KR20020031603A - 섬유보강콘크리트를 이용한 프리플렉스 빔 교량구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 섬유를 혼입하여 보강한 섬유보강콘크리트로 피복되어 보강하고 필요에 따라서는 상부 콘크리트 바닥판도 섬유보강콘크리트로 구성한 프리플렉스 빔 교량구조물에 관한 것이다.

본 발명의 프리플렉스 빔 교량구조물에 의하면, 상부 콘크리트 바닥판 슬래브도 섬유보강콘크리트로 제작되므로, 바닥판 슬래브의 펀칭전단 피로강도를 현저하게 증가시킬 수 있으며, 건조 수축 등의 콘크리트 장기거동에 의하여 유발되는 수축 균열도 효과적으로 방지할 수 있어 교량구조물의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

섬유보강콘크리트를 이용한 프리플렉스 빔 교량구조물{Preflex Beam Bridge Structures Using Fiber Reinforced Concrete}

본 발명은, 섬유보강콘크리트를 이용한 프리플렉스 빔(preflex beam) 교량구조물에 관한 것으로서, 구체적으로는 섬유를 혼입하여 보강한 섬유보강콘크리트로 피복되어 보강하고 필요에 따라서는 상부 콘크리트 바닥판도 섬유보강콘크리트로 구성한 프리플렉스 빔 교량구조물에 관한 것이다.

가장 단순한 교량의 형태는 직선의 단순 보로 교량을 구성하는 것이다. 도 3는, 직선 단순 보에 있어서 하중에 의하여 발생하는 휨모멘트도가 개략적으로 도시되어 있는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 보의 중앙에서는 사하중 및 활하중에 의하여 정방향의 휨모멘트("정모멘트")가 발생하게 된다.

정모멘트에 의하여 보의 하부에 작용하게 되는 인장력을 감소시키기 위하여, 최근에는 도 4a에 도시된 바와 같이, I형 강재로 이루어진 빔(10)의 중앙 부분을 미리 상부방향으로 휘어지도록 제작한 후, 도 4b에 도시된 바와 같이 이를 빔의 하부 또는 전체에 콘크리트보강층을 타설하므로써, 보가 거치되었을 때 미리 빔의 하부 콘크리트보강층(11)에 압축력이 도입되도록 하여 사용상태에서 하부 콘크리트에 작용하는 인장력을 상쇄하도록 제작한 프리플렉스 빔을 교량에 사용하는 사례가 증가하고 있다. 이와 같이 제작되어 설치된 프리플렉스 빔의 상부에 콘크리트 바닥판을 일체로 시공하여 교량을 제작하게 된다.

도 5에는 2경간 교량의 형상이 개략적으로 도시되어 있는데, 도 5에 예시된 바와 같은 2 경간 이상의 긴 길이의 교량을 시공함에 있어서는, 여러 가지 유리한 점 때문에 일반적으로 단순보를 이용한 단순교로 시공하는 것보다는 각 경간이 연속된 연속교로 시공하는 추세이다.

도 6a 내지 도 6b를 참조하여, 종래의 프리플렉스 빔 교량구조물의 시공방법을 설명한다. 도 6a는 두 개의 프리플렉스 빔(10, 20)이 중앙의 지점 즉, 중앙의 교각 위에 서로 마주하도록 거치된 상태를 개략적으로 도시한 것이다. 프리플렉스 빔(10, 20)은 교각 위에 거치되기 전에 소정의 곡률로 상부로 휘어져 있으며, 하부플랜지에는 I형 강재 빔의 외부에 하부 콘크리트보강층(11)이 피복되어 있다. 또한, 상부플랜지에는 상부 콘크리트보강층(12)이 피복되어 있으며, 강재 빔의 복부 역시 복부 콘크리트보강층(13)이 피복되어 있다.

중앙의 지점이 되는 교각 위에 소정 높이의 가설지지대를 세워, 도 6a에 도시된 바와 같이, 프리플렉스 빔의 단부를 지점보다 소정 높이에서 양측의 프리플렉스 빔(10, 20)의 단부를 상기 가설지지대 위에서 서로 마주하도록 위치시킨다. 서로 마주하고 있는 프리플렉스 빔(10, 20)의 연결부에도, 도 6b에 도시된 바와 같이, 콘크리트를 타설하여 프리플렉스 빔(10, 20)의 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지에 각각 상부 콘크리트보강층(12), 복부 콘크리트보강층(13) 및 하부 콘크리트보강층(11)을 형성한 후, 가설지지대를 제거하여 프리플렉스 빔(10, 20)을 교각 위에 영구히 거치한다. 상기 상부 콘크리트보강층(11)은 실질적으로 상부 바닥판으로서 기능하게 된다.

