KR200377338Y1

KR200377338Y1 - 교각의 내진 보강용 구조체

Info

Publication number: KR200377338Y1
Application number: KR20-2004-0035111U
Authority: KR
Inventors: 문지훈
Original assignee: 주식회사 다인건설; 문지훈
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2005-03-10

Abstract

본 고안은 수중부 교각 및 일반교각 내진 보강시 무용접 지압판을 사용하여 교각의 휨내력의 부족으로 인한 붕괴를 최소화시킬 수 있도록 한 교각의 내진 보강용 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 교각의 내진 보강용 구조체는 교각의 하부 외면에 위치됨과 동시에 교각을 감싸면서 부착되는 지압판과; 상기 지압판의 하단부를 지지하면서 교각의 기초 상부에 고정 설치되는 H빔과; 상기 H빔을 기초 상부에 고정시키는 강봉과; 상기 H빔과 강봉 사이에 고정 설치되는 브라켓과; 상기 교각과 지압판과의 사이에 타설 양생되는 모르타르와; 상기 기초의 상부와 교각의 외측에 설치된 지압판 및 강봉과 브라켓에 걸쳐 일정부분이 매립되도록 타설 양생되는 콘크리트로 구성됨을 특징으로 한다.

Description

교각의 내진 보강용 구조체{Structure for earthquake-proof of a bridge pier}

본 고안은 교각의 내진 보강용 구조체에 관한 것으로, 특히 수중부 교각 및 일반교각 내진 보강시 교각에 무용접 지압판을 사용하여 교각의 붕괴를 최소화시키고자 한 교각의 내진 보강용 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 지진에 대한 교각피해는 주로 내력부족으로 인한 파괴가 대부분이다.

1970년대 이전 허용응력설계법에 의거한 교각의 설계기준에서는 작은 수평방향 가속도만을 예상하고 교각설계를 시행하였다.

이는 현재 교각에 1g를 초과하는 수평방향 가속도가 생길 수 있다는 것이 알려져 있으나, 1971년 이전의 설계는 설계기준값을 0.06g로 예상하고 설계하였으므로 현재 많은 교각은 휨내력이 부족한 게 사실이다.

그렇다면, 작은 지진력에 대해서만 고려하여 설계한 교량은 어느 정도의 휨내력을 보유하는지 알아본다.

교각의 축력∼휨내력의 상호작용을 일반 설계한 경우와 내진 설계한 경우를 비교하면 아래와 같다.

위 그림에서 보면 알 수 있듯이, 일반설계의 교각에서는 축력과 휨내력의 관계는 선형이 되고, 축력이 작용하지 않는 조건하에서는 내진 설계한 교각의 약 45%가 휨모멘트가 작용하지 않는 조건하에서는 30% 정도의 내력을 받는 것을 알 수 있다.

일반적으로 축력이 증가하면 휨내력은 감소하지만 일반적인 교각에 작용하는 정도의 축력에 대해서는 일반교각은 내진 설계한 교각의 1/3∼1/4 정도의 휨내력 발휘에 그치고 있다.

따라서, 미세한 지진으로 일반교각의 경우 특별한 보강조치가 없으면 교각이 붕괴될 수 있는 조건이 된다.

또, 기초 직상부에서 교각 주철근에 겹침 이음을 만들거나, 충분한 겹침 이음 길이가 확보되지 않는 경우 교각 붕괴 위험을 초래할 수 있고, 띠철근이 코어콘크리트내에 정착되지 않은 경우도 피복콘크리트가 박리하여 이음의 정착이 상실되면 띠철근 파단으로 인한 코어콘크리트 붕괴가 급속히 이루어져 교각의 휨파괴가 이루어질 수 있다.

이러한 상기 조건하에 파괴는 교각 강성의 휨부족으로 인한 파괴이며, 내진 보강이 이루어지지 않은 교각은 상부구조의 자중으로 인한 교각의 붕괴우려가 있으므로 보강이 절실히 필요하다.

이러한 교각의 휨파괴에 대한 인성과 전단 내력을 향상시키거나 겹침 이음부의 내진성을 향상시키기 위해서 현재 시행하는 공법은 대표적으로 철판 라이닝 공법을 시행하고 있다.

