KR20110115349A - 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교량의 교각기둥(100)의 최상단에 시공되는 피어캡부 시공방법에서, (1) 상기 교각기둥(100)의 기둥 주철근(110)이 정착길이를 확보하도록 상부로 노출시키고 상부에 단차를 두어 거치턱(120)을 형성하도록 콘크리트를 타설하여 교각기둥(100)을 시공하는 기둥시공단계; (2) 하부에 중공(212)이 형성되도록 선제작된 프리캐스트 콘크리트 셸(200) 내부의 상부에 다수 개의 코핑주철근(300)을 배근하는 피어캡 주철근 배근단계; (3) 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)을 상기 기둥(100)위에 거치 시키되 상기 기둥 주철근(110)이 상기 중공(212)을 관통하도록 거치시키는 프리캐스트 콘크리트 셸 거치단계; (4) 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)에 콘크리트를 타설하는 콘크리트 타설단계; 및, (5) 타설된 콘크리트를 양생하는 양생단계;를 포함하여 구성되되,
상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)은 상기 (1) 기둥시공단계와 함께 또는 (1)기둥시공단계보다 먼저 공장에서 선제작되는 것으로 중공(212)이 형성된 하부판(210);과 두 개의 전면수직판(220); 그리고 두 개의 측면수직판(230);이 일체로 구성되어 전체적으로 상부가 개방되고 하부에 중공(212)이 형성된 박스형태로써,
상기 하부판(210)의 중공(212)을 형성하는 원형의 링플레이트(240); 상기 하부판(210)의 내부에 설치되는 것으로 상기 링플레이트(240)의 외주면에 접합되는 다수 개의 콘크리트 셸 하부철근(250); 상기 전면수직판(220)과 측면수직판(230)의 내부에 설치되는 것으로 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)이 연장되어 위로 절곡되거나 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)과 이음되는 다수 개의 콘크리트 셸 수직철근(260); 상기 콘크리트 셸 하부철근(250) 상호간이나 콘크리트 셸 수직철근(260) 상호간을 일체로 결속하는 콘크리트 셸 늑근(270); 및 상기 하부판(210)과 전면수직판(220) 그리고 측면수직판(230)의 외관을 형성하는 것으로 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)과 콘크리트 셸 수직철근(260) 상하 또는 좌우로부터 콘크리트 피복두께를 유지하며 타설되어 시공된 셸 콘크리트;로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공한다.
또한, 추가로 상기 (1) 기둥시공단계 이후에 상기 거치턱(120) 위에 스틸브래킷(400)을 장착하는 (1`) 스틸브래킷 설치단계;가 더 포함되어 구성되거나,
상기 (1) 기둥시공단계는 상기 교각기둥(100)의 상기 거치턱(120)을 외부로 연장하여 콘크리트 브래킷(130)을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공한다.
프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공한다.

Description

프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법{Pier Cap Installation Structure Using Precast Concrete Shell And Construction Method Thereof}
본 발명은 교량의 기둥 위에 설치되는 피어캡부에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 기둥의 시공과정 중에 구조부재와 거푸집의 역할을 동시에 수행하는 프리캐스트 콘크리트 셸을 사전제작하고, 이를 이용하여 필수적인 주철근의 배근만으로 반건식적으로 피어캡부를 시공하므로 공기단축이 가능하고 안전하며 경제적인 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
교량공사는 많은 인력과 시간 등이 투입되는 대규모 공사로써 시공과정을 살펴보면, 기둥부분인 교대(abutment) 및 교각(pier)을 시공한 후 교각과 교각 사이에 평행으로 다수 개의 주거더(main girder)를 설치한다. 이어서 주거더 위에 철골 등을 이용한 받침보를 시공한 후 교량의 바닥판인 슬래브(slab)공사를 착수한다.
기둥과 피어캡부의 시공은 교량공사의 가장 중요한 공사로써 교량 전체의 구조적 안전성도 확보하지만 시공과정에서 공사기간에도 주된 영향을 미친다.
도 7은 종래의 피어캡부의 정면도이고, 도 10은 도 7에서 C-C`의 단면도이다.