종래의 프리플렉스 빔 교량구조물에서, 강재 빔의 외부를 피복하고 있는 콘크리트보강층은 통상의 보통 콘크리트를 이용하여 형성하였다. 그러나, 이러한 보통 콘크리트를 이용한 프리플렉스 빔 구조물은 부모멘트의 작용시 인장응력이 발생하게 되어 연속화된 지점부의 콘크리트 바닥판 슬래브에 균열이 발생하게 되며, 그에 따라 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래 기술이 가지고 있던 위와 같은 문제점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로, 섬유를 혼입하여 보강한 섬유보강콘크리트를 이용하여 강재 빔 외부에 콘크리트보강층을 형성하여 피복하므로써 향상된 내구성, 피로강도, 수축균열 저항성 등을 가지는 우수한 성능의 프리플렉스 빔 교량구조물을 제시하는 것을 발명의 목적으로 한다.

도 1는 단순교의 시공에 사용되는 본 발명에 따른 프리플렉스 빔 교량구조물의 단면도이다.

도 2는 연속교의 시공에 사용되는 본 발명에 따른 프리플렉스 빔 교량구조물의 단면도이다.

도 3는 단순보에서의 휨모멘트도이다.

도 4a 및 도 4b는 단순교에 프리플렉스 빔 구조물을 적용하는 형태를 도시한 개략도이다.

도 5는 연속된 교량의 단순화된 측면도이다.

도 6a 및 도 6b는 종래 기술에 의한 프리플렉스 빔의 연속화 시공방법을 설명하기 위한 개략도로서, 도 6a는 양측 프리플렉스 빔이 서로 마주 접한 상태를 도시한 것이며, 도 6b는 연속화 작업이 완료된 후 상승된 프리플렉스 빔을 교각에 내려놓은 상태를 도시한 개략적인 측면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 프리플렉스 빔 교량구조물

2, 10, 20 프리플렉스 빔

3 하부 플랜지 4 하부 콘크리트보강층

5 복부 6 보강용 철근

7 복부 콘크리트보강층 8 상부 플랜지

9 상부 콘크리트 바닥판 슬래브

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 단순교의 시공에 사용되는프리플렉스 빔 교량구조물로서, 하부 플랜지를 피복하고 있는 하부 콘크리트보강층이 섬유를 혼입하여 보강한 섬유혼입콘크리트로 구성된 것을 특징으로 하는 프리플렉스 빔 교량구조물이 제공된다.

또한, 본 발명에서는 연속교의 시공에 사용되는 프리플렉스 빔 교량구조물로서, 하부 플랜지, 상부 플랜지 및 복부를 피복하고 있는 하부 콘크리트보강층, 상부 바콘크리트 바닥판 및 복부 콘크리트보강층이 섬유를 혼입하여 보강한 섬유혼입콘크리트로 구성된 것을 특징으로 하는 프리플렉스 빔 교량구조물이 제공된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용효과에 대하여 설명한다.

도 1에는 단순교의 시공에 사용되는 본 발명에 따른 프리플렉스 빔 교량구조물의 단면이 개략적으로 도시되어 있다.

앞서 살펴본 바와 같이, 단순교의 시공에 사용되는 프리플렉스 빔 교량구조물은, 우선 I형 강재 빔(2)을 소정의 곡률을 갖도록 중앙부분이 상부로 볼록하게 되도록 미리 구부려 놓는다.

구부려 놓은 강재 빔(2)의 하부 플랜지(3)의 외부로는 하부 콘크리트보강층(4)이 형성되어 피복되는데, 본 발명에서는 상기 하부 콘크리트 보강층이 섬유를 혼입하여 보강한 섬유보강콘크리트로 이루어진다.

상기 섬유보강콘크리트에 혼입되는 섬유로는 강섬유, 합성 섬유 등이 사용될 수 있으며, 사용되는 섬유에 특별한 제한은 없다.

도 2에는 연속교의 시공에 사용되는 본 발명에 따른 프리플렉스 빔 교량구조물의 단면도가 도시되어 있다.

중앙에는 강재로 이루어진 I형 빔(2)이 설치되며, 하부 플랜지(3) 및 복부(5)의 외부에는 소정 두께의 콘크리트보강층이 형성되어 피복된다. 이때, 콘크리트보강층의 내부에는 소정 위치에 보강용 철근(6)이 배근된다. 보강용 철근(6)의 철근량과 위치는 적절한 구조계산에 의하여 산정하여 결정한다.

본 발명에 있어서, 연속교의 시공에 사용되는 프리플렉스 빔 교량구조물은 하부 플랜지(3)와 복부(5)의 외부에 형성되는 하부 콘크리트보강층(4) 및 복부 콘크리트보강층(7)은 모두 섬유를 혼입하여 보강한 섬유보강콘크리트로 이루어진다.

