KR102317116B1 - 프리스트레스 콘크리트 거더와 그 제작 방법 및 그 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 라멘구조물 시공방법 - Google Patents

프리스트레스 콘크리트 거더와 그 제작 방법 및 그 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 라멘구조물 시공방법 Download PDF

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김태균
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(주)지승씨앤아이
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Abstract

본 발명은 광폭의 하부플랜지를 갖는 구조로 이루어져 복수개가 병렬로 연결되어 시공됨으로써 슬래브 시공을 위한 별도의 동바리나 거푸집을 사용하지 않고 구조물을 구축할 수 있으며, 횡방향 모멘트에 대한 저항력이 우수한 프리스트레스 콘크리트 거더와 그 제작 방법 및 그 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 라멘구조물 시공방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더는, 콘크리트 내부에 철근이 배근된 하부플랜지; 상기 하부플랜지의 길이방향을 따라 상측으로 연장되게 형성된 적어도 1개 이상의 수직지지부; 상기 하부플랜지의 내부에 길이방향을 따라 매립되어 하부플랜지에 프리스트레스를 도입하는 긴장재; 일측 단부가 상기 수직지지부의 측면에 고정되고 하단부가 상기 하부플랜지에 고정되게 형성되며, 상기 수직지지부 및 하부플랜지의 길이방향을 따라 간격을 두고 배열되어 하부플랜지의 횡방향 모멘트에 저항하는 복수의 돌출리브; 및, 상기 하부플랜지의 폭방향 끝단부에 설치되어, 상기 하부플랜지의 일측 끝단부를 다른 콘크리트 거더의 하부플랜지의 일측 끝단부에 연결하는 커플링수단;을 포함한다.

Description

프리스트레스 콘크리트 거더와 그 제작 방법 및 그 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 라멘구조물 시공방법{Prestressed Concrete Girder, Method for Manufacturing the Prestressed Concrete Girder, And Constructing Rahmen Structure}
본 발명은 프리스트레스 콘크리트 거더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부에 철근과 긴장재가 배치되어 프리스트레스가 가해진 광폭의 하부플랜지와, 하부플랜지의 상부면에 수직하게 형성되는 수직지지부와, 하부플랜지 및 수직지지부의 길이방향을 따라 배열된 복수의 돌출리브를 포함하며, 하천교, 철도과선교, 도로횡단 육교, 생태터널, 피암터널, 지하차도, 건축보와 슬래브를 포함하는 구조물 등에 다양하게 적용할 수 있는 프리스트레스 콘크리트 거더와 그 제작 방법 및 그 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 라멘구조물 시공방법에 관한 것이다.
프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 교량은 콘크리트 자체가 압축응력에 대한 저항성은 크나 인장응력에 대한 저항성은 크지 않기 때문에, 외력에 의하여 일어나는 인장응력을 소정의 한도까지 상쇄할 수 있도록 미리 인공적으로 그 응력의 분포와 크기를 정하여 고강도 강재(통상, 긴장재 라고 함)를 이용하여 콘크리트 거더에 미리 프리스트레스력을 도입함으로써, 고정하중이나 활하중이 작용하는 경우에 발생하는 인장응력을 상쇄시키는 교량을 말한다.
이러한 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 교량은 콘크리트 거더에 미리 외력에 대응하는 압축력을 도입시켜 사용하기 때문에 한 경간이 약 50m 정도까지 사용할 수 있어 그 사용성을 널리 인정받고 있다.
그런데 종래의 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용하여 교량이나 지하차도와 같은 구조물을 시공하는 경우, 콘크리트 거더를 동바리를 이용하여 지지해야 하며, 슬래브 형성을 위한 콘크리트 타설을 위해 별도의 거푸집을 설치하고 있으나, 이 경우 시공에 많은 시간과 노력이 요구되는 문제가 있다.
또한 프리스트레스 콘크리트 거더는 콘크리트로 이루어지기 때문에 화재에 취약한 단점이 있다.
이에 종래에는 프리스트레스 콘크리트 거더의 하면에 난연성 또는 불연성 보드로 된 별도의 내화패널을 시공하거나, 내화 뿜칠 피복재로 마감하는 방식이 사용되고 있다.
그러나, 내화패널을 건식 시공하는 방식은 공장에서 선행 제작된 내화패널과 내화패널 사이의 이음부 내화성능 확보가 어렵고, 내화패널 역시 해외 수입으로 가격이 매우 고가이며, 프리스트레스 콘크리트 거더의 하면에 내화패널을 고정시키기 위한 앵커설치가 어려워 시공성이 저하되는 문제점이 있다.
