개선하여 상부구조물의 붕괴를 막을 수 있도록 에폭시를 이용하거나 또는 앵커를 이용하여 교각의 단면을 확대하여 교량을 보수보강함으로 교량의 하중 지지력을 증가 시키는 방법을 사용하는 방법등을 사용하여 왔으나 외부의 기후 차이에 민감하게 작용하여 시간이 흐르면서 수지의 접착력 저하로 인해 본래의 목적을 달성하기 어려운 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해결하고자 교량의 상부 구조물과 교각의 파괴를 막기 위한 다양한 방법이 제안되었던 바, 다음과 같은 기술이 제안되었다.

상기 제안된 기술은 와이어로프를 이용한 낙교방지장치(한국등록특허공보 제10-0788941호(2007.12.18.))로서, 다수개가 일정간격으로 세워져 있는 교각들의 상면부에 각각 횡방향으로 나란히 설치된 다수개의 교량용 거더들을 와이어로프로 고정하여 낙교를 방지하는 장치에 있어서, 상기 교각 상면부의 일측에 거치된 교량용 거더의 일측끝단에 천공되어 있는 인양홀을 통해 관통삽입되어 양 끝단이 각각 교각 상부의 코핑부 타측외주면을 감싸 상기 교각과 상기 교량용 거더를 고정하는 제 1와이어로프와, 상기 교각 상면부의 타측에 거치된 교량용 거더의 타측끝단에 천공되어 있는 인양홀을 통해 관통삽입되어 양 끝단이 각각 교각 상부의 코핑부 일측외주면을 상기 제 1와이어로프와 교차되면서 감싸 상기 교각과 상기 교량용 거더를 고정하는 제 2 와이어로프 및 상기 교각 상부의 코핑부의 모서리부분에 설치되어 상기 제 1, 2와이어로프를 가이드하면서 그 끝단을 고정유지시키는 모서리가이드부재를 포함하는 것이다.

상기 선행기술은 교각의 안정성을 그대로 유지하면서 지진이나 홍수시 진동 및 미끌림 현상에 의한 교량 상판 구조물의 낙교를 방지할 수 있고, 온도변화와 교량 상판 구조물의 유동에 의한 와이어로프의 신축시에도 상기 코핑부의 모서리부분에 설치되어 와이어로프를 가이드하는 모서리가이드부재에 의해 와이어 로프가 마모되지 않아 장기간 사용시에도 안전성이 크게 향상될 수 있으나, 와이어로프를 다수개의 거더들과 고정한다는 점에서 본 발명과 일부 차이가 있다.

와이어로프를 이용한 낙교방지장치(한국등록특허공보 제10-0788941호(2007.12.18.))

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 정착장치에 교대 또는 교각과 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블과, 상기 교대 또는 교각과 또 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블이 설치되는 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 나선형 보강재를 교대 또는 교각에 결속시키는 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 보강하고자 하는 교대 또는 교각 둘레에 섬유를 래핑(Wrapping)하고 섬유보강 수지 판넬을 설치하는 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하고 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법은 설치할 지반에 하부 구조물을 설치하는 하부 구조물 설치단계(S100);

상기 하부 구조물이 설치된 장소의 양 끝에 교대(100)를 설치하는 교대 설치단계(S200);

상기 설치된 교대(100) 사이에 복수개의 교각(200)이 설치되는 교각 설치단계(S300);

상기 설치된 교대(100) 또는 교각(200)의 상부면에 복수개의 정착장치(300)를 설치하는 정착장치 설치단계(S400);

상기 설치된 정착장치(300)에 케이블(400)을 고정하여 설치되는 케이블 고정 설치단계(S500); 및

상기 교대(100) 또는 교각(200)의 상부로 상부 구조물을 설치하는 상부 구조물 설치단계(600);로 구성되되,

상기 정착장치(300)는 교대(100) 또는 교각(200)의 상부면에 “ㄷ”형상으로 설치되며, 케미칼액을 도포하여 고정시킨다.

상기 케이블(400)은 정착장치(300)간 사이 고정설치시, 처짐이 발생하지 않을 정도의 장력으로 고정시킨다.