종래의 기둥과 피어캡부의 시공은 기둥과 피어캡부의 철근을 이어서 배근한 후, 하부로부터 차례로 시공하여 기둥의 콘크리트 타설작업이 끝난 다음에 피어캡부의 철근 배근작업과 콘크리트 타설작업을 이어서 하였다. 따라서 기둥 콘크리트의 양생기간 동안 다음 작업인 피어캡부의 철근 배근작업이 단절되므로 피어캡부의 완성까지 많은 시간이 소요되는 문제점이 있으며, 피어캡부 시공에 대한 거푸집 및 동바리 등 많은 자재 및 장비들이 사용되는 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 T형 교각의 피어캡부는 캔틸레버(cantilever)로써 기능을 한다. 따라서 주된 인장응력 및 휨은 상부에만 집중적으로 발생하게 되므로 기둥의 주철근은 소정의 정착길이를 확보하여 피어캡부로 삽입되고 피어캡부의 주철근은 상부에 집중적으로 배근하면 된다.
그러나 도 10에 도시된 바와 같이 종래의 피어캡부는 주철근 및 수평철근이 상부 내지 하부에 모두 과다하게 배근되고 늑근을 포함한 띠철근 또한 과다하게 배근되어 철근 상호간에 간섭이 일어나므로 시공성이 떨어지고, 용접 및 철근 이음작업 등이 과다하게 부가되어 숙련공도 시공정밀도를 유지하지 못하며, 이러한 시공 공정을 수행하기 위한 비용 및 공기가 증가되는 문제점이 있다.
상술한 종래의 피어캡부 시공의 문제점을 보완하기 위하여 프리캐스트 피어캡부에 대한 많은 특허(등록번호: 10-0748636-0000) 및 출원(출원번호: 10-2008-0070549)이 있으나 기둥과 피어캡부의 접합부에 대한 대책이 미흡하고 피어캡부의 철근의 과다배근을 해결하지 못하고 있으며, 양중무게가 커서 소용량의 장비를 사용할 수 없고 운송에 불리한 문제점이 있다.
결론적으로, 종래의 기술은 기능공의 숙련도가 보장되어야만 하고, 많은 공사시간이 소요되며 시공품질을 확보하기 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다. 그 목적은 다음과 같다.
첫째, 거푸집과 구조부재의 역할을 동시에 수행하는 자체하중이 작은 피어캡부의 외형을 미리 제작하여 소용량 장비로 양중 및 운송이 가능하고 공기를 단축시키는 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공하고자 한다.
둘째, 스트럿-타이 해석법을 비롯한 정확한 구조계산으로 피어캡부에 불필요하게 배근되는 철근의 양을 줄여 경제적인 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공하고자 한다.
셋째, 기둥과 피어캡부의 접합부분을 보강하여 균열이 일어나지 않고 구조적으로 안전한 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공하고자 한다.
넷째, 공기단축에 따른 간접비 절감효과가 우수하여 해상 교량 및 도심지 급속시공 등에 유리한 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 교량의 교각기둥(100)의 최상단에 시공되는 피어캡부 시공방법에서, (1) 상기 교각기둥(100)의 기둥 주철근(110)이 정착길이를 확보하도록 상부로 노출시키고 상부에 단차를 두어 거치턱(120)을 형성하도록 콘크리트를 타설하여 교각기둥(100)을 시공하는 기둥시공단계; (2) 하부에 중공(212)이 형성되도록 선제작된 프리캐스트 콘크리트 셸(200) 내부의 상부에 다수 개의 피어캡 주철근(300)을 배근하는 피어캡 주철근 배근단계; (3) 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)을 상기 교각기둥(100)위에 거치 시키되 상기 기둥 주철근(110)이 상기 중공(212)을 관통하도록 거치시키는 프리캐스트 콘크리트 셸 거치단계; (4) 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)에 콘크리트를 타설하는 콘크리트 타설단계; 및, (5) 타설된 콘크리트를 양생하는 양생단계;를 포함하여 구성되되,
상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)은 상기 (1) 기둥시공단계와 함께 또는 (1)기둥시공단계보다 먼저 공장에서 선제작되는 것으로 중공(212)이 형성된 하부판(210);과 두 개의 전면수직판(220); 그리고 두 개의 측면수직판(230);이 일체로 구성되어 전체적으로 상부가 개방되고 하부에 중공(212)이 형성된 박스형태로써,
상기 하부판(210)의 중공(212)을 형성하는 원형의 링플레이트(240); 상기 하부판(210)의 내부에 설치되는 것으로 상기 링플레이트(240)의 외주면에 접합되는 다수 개의 콘크리트 셸 하부철근(250); 상기 전면수직판(220)과 측면수직판(230)의 내부에 설치되는 것으로 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)이 연장되어 위로 절곡되거나 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)과 이음되는 다수 개의 콘크리트 셸 수직철근(260); 상기 콘크리트 셸 하부철근(250) 상호간이나 콘크리트 셸 수직철근(260) 상호간을 일체로 결속하는 콘크리트 셸 늑근(270); 및 상기 하부판(210)과 전면수직판(220) 그리고 측면수직판(230)의 외관을 형성하는 것으로 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)과 콘크리트 셸 수직철근(260) 상하 또는 좌우로부터 콘크리트 피복두께를 유지하며 타설되어 시공된 셸 콘크리트;로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공한다.