또한 프리스트레스 콘크리트 거더의 하면에 내화재를 뿜칠하는 방식은 내화재의 균일한 두께확보가 매우 어렵고, 프리스트레스 콘크리트 거더의 하면이 매우 매끈하여 구조체와 내화재 상호간의 부착력 확보가 매우 어려우며, 이를 해소하기 위해 내화재 뿜칠 면에 앵커와 와이어 메시를 추가로 설치하여 부착력을 확보하는 작업이 선행되는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-0975124호(2010.08.04. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1131631호(2012.03.22. 등록)
본 발명의 목적은 광폭의 하부플랜지를 갖는 구조로 이루어져 복수개가 병렬로 연결되어 시공됨으로써 슬래브 시공을 위한 별도의 동바리나 거푸집을 사용하지 않고 구조물을 구축할 수 있으며, 횡방향 모멘트에 대한 저항력이 우수한 프리스트레스 콘크리트 거더와 그 제작 방법 및 그 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 라멘구조물 시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 콘크리트층의 하부면에 내화재층을 일체화함으로써 시공성 및 내화성이 우수한 프리스트레스 콘크리트 거더와 그 제작 방법 및 그 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 라멘구조물 시공방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더는, 콘크리트 내부에 철근이 배근된 하부플랜지; 상기 하부플랜지의 길이방향을 따라 상측으로 연장되게 형성된 적어도 1개 이상의 수직지지부; 상기 하부플랜지의 내부에 길이방향을 따라 매립되어 하부플랜지에 프리스트레스를 도입하는 긴장재; 일측 단부가 상기 수직지지부의 측면에 고정되고 하단부가 상기 하부플랜지에 고정되게 형성되며, 상기 수직지지부 및 하부플랜지의 길이방향을 따라 간격을 두고 배열되어 하부플랜지의 횡방향 모멘트에 저항하는 복수의 돌출리브; 및, 상기 하부플랜지의 폭방향 끝단부에 설치되어, 상기 하부플랜지의 일측 끝단부를 다른 콘크리트 거더의 하부플랜지의 일측 끝단부에 연결하는 커플링수단;을 포함한다.
상기 수직지지부의 상단에 상기 하부플랜지보다 작은 폭을 갖는 상부플랜지가 양측방향으로 수평하게 형성될 수 있다.
상기 하부플랜지의 하부면에 난연성 또는 불연성 재질의 내화재층이 일체로 적층 형성될 수 있다.
상기 커플링수단은, 하부플랜지의 양측 끝단부에 L 형태로 절개되어 상부면과 측면이 개방된 연결홈과, 상기 연결홈의 내측면에 고정되게 설치되는 L형의 커플링브라켓과, 상기 커플링브라켓에 상측으로 연장되게 결합된 앵커볼트와, 상기 연결홈의 개방된 상부면을 통해 커플링브라켓 상에 안착되면서 상기 앵커볼트에 결합되어 2개의 하부플랜지의 높이 차이를 보정하면서 2개의 하부플랜지의 양측 끝단부를 강결하는 연결부재를 포함할 수 있다.
상기 커플링수단은, 상기 연결부재가 2개의 커플링브라켓 내측에서 앵커볼트에 의해 결합된 후 서로 연결된 2개의 커플링브라켓에 의해 구획된 내측 공간에 콘크리트가 타설된 후 양생되어 형성된 보강콘크리트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 한 형태에 따른 커플링수단은, 일단이 하부플랜지의 일측 단부에 삽입되어 결합되고 다른 일단이 하부플랜지의 일측 단부 외측으로 노출되는 연결철근과, 상기 연결철근의 외부로 노출된 일단부와 다른 하부플랜지의 일측 단부에 결합된 연결철근의 외부로 노출된 일단부를 덮어서 결합하는 보강콘크리트를 포함할 수 있다.
상기 수직지지부는 하단부가 상기 하부플랜지에 볼트 또는 용접에 의해 결합되는 금속 재질로 된 I형 또는 '⊥'형 또는 역'ㅛ'형의 빔으로 이루어질 수 있다.
상기 하부플랜지의 내부에 상기 수직지지부의 하단부와 볼트를 매개로 체결되는 고정강판이 매립될 수 있다.
상기 돌출리브는 금속 재질로 된 빔 또는 판재로 되어 상기 수직지지부의 측면과 하부플랜지의 상부면에 고정되게 결합될 수 있다.
상기 수직지지부의 상단부와 다른 콘크리트 거더의 수직지지부의 상단부 사이에 교량의 바닥판 형성을 위한 데크가 설치될 수 있다.
상기 하부플랜지의 길이방향 끝단부에 수직부재의 상단부에 설치되는 철근과의 간섭을 회피하기 위한 회피공간이 개방되게 형성될 수 있다.
본 발명의 첫번째 실시예에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더를 제작하는 방법은,
(S1) 하부플랜지와 대응하는 형태의 제1거푸집을 설치하고, 상기 제1거푸집 내부에 보강을 위한 철근과 긴장재 및 커플링수단을 배치하는 단계;
(S2) 상기 제1거푸집 내부에 콘크리트를 타설하고 양생하여 하부플랜지를 제작하는 단계;
(S3) 상기 하부플랜지의 상부면에 수직지지부 및 돌출리브와 대응하는 제2거푸집을 설치하는 단계;
(S4) 상기 제2거푸집 내부에 콘크리트를 타설하고 양생하여 수직지지부 및 돌출리브를 제작하는 단계; 및,
(S5) 상기 제1거푸집 및 제2거푸집을 탈형하는 단계;
를 포함할 수 있다.