이 공법은 원형단면 교각(3)에 대해서는 두 장의 철판(3)을 교각(3)보다 좀 큰 반지름으로 구부려 가공하여 교각(3) 주위에 앵커볼트로 고정하고, 세로방향으로 현장 용접후 교각(3)과 철판(3)의 틈을 그라우트한다.

보통 교각(3)의 지름과 철판(3) 두께와의 비는 일반적으로 100:1∼200:1로 하고, 철판(3)은 소성힌지 영역에서 휨구속력을 줌과 동시에 트러스전단 메커니즘에 따라 전단내력을 높이는 효율 좋은 띠철근(10) 역할을 한다. 또한, 철판(3)을 에폭시수지로 접착하고, 직사각형으로 라이닝 하는 공법도 이루어지고 있다.

여기서, 종래의 철판 라이닝 공법은 도 1에 도시된 바와 같이, 원형 교각(3)을 철판(6)을 이용하여 기초(2)에서 상부로 4m 정도를 철판(6)으로 보강한 후 기존 교각(3)과 철판(6) 사이를 무수축 모르타르로 충전하여 교각(3)을 내진 보강하는 공법으로서 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 휨내력 및 전단내력의 상승을 위해 철판(6) 두께(t)가 두꺼워져 시공이 불편하고, 원형 교각(3)에 철판(6)을 둘러 고정시키기 어려운 문제점이 있다.

둘째, 현장에서 두 장의 원형 철판(6)을 현장 용접하여 용접부분의 품질이 저하되고, 또 철판(6)이 겹치는 부위에 덧대기 철판(3) 사용 용접이 용이하지 않으며, 맞대기 용접부위가 파단될 우려가 있다.

셋째, 철판(6)을 기존 교각(3)에 고정하기 위해 앵커볼트를 과도하게 천공함으로 기존 교각(3)에 손상을 줄 우려가 있다.

넷째, 철판(6)과 기존 교각(3) 사이에 무수축 모르타르의 타설이 용이하지 않으며, 인력타설로 확실하게 무수축 모르타르가 충전되었는지 확인이 불가능하다.

또한, 상기한 종래의 철판 라이닝공법 외에 특허출원 제2001-20031로 교각의 내진 보강구조 및 그의 시공방법이 출원되었다.

도 2는 종래의 교각 내진 보강구조를 도시한 사시도이며, 도 3은 종래의 교각 내진 보강구조를 도시한 단면도이며, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 교각의 내진 보강구조는 교각(3)의 하부 외면에 교각(3)을 감싸며 부착되는 지지판(1)과; 이 지지판(1)과 이격된 상태로 그 외부에 설치되는 구속링(4)과; 교각(3) 아래의 기초(2)에 돌출되는 다수개의 앵커볼트(9)에 의해 지지된 체 상기 구속링(4)의 하부에 씌워지는 L형판(8)과; 상기 지지판(1)과 구속링(4) 사이에 위치하며 그 하단이 기초(2)에 박히는 철근보강재(5, 10)와; 그리고 상기 지지판(1)과 구속링(4) 사이에 타설되어 횡방향으로 프리스트레스를 가하는 팽창콘크리트(7)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 종래의 교각의 내진 보강구조 시공방법은 교량의 상판을 지지하도록 지면에 직립되어 설치되는 교각(3)의 하부 외주면에 박판상의 지지판(1)을 부착시키는 공정과; 상기 교각(3) 아래에 형성되는 기초(2)에 구멍을 뚫고, 이에 다수개의 보강철근(5)을 삽입 고정시키며, 보강철근(5)에는 다시 띠철근(10)을 보강하는 공정과; 기초(2)에 팔각형 모양의 L형판(8)을 앵커볼트(9)를 이용하여 부착하는 공정과; 상기 L형판(8) 안에 구속링(4)을 장착하는 공정과; 상기 구속링(4)의 내부에 고성능 팽창콘크리트(7)를 타설하여 양생하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 종래의 교각의 내진 보강구조 및 그 시공방법은 기존에 설치된 교각(3)에 손상을 주지 않고 시공이 간단하여 공기를 단축시킬 수 있기 때문에 유효하게 적용할 수 있는 이점이 있고, 교각(3)의 하부에 프리스트레스트를 줌으로써 기존에 설치된 교각(3)과 일체화가 강화되며, 기존에 설치된 교각(3)이 구속링(4)의 프리스트레스에 의해 구속되는 등 보강능력을 향상시키기 때문에 지진에 직면하는 교각(3)의 내진 보강구조로 적합한 이점이 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 장점을 갖는 종래의 교각의 내진 보강구조 및 그 시공방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 기존 기초(2)와 기둥에 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 지지판(1)을 사용하여 일체화시키면 지진이 발생하여 교각(3)에 큰 회전각이 생겼을 때, L형판(8)과 기초(2)가 접촉하여 L형판(8)에 압축력이 작용하여 보강효과가 없어지고 파단의 우려가 있는 문제점이 있다.