상기 정착장치(300)는 교대(100) 또는 교각(200)과 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블(400)과, 상기 교대(100) 또는 교각(200)과 또 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블(400)이 교차되어 설치된다.

상기 교대(100) 또는 교각(200)은 기초 부위까지 터파기를 진행하며, 교대(100) 또는 교각(200) 표면을 치핑하여 면정리를 수행하고, 둘레를 따라 일정 간격으로 다수개의 수직 배근용 나선형 보강재를 수직으로 고정 설치하며, 교대(100) 또는 교각(200) 및 상기 다수개의 수직 배근용 나선형 보강재를 따라 상기 교대(100) 또는 교각(200) 기초의 상면으로부터 나선 모양으로 서로 일정 간격을 두고 나선 권취용 나선형 보강재를 권취하여 감아 올리고, 상기 다수의 수직 배근용 나선형 보강재 및 상기 나선 권취용 나선형 보강재가 배근된 시공부 둘레로 거푸집을 설치하며, 내부에 콘크리트 모르타르를 타설하고, 일정 기간 경과 후 콘크리트 모르타르의 고형화가 완료되면 상기 거푸집을 제거할 수 있다.

상기 교대(100) 또는 교각(200)은 보강하고자 하는 둘레에 따라 보강섬유를 소종의 두께로 밀착되게 래핑(Wrapping)하며, 상기 래핑된 보강섬유의 외측으로 교대(100) 또는 교각(200)의 둘레에 결합할 수 있는 한쌍의 섬유보강 판넬을 감싸서 고정하고, 상기 섬유보강 판넬들의 이음 부위를 씨일 링한 후, 섬유보강 판넬을 통해 보강 섬유측으로 접착용 에폭시 수지가 주입된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 정착장치에 교대 또는 교각과 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블과, 상기 교대 또는 교각과 또 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블이 설치되어 교대와 교각 상부의 변위를 작게하고, 지진 발생시 순간 긴장력 전달의 힘을 감소시켜 교량의 파괴를 방지하는 효과가 있다.

(2) 본 발명은 나선형 보강재를 교대 또는 교각에 결속시켜 내하력에 악영향을 끼치지 않으면서, 내진 성능이 크게 향상될 수 있는 효과가 있다.

(3) 본 발명은 교대 또는 교각의 둘레에 섬유를 래핑(Wrapping)하고 섬유보강 수지 판넬을 설치하여, 진동에 의한 균열방지, 각종 공해로 인한 중성화 방지, 수류에 의한 침식방지 및 염해에 의한 부식방지로 강도와 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법의 순서도이다.
도 2는 기존 교량이 우측에서 지진 발생시 파괴의 형태를 나타낸 도시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 교량 구조물이 우측에서 지진 발생시 장력이 좌측으로 전달되는 형태를 나타낸 도시도이다.
도 4는 기존 교량이 좌측에서 지진 발생시 파괴의 형태를 나타낸 도시도이다.
도 5은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 교량 구조물이 좌측에서 지진 발생시 장력이 우측으로 전달되는 형태를 나타낸 도시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 교각에 정착장치와 케이블이 교차되어 설치된 형태를 나타낸 도시도이다.

먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법의 순서도이고, 도 2는 기존 교량이 우측에서 지진 발생시 파괴의 형태를 나타낸 도시도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 교량 구조물이 우측에서 지진 발생시 장력이 좌측으로 전달되는 형태를 나타낸 도시도이고, 도 4는 기존 교량이 좌측에서 지진 발생시 파괴의 형태를 나타낸 도시도이며, 도 5은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 교량 구조물이 좌측에서 지진 발생시 장력이 우측으로 전달되는 형태를 나타낸 도시도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 교각에 정착장치와 케이블이 교차되어 설치된 형태를 나타낸 도시도이다.

하기의 도 1 내지 6을 참조하면 본 발명인 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법은 설치할 지반에 하부 구조물을 설치하는 하부 구조물 설치단계(S100);

상기 하부 구조물이 설치된 장소의 양 끝에 교대(100)를 설치하는 교대 설치단계(S200);

상기 설치된 교대(100) 사이에 복수개의 교각(200)이 설치되는 교각 설치단계(S300);

상기 설치된 교대(100) 또는 교각(200)의 상부면에 복수개의 정착장치(300)를 설치하는 정착장치 설치단계(S400);

상기 설치된 정착장치(300)에 케이블(400)을 고정하여 설치되는 케이블 고정 설치단계(S500); 및

상기 교대(100) 또는 교각(200)의 상부로 상부 구조물을 설치하는 상부 구조물 설치단계(600);로 구성된다.