본 발명의 두번째 실시예에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더를 제작하는 방법은,
(S1) 하부플랜지와 대응하는 형태의 제1거푸집을 설치하고, 상기 제1거푸집 내부에 보강을 위한 철근과 긴장재 및 커플링수단을 배치하는 단계;
(S2) 상기 제1거푸집 내부에 콘크리트를 타설하고 양생하여 하부플랜지를 제작하는 단계;
(S3-1) 금속 재질로 된 I형 또는 '⊥'형 또는 역'ㅛ'형의 빔으로 된 수직지지부의 양측면에 복수의 돌출리브를 볼트 또는 용접으로 결합하는 단계; 및,
(S4-1) 상기 하부플랜지의 상부면에 상기 수직지지부와 돌출리브를 볼트 또는 용접으로 결합하는 단계;
를 포함할 수 있다.
상기 긴장재는 상기 (S2) 단계를 수행하기 전에 인장력이 가해지며, 상기 (S2) 단계 이후에 인장력이 제거되어 하부플랜지에 프리스트레스를 도입하는 프리텐션 방식의 PC강선으로 이루어질 수 있다.
또는 상기 긴장재는 상기 (S1) 단계에서 설치되는 쉬스관 내부에 삽입된 후 상기 (S2) 단계 이후에 인장력이 가해진 상태로 쉬스관의 양단에 고정되는 포스트텐션 방식의 PC강선으로 으로 이루어질 수 있다.
상기 (S1) 단계에서 제1거푸집을 설치한 후 제1거푸집 내부에 내화성능 확보에 필요한 소정의 높이까지 습식 내화재를 뿜칠 또는 도포하여 내화재층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 라멘구조물 시공방법은,
지반에 복수의 수직부재를 설치하는 제1단계;
복수의 프리스트레스 콘크리트 거더의 길이방향 양단부를 상기 수직부재의 상단에 안착시키고 측방으로 연속적으로 배열하는 제2단계;
상기 복수의 프리스트레스 콘크리트 거더의 폭방향 양단부를 커플링수단으로 서로 연결하고, 프리스트레스 콘크리트 거더의 길이방향 양단부를 수직부재의 상단에 강결하는 제3단계;
상기 복수의 프리스트레스 콘크리트 거더의 수직지지부 상단에 데크를 설치하고, 데크의 상측에 바닥판 철근을 설치하는 제4단계;
상기 데크 상에 콘크리트를 타설한 후 양생하여 구조물 바닥판을 시공하는 제5단계;
를 포함할 수 있다.
상기 제3단계에서는 커플링수단의 커플링브라켓 상에 연결부재를 안착하면서 앵커볼트로 결합하여 2개의 프리스트레스 콘크리트 거더의 하부플랜지의 높이 차이를 보정하면서 연결한 다음, 커플링브라켓에 의해 구획된 내측 공간에 콘크리트를 타설한 후 양생하여 보강콘크리트를 형성할 수 있다.
상기 제3단계에서는 2개의 프리스트레스 콘크리트 거더의 하부플랜지 외측으로 노출된 커플링수단의 연결철근의 끝단을 서로 연결한 다음, 서로 연결된 2개의 연결철근의 끝단부에 콘크리트를 타설하여 보강콘크리트를 형성할 수 있다.
상기 제4단계에서는 수직부재의 상단부를 통해 노출된 철근의 상단부를 프리스트레스 콘크리트 거더의 양단부에 형성된 회피공간을 통해서 바닥판 철근의 끝단부와 연결할 수 있다.
본 발명의 프리스트레스 콘크리트 거더는 하부플랜지가 광폭으로 이루어지며, 광폭으로 된 하부플랜지의 폭방향 끝단부가 커플링수단에 의해 서로 긴밀하게 연결되므로 바닥판 타설을 위해 콘크리트 거더를 지반 상에서 지탱하는 동바리가 필요하지 않다. 따라서 시공이 매우 용이해지는 이점이 있다.
또한 프리스트레스 콘크리트 거더의 상부에서 작업자가 작업을 할 때 작업자가 서로 연결된 프리스트레스 콘크리트 거더 하측으로 낙하하지 않으므로 안전하게 작업을 할 수 있으며, 낙하물이 프리스트레스 콘크리트 거더 하측으로 떨어지지 않아 안전사고를 방지할 수 있는 이점도 있다.
그리고 프리스트레스 콘크리트 거더 및 데크 상측에 선시공 방식으로 내화몰탈을 타설할 수 있게 된다.
또한 하부플랜지의 하부면에 내화재층을 일체로 형성할 경우, 프리스트레스 콘크리트 거더 전체를 내화재로 뿜칠하거나 별도의 내화패널을 시공하지 않아도 되므로 시공성이 더욱 향상되고, 시공 비용도 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 프리스트레스 콘크리트 거더의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 프리스트레스 콘크리트 거더의 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시한 프리스트레스 콘크리트 거더의 변형례들을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 프리스트레스 콘크리트 거더를 구성하는 커플링수단의 일 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시한 커플링수단의 구성 및 작동례를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 프리스트레스 콘크리트 거더를 구성하는 커플링수단의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시한 커플링수단의 변형례를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더의 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시한 프리스트레스 콘크리트 거더의 단면도이다.
도 11은 도 9에 도시한 프리스트레스 콘크리트 거더의 평면도이다.