둘째, 교각(3)의 휨내력을 발생시키기 위해서는 철근(5)의 강도를 충분히 발휘할 수 있도록 충분한 정착길이의 확보가 요구되나, 철근(5)의 정착길이를 확보하기 위해 기존 교각(3)을 과다하게 천공해야 되는 문제가 있다.

셋째, 철근(5)은 횡방향 띠철근(10)보다 축방향 철근(5)을 기초(2)에 정확하게 정착시켜야 하나 축방향 철근(5)을 기초(2)에 정착시키기 어려운 문제가 있다.

넷째, 철근(5)을 보강하여 교각(3)의 내진 보강할 경우에는 소성힌지를 확실하게 두어야만 휨내력이나 전단내력 보강 효과가 있다.

다섯째, 원형단면의 교각(3)에서는 띠철근(10)이나 나선철근을 좁은 간격으로 감아야만 구속 효과가 상승되므로, 철근(5)을 촘촘히 배근하여야 하며, 교각(3)의 기둥단면이 타원이나 원형단면이 아닌 즉 직사각형 단면인 경우에는 각 면의 중앙부분에서 축방향 철근(5)이 좌굴하기 쉽고, 우각부 부근 밖에 철근(5)을 효과적으로 구속하기가 힘든 문제가 있다.

여섯째, 우각부 부근 밖에 철근(5)을 구속하기 위해 교각(3) 코너부를 깎아내고 여기에 45°방향으로 코너철근을 배치하여야 하는데 교각(3)의 코어콘크리트에 구멍을 뚫고 중간구속철근을 배치하는 방법이 이루어져야 하나, 공사시공 단가가 높아지고, 또 중간구속철근은 구멍에 통한 다음 단부에 갈고리를 만들어야 하므로 배근도 곤란한 단점이 있다.

이에, 본 고안은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 수중부 교각 및 일반교각 내진 보강시 무용접 지압판을 사용하여 교각의 휨내력의 부족으로 인한 붕괴를 최소화시킬 수 있도록 한 교각의 내진 보강용 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 고안을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5a 내지 5e는 본 고안에 따른 교각의 내진 보강용 구조체를 일반 교각에 설치하는 상태를 도시한 공정도이며, 도 6은 본 고안에 따른 교각의 내진 보강용 구조체의 지압판을 도시한 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 교각의 내진 보강용 구조체(S)는 교각(20)의 하부 외면에 위치됨과 동시에 교각(20)을 감싸면서 부착되는 지압판(30)과; 상기 지압판(30)의 하단부를 지지하면서 교각(20)의 기초(40) 상부에 고정 설치되는 H빔(50)과; 상기 H빔(50)을 기초(40) 상부에 고정시키는 강봉(60)과; 상기 H빔(50)과 강봉(60) 사이에 고정 설치되는 브라켓(70)과; 상기 교각(20)과 지압판(30) 과의 사이에 타설 양생되는 모르타르(80)와; 상기 기초(40)의 상부와 교각(20)의 외측에 설치된 지압판(30) 및 강봉(60)과 브라켓(70)에 걸쳐 일정부분이 매립되도록 타설 양생되는 콘크리트(90)로 구성된다.

즉, 본 고안에 따른 교각의 내진 보강용 구조체(S)는 지압판(30), H빔(50), 강봉(60), 브라켓(70), 모르타르(80) 및 콘크리트(90)가 유기적으로 결합되어 이루어진 구조이다.