상기 정착장치(300)는 교대(100) 또는 교각(200)의 상부에 “ㄷ”형상으로 설치되며, 케미칼액을 도포하여 고정시키며, 교대(100) 또는 교각(200)과 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블(400)과, 상기 교대(100) 또는 교각(200)과 또 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블(400)이 교차되어 설치된다.

이때, 상기 케이블(400)은 정착장치(300)간 사이 고정설치시, 처짐이 발생하지 않을 정도의 장력으로 고정시키며, 상기 정착장치(300)는 사용자가 경우에 따라 교대(100) 또는 교각(200)과 정착장치(300)간 일체형으로 구성될 수 있다.

상기 교대(100) 또는 교각(200)은 하부에 기초보강파일(210)이 구성되며, 상기 기초보강파일(210)이 지면홀에 주입되고, 상기 지면홀에 케미칼 주입액을 주입시켜 고정시킨다.

상기의 언급한 구성들은 개별 거동으로 인하여 붕괴가 이루어질 수 있는 교대(100) 또는 교각(200)이 케이블(400)과 정착장치(300)에 의하여 일체화되어 지진시 붕괴를 예방할 수 있다.

추가로 상기 교대(100) 또는 교각(200)은 기초 부위까지 터파기를 진행하며, 교대(100) 또는 교각(200) 표면을 치핑하여 면정리를 수행하고, 둘레를 따라 일정 간격으로 다수개의 수직 배근용 나선형 보강재를 수직으로 고정 설치하며, 교대(100) 또는 교각(200) 및 상기 다수개의 수직 배근용 나선형 보강재를 따라 상기 교대(100) 또는 교각(200) 기초의 상면으로부터 나선 모양으로 서로 일정 간격을 두고 나선 권취용 나선형 보강재를 권취하여 감아 올리고, 상기 다수의 수직 배근용 나선형 보강재 및 상기 나선 권취용 나선형 보강재가 배근된 시공부 둘레로 거푸집을 설치하며, 내부에 콘크리트 모르타르를 타설하고, 일정 기간 경과 후 콘크리트 모르타르의 고형화가 완료되면 상기 거푸집을 제거할 수 있다.

상기 보강섬유는 화이버 로빙 클로스(Fiber Roving Cloth), 글래스 화이버(Glass Fiber), 케블라 화이버(Kevlar Fiber), 아라미드 화이버(Aramide Fiber) 및 카본 화이버중에서 선택된 어느 하나중 단독 또는 2종을 혼합하여 사용할 수 있다.

또한 본 발명은 내진보강을 목적으로서 시간이 지남에 따라 발생할 수 있는 문제점을 감안하여 교대(100) 또는 교각(200)에 다음과 같은 구성을 수행할 수 있다.

상기 교각(200)은 보강하고자 하는 교대(100) 또는 교각(200)의 둘레에 따라 보강섬유를 소종의 두께로 밀착되게 래핑(Wrapping)하며, 상기 래핑된 보강섬유의 외측으로 교대(100) 또는 교각(200)의 둘레에 결합할 수 있는 한쌍의 섬유보강 판넬을 감싸서 고정하고, 상기 섬유보강 판넬들의 이음 부위를 씨일 링한 후, 섬유보강 판넬을 통해 보강 섬유측으로 접착용 에폭시 수지가 주입될 수 있으며, 이는 진동에 의한 균열방지, 각종 공해로 인한 중성화 방지, 수류에 의한 침식방지 및 염해에 의한 부식방지로 강도와 내구성을 향상시키는 장점이 갖는다.

또한 상기 나선형 보강재를 교대(100) 또는 교각(200)에 결속시키는 구성과 교대(100) 또는 교각(200)의 둘레에 섬유를 래핑(Wrapping)하고 섬유보강 수지 판넬을 설치하는 구성이 유기적인 결합으로 인해 나타나는 효과로 지진 발생시 교량이 피해를 최소화하는 효과가 있다.