도 12a 및 도 12b는 도 9에 도시한 프리스트레스 콘크리트 거더의 변형례들을 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더의 제작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더의 제작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 17은 본 발명의 여러가지 실시예에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더가 시공된 상태를 나타낸 평면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 라멘구조물의 시공례를 나타낸 사시도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더의 시공례를 나타낸 단면도이다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 프리스트레스 콘크리트 거더와 그 제작 방법 및 그 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 라멘구조물 시공방법을 후술된 실시 예에 따라 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더(100)는 하천교, 철도과선교, 도로횡단 육교, 생태터널, 피암터널, 지하차도, 건축보와 슬래브를 포함하는 구조물 등에 다양하게 적용할 수 있도록 하단부가 광폭으로 된 역 T형 보 형태를 갖도록 된 것으로, 양측 단부가 다른 프리스트레스 콘크리트 거더(100)의 양측 단부와 병렬 연결되면서 지지 구조물을 형성하도록 된 것이다.
프리스트레스 콘크리트 거더(100)는 콘크리트 내부에 철근(112)이 배근된 광폭의 하부플랜지(110), 상기 하부플랜지(110)의 상부면에 길이방향을 따라 상측으로 연장되게 형성된 적어도 1개 이상의 수직지지부(120), 상기 하부플랜지(110)의 내부에 길이방향을 따라 매립되어 하부플랜지(110)에 프리스트레스를 도입하는 긴장재(111), 상기 하부플랜지(110)와 수직지지부(120)의 양측면부에 길이방향을 따라 간격을 두고 배열되어 하부플랜지(110)의 횡방향 모멘트에 저항하는 복수의 돌출리브(130) 및, 상기 하부플랜지(110)의 폭방향 끝단부에 설치되어 하부플랜지(110)의 일측 끝단부를 다른 콘크리트 거더의 하부플랜지(110)의 일측 끝단부에 연결하는 커플링수단을 포함한다.
상기 하부플랜지(110)는 콘크리트 내부에 철근(112)이 배근되어 제작되며, 전후방향으로 긴 직사각형의 블록 형태를 갖도록 된 것으로, 하부플랜지(110)의 길이방향 끝단부(전단부와 후단부)가 지반에 연직한 벽체 또는 기둥(교각 또는 교대)과 같은 수직부재의 상단에 안착되어 강결된다. 하부플랜지(110)의 전단부 및/또는 후단부의 양측부에는 상기 수직부재의 상단부를 통해 돌출되게 설치되는 철근(201)(도 18 참조)과의 간섭을 회피하기 위한 회피공간(113)(block-out)이 개방되게 형성된다. 상기 회피공간(113)은 사각형 형태로 절개된 형태를 가질 수 있지만, 이와 다르게 상하로 관통된 구멍 형태를 가질 수도 있을 것이다.
또한 하부플랜지(110)의 횡방향(폭방향) 일단부는 커플링수단에 의해 다른 하부플랜지(110)의 횡방향 일단부와 밀착되게 결합된다. 이를 위해 하부플랜지(110)의 폭방향 일단부에는 L 형태로 절개되어 상부면과 측면이 개방된 복수의 연결홈(151)이 하부플랜지(110)의 길이방향을 따라 일정한 간격으로 배열된다.
하부플랜지(110) 내부에는 철근과 함께 복수의 긴장재(111)가 길이방향을 따라 매립되어 있다. 상기 긴장재(111)는 하부플랜지(110)에 미리 압축력을 가하여 인장응력을 증가시킬 수 있도록 하기 위한 것으로, 프리스트레스 콘크리트 거더(100)를 제작하는 과정에서 콘크리트의 타설 이전에 미리 인장력이 가해진 다음, 콘크리트 타설 및 양생 후에 인장력이 제거됨으로써 프리스트레스를 도입하는 프리텐션(pre-tension) 방식의 PC 강선으로 이루어질 수 있다. 또는 하부플랜지(110) 형성을 위한 콘크리트 타설 전에 거푸집 하부에 쉬스(sheath)관을 설치하고, 콘크리트의 타설 및 하부플랜지(110) 양성 후에 상기 쉬스관 내부에 PC강선을 삽입하고 인장력을 가한 상태에서 쉬스관의 양단에 PC강선을 고정함으로써 프리스트레스를 도입하는 포스트텐션 방식으로 긴장재(111)를 형성할 수 있다.
수직지지부(120)는 하부플랜지(110)의 중앙부 상부면에 길이방향을 따라 상측으로 연장되게 형성되어, 하부플랜지(110)와 함께 역'T'형태를 이루게 된다. 수직지지부(120)는 이 실시예에서와 같이 하부플랜지(110)의 중앙부에 단일하게 형성될 수 있지만, 도 4a에 도시한 것과 같이 2개 또는 그 이상의 갯수로 형성될 수도 있다. 수직지지부(120)는 콘크리트 내부에 철근이 배근된 구조로 만들어질 수 있다.
수직지지부(120)는 도 4b에 도시한 것과 같이 단순히 일자형으로 이루어질 수 있지만, 도 1 내지 도 3, 도 4a에 도시한 것과 같이 수직지지부(120)의 상단부에 하부플랜지(110)보다 작은 폭을 갖는 상부플랜지(121)가 양측방향으로 수평하게 형성된 형태를 가질 수 있다.