여기서, 상기 지압판(30)은 일측의 철판(32)과 타측의 철판(32)에 일정한 길이 및 피치를 갖는 톱날(34)이 형성되고, 상기 일측의 톱날(34)과 타측의 톱날(34)이 서로 맞물려 결합된 구조이다.

이와 같은 지압판(30)은 일측의 철판(32)과 타측의 철판(32)에 톱날(34)이 형성되어 서로 결합된 구조이므로, 지압판(30)을 현장에서 용접하지 않고 교각(20)에 직접적인 시공이 가능하도록 하기 위함이다.

또한, 상기 지압판(30)은 일측의 철판(32)과 타측의 철판(32) 이음새의 품질이 기후나 현장 상황에 영향을 받지 않도록 하기 위함이다.

한편, 상기 H빔(50)은 특별히 제작된 H빔(50)을 사용하여 기초(40)상부와 교각(20)의 하부에 설치하여, 교각(20)의 하부를 보강해주는 역할을 한다.

또한, 상기 강봉(60)과 브라켓(70)은 기초(40) 상부에 설치되는 H빔(50)을 고정하기 위해 상기 H빔(50)의 상면에 브라켓(70)을 설치하고, 상기 브라켓(70)내 가운데를 강봉(60)을 관통 삽입하여 기초(40)와 연결시키는 부재이다.

따라서, 상기 H빔(50)과 강봉(60) 및 브라켓(70)은 종래의 교각(20) 내진 보강에 필요한 철근 조립이나 앵커볼트를 사용할 필요가 없다.

한편, 상기 모르타르(80)는 일반교각(20)과 수중교각(20)에 사용하되, 일반 교각(20)에서는 교각(20)과 지압판(30)과의 사이에는 일반적인 모르타를 사용하여 시공하고, 수중 교각(20)에서는 수중에서 불분리되는 모르타르(80)를 사용한다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 고안에 따른 교각의 내진 보강용 구조체 시공방법은 교각(20)의 하부에 위치된 기초(40)의 일정부분을 굴착하는 단계; 기초(40) 상부에 H빔(50)을 강봉(60)과 브라켓(70)을 이용하여 설치하는 단계; 상기 브라켓(70)에 조립된 지압판(30)을 일체로 고정 연결하는 단계; 교각(20)과 지압판(30)과의 사이를 모르타르(80)를 타설하여 양생시키는 단계; 기초(40) 상부에 설치된 H빔(50)과 강봉(60) 및 브라켓(70) 부위에 소정의 높이로 콘크리트(90)를 타설하여 양생하는 단계를 순차적으로 시행하여 일반교각(20)을 내진 보강하는 것이다.

즉, 본 고안에 따른 교각의 내진 보강용 구조체 시공방법은 기존의 교각(20)의 토사를 제거하기 위해 기초(40) 상부까지 일정부분을 굴착한 후, 상기 기초(40) 상부에 특수 H빔(50)을 강봉(60)과 브라켓(70)을 이용하여 설치하고, 상기 브라켓(70)에 지압판(30)을 연결 시공한다.

이 때, 상기 교각(20)이 물이 없는 경우에는 확실한 내진 보강을 위해 기초(40)부위를 H빔(50)으로 보강한 후, 상기 H빔(50)의 상면에 강봉(60)과 브라켓(70)을 설치한 후, 상기 브라켓(70)에 지압판(30)을 사용하여 일체화시킨 후, 그 사이를 특수 모르타르(80)를 이용하여 기존 교각(20)과 일체화시키면 1차로 내진 보강이 완료된다.

이 공정이 완료된 후, 상기 기초(40), H빔(50)과 강봉(60) 및 브라켓(70)의 설치부위를 2∼3m 정도 높이로 콘크리트(90)를 타설하여 양생시키면 교각(20)의 기초(40)가 완벽한 보강이 이루어진다.

이하, 수중부 교각(20) 보강에 대해서 설명한다.