또한, 추가로 상기 (1) 기둥시공단계 이후에 상기 거치턱(120) 위에 스틸브래킷(400)을 장착하는 (1`) 스틸브래킷 설치단계;가 더 포함되어 구성되거나,
상기 (1) 기둥시공단계는 상기 교각기둥(100)의 상기 거치턱(120)을 외부로 연장하여 콘크리트 브래킷(130)을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공한다.
프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.
첫째, 거푸집과 구조부재의 역할을 동시에 수행하는 피어캡부의 외형을 미리 제작하여 피어캡부의 시공에서 별도의 거푸집 및 동바리가 불필요하며, 소용량 장비로 양중 및 운송이 가능하고, 특히 피어캡부의 설치 개수가 많은 다경간 교량에서 공기단축 효과가 우수하여 도심지의 급속시공에 유리한 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공한다.
둘째, 스트럿-타이 해석법을 비롯한 정확한 구조계산으로 피어캡부에 불필요하게 배근되는 철근의 양을 줄여 경제적인 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공한다.
셋째, 기둥과 피어캡부의 접합부분을 보강하여 균열이 일어나지 않고 구조적으로 안전한 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공한다.
넷째, 공기단축에 따른 간접비 절감효과가 우수하여 해상 교량 및 도심지 급속시공 등에 유리한 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸의 평면도이다.
도 3은 도 1에서 A-A`의 단면도이다.
도 4는 도 1에서 B-B`의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 링플레이트와 콘크리트 셸 하부철근의 결합관계를 도시한 평면도 및 사시도이다.
도 6은 본 발명의 링플레이트와 콘크리트 셸 하부철근의 결합관계를 프리캐스트 콘크리트 셸 전체에서 도시한 평면도이다.
도 7은 종래의 피어캡부의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조의 정면도이다.
도 9는 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조에서 교각기둥과 프리캐스트 콘크리트 셸의 결합관계를 나타낸 단면도이다.
도 10은 도 7에서 C-C`의 단면도이다.
도 11은 도 8에서 D-D`의 단면도이다.
도 12(a)는 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조에서 프리캐스트 콘크리트 셸에 배근되는 각종 철근과 피어캡 주철근의 배근관계를 도시한 것이다.
도 12(b)는 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조에서 프리캐스트 콘크리트 셸에 배근되는 각종 철근과 피어캡 주철근 그리고 교각기둥에 배근되는 기둥 주철근의 배근관계를 도시한 것이다.
도 13은 실험체 외부에 계측센서를 설치하기 위한 설치계획도이다.
도 14는 실험체 내부에 계측센서를 설치하기 위한 설치계획도이다.
도 15는 실험체에 사용되는 재료들의 시험결과와 단면강도를 나타낸 표이다.
도 16은 종래의 피어캡부의 RC실험체에 휨 실험을 하는 과정을 촬영한 사진이다.
도 17은 본 발명의 피어캡부의 PC실험체에 휨 실험을 하는 과정을 촬영한 사진이다.
도 18은 종래의 피어캡부의 RC실험체에 전단 실험을 하는 과정을 촬영한 사진이다.
도 19는 본 발명의 피어캡부의 PC실험체에 전단 실험을 하는 과정을 촬영한 사진이다.