돌출리브(130)는 대략 사각 평판 형태로 되어 일측 단부가 상기 수직지지부(120)의 측면에 고정되고 하단부가 상기 하부플랜지(110)에 고정되게 형성된다. 돌출리브(130)는 복수개가 상기 수직지지부(120) 및 하부플랜지(110)의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 배열되어 광폭으로 된 하부플랜지(110)의 횡방향 모멘트에 저항한다. 돌출리브(130)는 하부플랜지(110)의 제작 후에 거푸집 내부에 타설되는 콘크리트에 의해 수직지지부(120)와 동시에 형성될 수 있다. 상기 돌출리브(130)는 콘크리트만으로 이루어질 수도 있지만, 콘크리트 내부에 보강을 위한 철근이 배근된 구조로 만들어질 수도 있다.
전술한 것과 같이 하부플랜지(110)의 폭방향 양단부에는 복수의 콘크리트 거더(100)를 서로 병렬로 밀착되게 연결하기 위한 커플링수단이 구성된다.
상기 커플링수단은 도 5, 도 6a 내지 도 6b에 도시한 실시예와 같이, 하부플랜지(110)의 양측 끝단부에 L 형태로 절개되게 형성되어 있는 연결홈(151)의 내측면에 고정되게 설치되는 L형의 커플링브라켓(152)과, 상기 커플링브라켓(152)에 상측으로 연장되게 결합된 앵커볼트(153)와, 상기 연결홈(151)의 개방된 상부면을 통해 커플링브라켓(152) 상에 안착되면서 상기 앵커볼트(153)에 결합되어 2개의 콘크리트 거더(100)의 하부플랜지(110)의 높이 차이를 보정하면서 2개의 하부플랜지(110)의 양측 끝단부를 동시에 강결하는 연결부재(154)를 포함할 수 있다.
상기 연결부재(154)는 상부면과 하부면이 수평한 플랜지를 갖는 H형강, 또는 하부면만 수평한 역 'T' 형태의 빔이나 브라켓 형태를 가질 수 있으며, 하단부에 양측에 상기 앵커볼트(153)가 관통하여 체결되는 구멍이 형성되어 있다. 따라서 연결부재(154)를 서로 인접하고 있는 2개의 커플링브라켓(152)의 상측에 안착시키고 앵커볼트(153)를 체결함으로써 2개의 콘크리트 거더(100)의 하부플랜지(110) 간에 약간의 높이 차이가 있더라도 연결부재(154)에 의해 높이 차이가 해소되면서 2개의 하부플랜지(110)가 나란하게 연결될 수 있게 된다.
상기 연결부재(154)를 이용하여 2개의 하부플랜지(110)를 강결한 다음, 결합강도를 더욱 증대시킬 수 있도록 하기 위하여 상기 연결홈(151)과 커플링브라켓(152)에 의해 구획된 직육면체의 공간 내측으로 콘크리트를 타설한 후 양생한 보강콘크리트(155)로 마무리할 수 있다.
도 7은 커플링수단의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 커플링수단은 일단이 하부플랜지(110)의 일측 단부에 삽입되어 결합되고 다른 일단이 하부플랜지(110)의 일측 단부 외측으로 노출되는 연결철근(156)과, 상기 연결철근(156)의 외부로 노출된 일단부와 다른 하부플랜지(110)의 일측 단부에 결합된 연결철근(156)의 외부로 노출된 일단부를 덮어서 결합하는 보강콘크리트(157)를 포함할 수 있다. 이 때 상기 2개의 연결철근(156)이 서로 겹쳐지는 부분은 철사나 케이블 등으로 묶여서 서로 고정될 수 있다.
상기 연결철근(156)은 도 7에 도시한 것과 같이 하단부가 하부플랜지(110)에 매설되어 고정되고 상단부가 'ㄱ'형태로 절곡되어 하부플랜지(110)의 상부면 외측으로 연장되게 형성될 수 있지만, 도 8에 다른 실시예로 나타낸 것과 같이 일단부가 하부플랜지(110) 내측에 매설되어 고정되고 다른 일단부가 하부플랜지(110)의 끝단부에 형성된 연결홈(151) 내측으로 연장된 후 연결홈(151) 내측으로 타설되는 보강콘크리트(157)에 의해 강결될 수도 있다.
전술한 실시예에서는 수직지지부(120)가 콘크리트로 되어 하부플랜지(110) 상에 일체로 형성되었지만, 도 9 내지 도 11에 도시한 것과 같이 수직지지부(120)가 금속 재질로 된 빔으로 이루어져, 하부플랜지(110)에 볼트 또는 용접에 의해 결합되어 고정될 수 있다. 상기 수직지지부(120)는 I형 형강으로 이루어질 수도 있지만, 도 12a 와 도 12b에 나타낸 것과 같이 역'ㅛ'형 또는 '⊥'형 강재 빔으로 이루어질 수도 있다.
이 때 수직지지부(120)의 하단부를 하부플랜지(110)에 견고하게 고정하기 위하여, 하부플랜지(110)의 내부에 상기 수직지지부(120)의 하단부와 볼트(116)를 매개로 체결되는 고정강판(115)이 매립 설치될 수 있다.
이 경우, 상기 돌출리브(130)는 금속 재질로 된 I형 빔으로 이루어지거나, 도 13에 도시한 것과 같이 편평한 금속 판재로 되어 상기 수직지지부(120)의 측면과 하부플랜지(110)의 상부면에 용접되거나 볼트로 결합되어 고정될 수 있다.