도 7a 내지 7f는 본 고안에 따른 교각의 내진 보강용 구조체를 수중 교각에 설치하는 상태를 도시한 공정도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 교각의 내진 보강용 구조체 시공방법은 교각(20)의 하부에 위치된 기초(40)의 일정부분을 굴착한 후, 상기 기초(40)의 상부에 연결된 교각(20)의 외측면에 지압판(30)을 조립 및 설치하고, 상기 교각(20)과 지압판(30)과의 사이에 불분리 모르타르(80)를 타설 및 양생하는 단계를 순차적으로 이하여 수중 교각(20)을 내진 보강하는 것이다.

따라서, 본 고안은 수중교각(20) 보강시에 물막는 부대시설이 필요 없이, 수중에서 철판(32)과 철판(32)의 톱날(34) 모양이 서로 견고히 물고 있는 지압판(30)을 현장에서 용접 없이 시공이 가능하고, 상기 지압판(30)의 철판(32) 이음새의 품질이 기후나 현장 상황에 영향을 받지 않으며, 수중에서 불분리되는 모르타르(80)를 사용하여 수중에서도 용이하게 교각(20)을 보강할 수 있는 작용효과가 있다.

또한, 본 고안은 내진 효과가 우수하고, 기존의 교각(20) 및 기초(40)에 과다한 앵커조립이나 손상이 적어, 교각(20) 및 기초(40)에 지압판(30)을 무리 없이 설치하여, 교각(20)의 보강이 가능하고, 시공이 간단한 작용효과가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 교각의 내진 보강용 구조체는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 고안은 수중에서는 물막는 부대시설이 필요없이 수중에서 철판과 철판이 톱날이 맞물린 지압판을 현장에서 용접없이 시공이 가능한 이점이 있다.

둘째, 본 고안은 지압판의 철판 이음새의 품질이 기후나 현장 상황에 영향을 받지 않는 이점이 있다.

셋째, 본 고안은 교각에 종래와 같은 과다한 앵커조립이나 교각의 손상이 적으므로 교각에 무리없이 지압판의 보강이 가능하고, 시공이 간편한 이점이 있다.

도 1은 종래의 철판 라이닝 보강 구조를 도시한 예시도,

도 2는 종래의 교각 내진 보강구조를 도시한 사시도,

도 3은 종래의 교각 내진 보강구조를 도시한 단면도,

도 4는 도 3의 A-A선 단면도,

도 5a 내지 5e는 본 고안에 따른 교각의 내진 보강용 구조체를 일반 교각에 설치하는 상태를 도시한 공정도,

도 6은 본 고안에 따른 교각의 내진 보강용 구조체의 지압판을 도시한 사시도,

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

1 : 지지판 2 : 기초

3 : 교각 4 : 구속링

5 : 보강철근 6 : 철판

7 : 팽창콘크리트 8 : L형판

9 : 앵커볼트 10 : 띠철근

20 : 교각 30 : 지압판

32 : 철판 34 : 톱날

40 : 기초 50 : H빔

60 : 강봉 70 : 브라켓

80 : 모르타르 90 : 콘크리트

S : 교각의 내진 보강용 구조체

Claims

교각(20)의 하부 외면에 위치됨과 동시에 교각(20)을 감싸면서 부착되는 지압판(30)과;

상기 지압판(30)의 하단부를 지지하면서 교각(20)의 기초(40) 상부에 고정 설치되는 H빔(50)과;

상기 H빔(50)을 기초(40) 상부에 고정시키는 강봉(60)과;

상기 H빔(50)과 강봉(60) 사이에 고정 설치되는 브라켓(70)과;

상기 교각(20)과 지압판(30) 과의 사이에 타설 양생되는 모르타르(80)와;

상기 기초(40)의 상부와 교각(20)의 외측에 설치된 지압판(30) 및 강봉(60)과 브라켓(70)에 걸쳐 일정부분이 매립되도록 타설 양생되는 콘크리트(90)로 구성됨을 특징으로 하는 교각의 내진 보강용 구조체.
제 1항에 있어서,

상기 지압판(30)은 일측의 철판(32)과 타측의 철판(32)에 일정한 길이 및 피치를 갖는 톱날(34)이 형성되고, 상기 일측의 톱날(34)과 타측의 톱날(34)이 서로 맞물려 결합됨을 특징으로 하는 교각의 내진 보강용 구조체.