본 발명인 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법에 의한 교량 구조물은 주로 강이나 호수 또는 하천에서 이용되며, 교대와 교대사이 길이가 50 m 이내의 소형의 교량 구조물로서 제한되어 이용된다. 그러나 상기와 같이 길이가 50 m 이내로 제한되는 것이 아니며, 사용자가 경우에 따라 50 m 이상의 대형 교량 구조물에도 이용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명인 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법은 케이블(400)을 정착장치(300)에 교대(100) 또는 교각(200)과 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블(400)과, 교대(100) 또는 교각(200)과 또 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블(400)이 설치되어 교대(100)와 교각(200) 상부의 변위를 작게하고, 지진 발생시 순간 긴장력 전달의 힘을 감소시켜 교량의 파괴를 방지하는 효과가 있다.

본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었지만, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술은 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

S100 : 하부 구조물 설치단계 S200 : 교대 설치단계
S300 : 교각 설치단계 S400 : 정착장치 설치단계
S500 : 케이블 고정 설치단계 S600 : 상부 구조물 설치단계
100 : 교대 200 : 교각
210 : 기초보강파일 300 : 정착장치
400 : 케이블

Claims (5)

1. 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법에 있어서,
   상기 교량 구조물 내진보강공법은
   설치할 지반에 하부 구조물을 설치하는 하부 구조물 설치단계;
   상기 하부 구조물이 설치된 장소의 양 끝에 교대를 설치하는 교대 설치단계;
   상기 설치된 교대 사이에 복수개의 교각이 설치되는 교각 설치단계;
   상기 설치된 교대 또는 교각의 상부면에 복수개의 정착장치를 설치하는 정착장치 설치단계;
   상기 설치된 정착장치에 케이블을 고정하여 설치되는 케이블 고정 설치단계; 및
   상기 교대 또는 교각의 상부로 상부 구조물을 설치하는 상부 구조물 설치단계;로 구성되되,
   상기 정착장치는 교대 또는 교각의 상부면에 “ㄷ”형상으로 설치되고,
   상기 교대 또는 교각은 보강하고자 하는 둘레에 따라 보강섬유를 소종의 두께로 밀착되게 래핑(Wrapping)하며, 상기 래핑된 보강섬유의 외측으로 교대 또는 교각의 둘레에 결합할 수 있는 한쌍의 섬유보강 판넬을 감싸서 고정하고, 상기 섬유보강 판넬들의 이음 부위를 씨일 링한 후, 섬유보강 판넬을 통해 보강 섬유측으로 접착용 에폭시 수지가 주입되며,
   상기 정착장치는 교대 또는 교각과 정착장치간 일체형으로 구성되고,
   상기 정착장치에 케이블을 고정시 연장된 소정길이의 케이블 형성되는 것을 특징으로 하는 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 케이블은 정착장치간 사이 고정설치시, 처짐이 발생하지 않을 정도의 장력으로 고정시키는 것을 특징으로 하는 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 정착장치는 교대 또는 교각과 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블과, 상기 교대 또는 교각과 또 다른 교대 또는 교각 사이를 연결하는 케이블이 교차되어 설치되는 것을 특징으로 하는 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 교대 또는 교각은 기초 부위까지 터파기를 진행하며, 교대 또는 교각 표면을 치핑하여 면정리를 수행하고, 둘레를 따라 일정 간격으로 다수개의 수직 배근용 나선형 보강재를 수직으로 고정 설치하며, 교대 또는 교각 및 상기 다수개의 수직 배근용 나선형 보강재를 따라 상기 교대 또는 교각 기초의 상면으로부터 나선 모양으로 서로 일정 간격을 두고 나선 권취용 나선형 보강재를 권취하여 감아 올리고, 상기 다수의 수직 배근용 나선형 보강재 및 상기 나선 권취용 나선형 보강재가 배근된 시공부 둘레로 거푸집을 설치하며, 내부에 콘크리트 모르타르를 타설하고, 일정 기간 경과 후 콘크리트 모르타르의 고형화가 완료되면 상기 거푸집을 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 케이블을 이용한 교량 구조물 내진보강공법.
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