한편, 도 14에 도시한 것과 같이, 상기 프리스트레스 콘크리트 거더(100)의 하부플랜지(110)의 하부면에는 난연성 또는 불연성 재질의 내화재층(160)이 일체로 적층 형성될 수 있다. 내화재층(160)은 프리스트레스 콘크리트 거더(100)를 제작하는 과정에서 하부플랜지(110)를 형성하는 콘크리트의 타설 직전에 거푸집의 하부에 난연성 또는 불연성 내화성 몰탈을 타설하고 양성함으로써 하부플랜지(110)에 일체로 형성된다. 내화재층(160)을 이루는 난연성 또는 불연성 내화성 몰탈은, 석고 및 시멘트를 포함하는 수화 반응재, 고로 슬래그와 플라이애쉬와 퓸드 실리카(Fumed silica) 및 메타카올린(Metakaolin) 중 하나 이상을 포함하는 포졸란재, 스티로폼 분말과 셀룰로오스 에테르(Cellulose ether) 및 셀룰로오스를 포함하는 폭렬방지제와, 바인더와 수분감소제 및 계면활성제를 포함하는 혼화제, 및 골재를 포함하는 내화성 몰탈을 적용할 수 있다. 상기 바인더는 비닐아세테이트-에틸렌 공중합체, 스티렌-(메타)아크릴레이트 공중합체 및 비닐아세테이트비닐버사테이트(Vinyl acetate-vinyl versatate) 공중합체 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 조성으로 이루어진 내화재층(160)은 내화성 및 내화학성이 우수하며, 콘크리트로부터 발생하는 수분(수증기) 배출 효과 및 열응력 흡수 효과가 우수하여 프리스트레스 콘크리트 거더의 폭렬과 파손 방지 효과가 우수하며, 작업성 및 부착성이 우수한 이점이 있다.
이하 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 프리스트레스 콘크리트 거더(100)의 제작 방법에 대해 설명한다.
먼저 도 1 내지 도 3에 도시한 것과 같이 수직지지부(120)가 콘크리트로 이루어져 하부플랜지(110)에 일체화된 구조를 갖는 프리스트레스 콘크리트 거더(100)를 제작하는 방법에 대해 설명한다.
공장에서 하부플랜지(110)와 대응하는 형태의 제1거푸집을 설치하고, 상기 제1거푸집 내부에 보강을 위한 철근과 긴장재(111) 및 커플링수단을 배치한다(단계 S1).
이 때, 커플링수단으로서 도 5 및 도 6a에 도시한 것과 같이 커플링브라켓(152)과 앵커볼트(153) 및 연결부재(154)를 사용하는 경우, 커플링브라켓(152)과 앵커볼트(153)를 제1거푸집에 미리 배치하여 하부플랜지(110)에 커플링브라켓(152)과 앵커볼트(153)를 일체로 형성할 수 있다. 물론 커플링브라켓(152)과 앵커볼트(153)는 하부플랜지(110)의 양생 후에 하부플랜지(110)에 고정되게 결합될 수도 있다.
이어서 상기 제1거푸집 내부에 콘크리트를 타설하고 양생하여 하부플랜지(110)를 제작한다(단계 S2).
그런 다음, 하부플랜지(110)의 상부면에 수직지지부(120) 및 돌출리브(130)와 대응하는 제2거푸집을 설치하고(단계 S3), 상기 제2거푸집 내부에 콘크리트를 타설하고 양생하여 수직지지부(120) 및 돌출리브(130)를 제작하여 프리스트레스 콘크리트 거더(100)를 완성한다(단계 S4). 끝으로 상기 제1거푸집 및 제2거푸집을 탈형한다(단계 S5).
다음으로 도 9 및 도 13에 도시한 것과 같이 수직지지부(120)가 금속 재질의 빔으로 이루어지고 돌출리브(130)가 금속 재질의 빔 또는 판재로 이루어지는 프리스트레스 콘크리트 거더(100)를 제작하는 방법에 대해 설명한다.
공장에서 하부플랜지(110)와 대응하는 형태의 제1거푸집을 설치하고, 상기 제1거푸집 내부에 보강을 위한 철근과 긴장재(111) 및 커플링수단을 배치한다(단계 S1). 이 때 제1거푸집 내부에 수직지지부(120)의 결합을 위한 고정강판(115)과 볼트(116)를 설치한다.
이어서 상기 제1거푸집 내부에 콘크리트를 타설하고 양생하여 하부플랜지(110)를 제작한다(단계 S2).
그리고 금속 재질로 된 I형 또는 '⊥'형 또는 역'ㅛ'형의 빔으로 된 수직지지부(120)의 양측면에 복수의 돌출리브(130)를 볼트 또는 용접으로 결합하고(단계 S3-1), 상기 하부플랜지(110)의 상부면에 상기 수직지지부와 돌출리브를 볼트 또는 용접으로 결합하여 프리스트레스 콘크리트 거더(100)를 완성한다(단계 S4-1). 끝으로 상기 제1거푸집 및 제2거푸집을 탈형한다(단계 S5).