요컨대, 콘크리트에 섬유를 혼입하여 보강한 섬유보강콘크리트를 이용하여 I형 빔(2)의 하부 플랜지와 복부의 외부를 피복하는 것이다.

또한, 상부 플랜지(8)의 외부에 형성되는 상부 콘크리트 바닥판 슬래브(9) 역시 내부에 보강용 철근(6)이 배근되며 섬유를 혼입하여 보강한 섬유보강콘크리트로 이루어진다. I형 빔(2)의 상부 플랜지(8) 상면에는 상부 콘크리트 바닥판 슬래브(9)와의 일체 결합을 위하여 소정 개수의 스터드가 설치되어 있다.

혼입되는 섬유로서 강섬유(steel fiber)를 사용하는 경우, 강섬유의 혼입량이 1.2 내지 2.5 중량%인 경우 콘크리트의 파괴에너지는 섬유를 혼입하지 아니한 보통의 콘크리트 보다 약 20 내지 70배 이상 증가하게 된다. 또한, 섬유보강콘크리트의 경우는 극한강도가 증가하며 극한강도에 도달한 후에도 에너지 소산량이 적으므로 에너지 소산율도 줄어들게 된다. 따라서, 섬유보강콘크리트를 이용하여 콘크리트보강층을 형성한 본 발명의 프리플렉스 빔 교량구조물의 경우, 콘크리트가 극한강도가 도달하더라도 혼입된 섬유가 균열이 생기는 것을 막아주기 때문에 구조물의 극한 강도가 증가하며 균열이 발생한 이후에도 혼입된 섬유가 균열의 진전을 억제하기 때문에 균열의 진전 속도가 느리며 균열의 간격도 줄어들게 된다.

특히, 크리프, 건조수축 등 시간에 따른 구조물의 처짐에 대해서는 섬유를 2.0중량% 혼입할 경우 이러한 시간에 따른 구조물의 처짐이 약 20%정도 감소하며 섬유의 혼입량이 0.3 내지 0.75%일 경우는 처짐이 약 10% 정도 감소하게 된다. 균열과 균열 사이를 잇는 섬유는 응력이 작용하더라도 크리프가 생기지 않기 때문에 구조물의 인장영역에서 변형이 커지는 것을 억제한다. 따라서, 따라서, 섬유보강콘크리트를 이용하여 콘크리트보강층을 형성한 본 발명의 프리플렉스 빔 교량구조물의 경우, 빔의 처짐과 곡률이 감소하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 프리플렉스 빔 교량구조물에서는 강재 빔의 외부를 피복하는 콘크리트보강층이 섬유를 혼입하여 보강된 섬유보강콘크리트로 제작되므로 구조물의 강도를 증가시킬 수 있으며, 건조 수축 등의 콘크리트 장기거동에 의하여 유발되는 수축 균열도 효과적으로 방지할 수 있어 교량구조물의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

특히, 연속교의 시공을 위하여 사용되는 프리플렉스 빔 교량구조물의 경우, 하부 플랜지와 복부뿐만 아니라, 상부 플랜지에 형성되는 상부 콘크리트 바닥판 슬래브도 섬유를 혼입하여 보강한 섬유보강콘크리트로 제작되므로, 바닥판 슬래브의 펀칭전단 피로강도를 현저하게 증가시킬 수 있으며,

종래의 강합성 교량구조물이나 프리플렉스 빔 교량구조물에 있어서, 사전에 도입된 압축력이 손실되는 양이 매우 크다는 문제점이 있었으나, 본 발명에와 같이, 프리플렉스 빔 교량구조물에 섬유보강콘크리트를 이용하게 되면, 프리플렉스 빔 교량구조물의 설치시에 도입되는 사전 압축력의 손실을 현저하게 줄일 수 있게 된다.

이러한 내구성 향상, 강도 향상 및 압축력 손실감소의 결과로 구조물에 사용되는 강재량을 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 더욱 경제적인 교량시공이 가능하게 된다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 설명된 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상 및 특허청구범위 내에서 자유로운 변형과 개선이 이루어질 수 있다.

Claims (2)

1. 단순교의 시공에 사용되는 프리플렉스 빔 교량구조물로서, 하부 플랜지를 피복하고 있는 하부 콘크리트보강층이 섬유를 혼입하여 보강한 섬유혼입콘크리트로 구성된 것을 특징으로 하는 프리플렉스 빔 교량구조물.
2. 연속교의 시공에 사용되는 프리플렉스 빔 교량구조물로서, 하부 플랜지, 상부 플랜지 및 복부를 피복하고 있는 하부 콘크리트보강층, 상부 바콘크리트 바닥판 및 복부 콘크리트보강층이 섬유를 혼입하여 보강한 섬유혼입콘크리트로 구성된 것을 특징으로 하는 프리플렉스 빔 교량구조물.