한편 상술한 것과 같이 프리스트레스 콘크리트 거더(100)를 제작하는 과정에서 하부플랜지(110)에 긴장재(111)를 프리텐션 방식으로 제작하는 경우에는 제1거푸집 내부에 콘크리트를 타설하고 양생(단계 (S2))하기 전에 긴장재(111)인 PC강선에 인장력을 가한 다음, (S2) 단계에서 수행하여 하부플랜지(110)를 형성한 인장력을 제거함으로써 프리스트레스를 발생시킬 수 있다.
그리고 하부플랜지(110)에 긴장재(111)를 포스트텐션 방식으로 제작하는 경우에는, (S1) 단계에서 제1거푸집에 쉬스(sheath)관을 설치하고 긴장재(111)를 삽입한 후, (S2) 단계에서 콘크리트를 타설하고 양생하여 하부플랜지(110)를 형성한 후에 긴장재(111)인 PC강선의 양단을 당겨서 인장력을 가한 상태에서 쉬스관의 양단에 PC강선을 고정함으로써 프리스트레스를 발생시킬 수 있다.
또한 도 14에 도시한 것과 같이 하부플랜지(110)의 하부면에 내화재층(160)을 일체로 형성하는 경우, (S1) 단계에서 제1거푸집을 설치한 후 제1거푸집 내부에 내화성능 확보에 필요한 소정의 높이까지 습식 내화재를 뿜칠 또는 도포하여 내화재층(160)을 형성한 다음, 그 위에 콘크리트를 타설하고 양생하여 하부플랜지(110)를 형성함으로써 하부플랜지(110)의 하부면에 내화재층(160)을 일체화할 수 있다.
다음으로 본 발명의 프리스트레스 콘크리트 거더(100)를 이용하여 라멘구조물을 시공하는 방법에 대해 설명한다.
프리스트레스 콘크리트 거더(100)가 적용될 수 있는 라멘구조물은 하천교, 철도과선교, 도로횡단 육교, 생태터널, 피암터널, 지하차도, 건축보와 슬래브를 포함하는 구조물 등이 있으며, 프리스트레스 콘크리트 거더(100)는 지반에 연직하게 설치되는 교각 또는 교대와 같은 수직부재(200)의 상단부에 강결된다.
도 17 내지 도 19를 참조하면, 먼저 지반에 복수의 수직부재(200)를 설치한다. 그리고 복수의 프리스트레스 콘크리트 거더(100)의 길이방향 양단부(전단부 및 후단부)를 상기 수직부재(200)의 상단에 안착시키고 측방으로 연속적으로 배열하고, 각각의 프리스트레스 콘크리트 거더(100)의 폭방향 양단부를 커플링수단으로 서로 연결한다. 그리고 프리스트레스 콘크리트 거더(100)의 전단부와 후단부를 수직부재(200)의 상단에 강결한다. 이 때 하부플랜지(110)의 전단부 및/또는 후단부에 회피공간(113), 즉 블록아웃(block-out)되어 빈 공간이 형성되어 있으므로 수직부재(200)의 내부에서부터 상단부를 통해 상측으로 연장되는 철근과 같은 구조물과의 간섭을 배제하여 상기 철근을 데크 상측에 설치되는 바닥판 철근과 용이하게 연결하여 시공할 수 있다.
이와 같이 복수의 프리스트레스 콘크리트 거더(100)를 서로 밀착시켜 병렬로 연결한 다음, 복수의 프리스트레스 콘크리트 거더(100)의 수직지지부(120) 상단에 데크(300)를 설치하여 차폐하고, 데크(300)의 상측에 바닥판 철근(미도시)을 설치한다.
그런 다음, 상기 데크(300) 상에 콘크리트를 타설한 후 양생하여 구조물 바닥판(400)을 시공한다.
이와 같이 본 발명의 프리스트레스 콘크리트 거더(100)는 하부플랜지(110)가 광폭으로 이루어지며, 광폭으로 된 하부플랜지(110)의 폭방향 끝단부가 커플링수단에 의해 서로 긴밀하게 연결되므로 바닥판 타설을 위해 콘크리트 거더(100)를 지반 상에서 지탱하는 동바리가 필요하지 않다.
또한 프리스트레스 콘크리트 거더(100)의 상부에서 작업자가 작업을 할 때 작업자가 서로 연결된 프리스트레스 콘크리트 거더(100) 하측으로 낙하하지 않으므로 안전하게 작업을 할 수 있으며, 낙하물이 프리스트레스 콘크리트 거더(100) 하측으로 떨어지지 않아 안전사고를 방지할 수 있다.
그리고 프리스트레스 콘크리트 거더(100) 및 데크(300) 상측에 선시공 방식으로 내화몰탈을 타설할 수 있게 된다.
또한 하부플랜지(110)의 하부면에 내화재층(160)을 일체로 형성할 경우, 프리스트레스 콘크리트 거더(100) 전체를 내화재로 뿜칠하거나 별도의 내화패널을 시공하지 않아도 되므로 시공성이 더욱 향상되고, 시공 비용도 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명은 실시 예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
100 : 프리스트레스 콘크리트 거더 110 : 하부플랜지
111 : 긴장재 112 : 철근
113 : 회피공간 115 : 고정강판
116 : 볼트 120 : 수직지지부
121 : 상부플랜지 130 : 돌출리브
151 : 연결홈 152 : 커플링브라켓
153 : 앵커볼트 154 : 연결부재
155, 157 : 보강콘크리트 156 : 연결철근
160 : 내화재층 200 : 수직부재
201 : 철근 300 : 데크
400 : 구조물 바닥판

Claims (20)

  1. 콘크리트 내부에 철근이 배근된 하부플랜지;
    상기 하부플랜지의 길이방향을 따라 상측으로 연장되게 형성된 적어도 1개 이상의 수직지지부;
    상기 하부플랜지의 내부에 길이방향을 따라 매립되어 하부플랜지에 프리스트레스를 도입하는 긴장재;
    상기 수직지지부 및 하부플랜지의 길이방향을 따라 간격을 두고 배열되며, 일측 단부가 상기 수직지지부의 측면에 고정되고 하단부가 상기 하부플랜지에 고정되게 형성되어 상기 하부플랜지의 횡방향 모멘트에 저항하는 복수의 돌출리브; 및,
    상기 하부플랜지의 폭방향 끝단부에 설치되어, 상기 하부플랜지의 일측 끝단부를 다른 콘크리트 거더의 하부플랜지의 일측 끝단부에 연결하는 커플링수단;
    을 포함하고,
    상기 커플링수단은, 하부플랜지의 양측 끝단부에 L 형태로 절개되어 상부면과 측면이 개방된 연결홈과, 상기 연결홈의 내측면에 고정되게 설치되는 L형의 커플링브라켓과, 상기 커플링브라켓에 상측으로 연장되게 결합된 앵커볼트와, 상기 연결홈의 개방된 상부면을 통해 커플링브라켓 상에 안착되면서 상기 앵커볼트에 결합되어 2개의 하부플랜지의 높이 차이를 보정하면서 2개의 하부플랜지의 양측 끝단부를 강결하는 H형강 또는 역 'T' 형태의 빔으로 된 연결부재 및, 상기 연결부재가 2개의 커플링브라켓 내측에서 앵커볼트에 의해 결합된 후 서로 연결된 2개의 커플링브라켓에 의해 구획된 내측 공간에 콘크리트가 타설된 후 양생되어 형성된 보강콘크리트를 포함하는 프리스트레스 콘크리트 거더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수직지지부의 상단에 상기 하부플랜지보다 작은 폭을 갖는 상부플랜지가 양측방향으로 수평하게 형성된 프리스트레스 콘크리트 거더.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하부플랜지의 하부면에 난연성 또는 불연성 재질의 내화재층이 일체로 적층 형성된 프리스트레스 콘크리트 거더.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 수직지지부는 하단부가 상기 하부플랜지에 볼트 또는 용접에 의해 결합되는 금속 재질로 된 I형 또는 '⊥'형 또는 역'ㅛ'형의 빔으로 된 프리스트레스 콘크리트 거더.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하부플랜지의 내부에 상기 수직지지부의 하단부와 볼트를 매개로 체결되는 고정강판이 매립된 프리스트레스 콘크리트 거더.
  9. 제7항에 있어서, 상기 돌출리브는 금속 재질로 된 빔 또는 판재로 되어 상기 수직지지부의 측면과 하부플랜지의 상부면에 고정되게 결합된 프리스트레스 콘크리트 거더.
  10. 제1항에 있어서, 상기 수직지지부의 상단부와 다른 콘크리트 거더의 수직지지부의 상단부 사이에 교량의 바닥판 형성을 위한 데크가 설치되는 프리스트레스 콘크리트 거더.
  11. 제1항에 있어서, 상기 하부플랜지의 길이방향 끝단부에 수직부재의 상단부에 설치되는 철근과의 간섭을 회피하기 위한 회피공간이 개방되게 형성된 프리스트레스 콘크리트 거더.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제1항 내지 제3항 및 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 라멘구조물 시공방법으로서,
    지반에 복수의 수직부재를 설치하는 제1단계;
    복수의 프리스트레스 콘크리트 거더의 길이방향 양단부를 상기 수직부재의 상단에 안착시키고 측방으로 연속적으로 배열하는 제2단계;
    상기 복수의 프리스트레스 콘크리트 거더의 폭방향 양단부를 커플링수단으로 서로 연결하고, 프리스트레스 콘크리트 거더의 길이방향 양단부를 수직부재의 상단에 강결하는 제3단계;
    상기 복수의 프리스트레스 콘크리트 거더의 수직지지부 상단에 데크를 설치하고, 데크의 상측에 바닥판 철근을 설치하는 제4단계;
    상기 데크 상에 콘크리트를 타설한 후 양생하여 구조물 바닥판을 시공하는 제5단계;
    를 포함하고,
    상기 제3단계에서는 커플링수단의 커플링브라켓 상에 연결부재를 안착하면서 앵커볼트로 결합하여 2개의 프리스트레스 콘크리트 거더의 하부플랜지의 높이 차이를 보정하면서 연결한 다음, 커플링브라켓에 의해 구획된 내측 공간에 콘크리트를 타설한 후 양생하여 보강콘크리트를 형성하는 라멘구조물 시공방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서, 상기 제4단계에서는 수직부재의 상단부를 통해 노출된 철근의 상단부를 프리스트레스 콘크리트 거더의 양단부에 형성된 회피공간을 통해서 바닥판 철근의 끝단부와 연결하는 라멘구조물 시공방법.
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