도 20은 본 발명의 피어캡부의 PC실험체의 휨 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 21은 본 발명의 피어캡부의 PC실험체의 전단 실험결과를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸의 평면도이며, 도 3은 도 1에서 A-A`의 단면도이다. 도 4는 도 1에서 B-B`의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 링플레이트와 콘크리트 셸 하부철근의 결합관계를 도시한 평면도 및 사시도이고, 도 6은 본 발명의 링플레이트와 콘크리트 셸 하부철근의 결합관계를 프리캐스트 콘크리트 셸 전체에서 도시한 평면도이다.
본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 시공방법은 교량의 교각기둥(100)의 최상단에 시공되는 피어캡부 시공방법에서,
(1) 상기 교각기둥(100)의 기둥 주철근(110)이 정착길이를 확보하도록 상부로 노출시키고 상부에 단차를 두어 거치턱(120)을 형성하도록 콘크리트를 타설하여 교각기둥(100)을 시공하는 기둥시공단계; (2) 하부에 중공(212)이 형성되도록 선제작된 프리캐스트 콘크리트 셸(200) 내부의 상부에 다수 개의 피어캡 주철근(300)을 배근하는 피어캡 주철근 배근단계; (3) 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)을 상기 기둥(100)위에 거치 시키되 상기 기둥 주철근(110)이 상기 중공(212)을 관통하도록 거치시키는 프리캐스트 콘크리트 셸 거치단계; (4) 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)에 콘크리트를 타설하는 콘크리트 타설단계; 및, (5) 타설된 콘크리트를 양생하는 양생단계;를 포함하여 구성되되,
상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)은 상기 (1) 기둥시공단계와 함께 또는 (1)기둥시공단계보다 먼저 공장에서 선제작되는 것으로 중공(212)이 형성된 하부판(210);과 두 개의 전면수직판(220); 그리고 두 개의 측면수직판(230);이 일체로 구성되어 전체적으로 상부가 개방되고 하부에 중공(212)이 형성된 박스형태로써,
상기 하부판(210)의 중공(212)을 형성하는 원형의 링플레이트(240); 상기 하부판(210)의 내부에 설치되는 것으로 상기 링플레이트(240)의 외주면에 접합되는 다수 개의 콘크리트 셸 하부철근(250); 상기 전면수직판(220)과 측면수직판(230)의 내부에 설치되는 것으로 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)이 연장되어 위로 절곡되거나 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)과 이음되는 다수 개의 콘크리트 셸 수직철근(260); 상기 콘크리트 셸 하부철근(250) 상호간이나 콘크리트 셸 수직철근(260) 상호간을 일체로 결속하는 콘크리트 셸 늑근(270); 및 상기 하부판(210)과 전면수직판(220) 그리고 측면수직판(230)의 외관을 형성하는 것으로 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)과 콘크리트 셸 수직철근(260) 상하 또는 좌우로부터 콘크리트 피복두께를 유지하며 타설되어 시공된 셸 콘크리트;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)은 상기 두 개의 전면수직판(220)에 서로 마주보는 다수 개의 구멍이 필요한 수량으로 천공되고 상기 구멍으로 상기 두 개의 전면수직판(220)을 연결하는 타이바(214)(tie-bar)가 더 추가로 구성되되, 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)의 상기 하부판(210)과 전면수직판(220) 그리고 측면수직판(230)의 내부면에는 전단키(216)가 부착되거나 형성되고, 상기 전면수직판(220)과 측면수직판(230)의 상단부는 안쪽으로 경사지게 형성될 수 있으며,
상기 (1) 기둥시공단계 이후에 상기 거치턱(120) 위에 스틸브래킷(400)을 장착하는 (1`) 스틸브래킷 설치단계;가 더 포함될 수 있다.
상기 (1) 기둥시공단계는 상기 교각기둥(100)의 기둥 주철근(110)이 정착길이를 확보하도록 상부로 노출시키고 상부에 단차를 두어 거치턱(120)을 형성하도록 콘크리트를 타설하여 교각기둥(100)을 시공하는 단계를 말하며, 상기 교각기둥(100)의 상기 거치턱(120)을 외부로 연장하여 콘크리트 브래킷(130)을 더 형성하도록 할 수 있다.
상기 거치턱(120) 및 콘크리트 브래킷(130)은 하기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)이 안전하게 거치될 수 있도록 교각기둥(100)의 주두에 주로 단면을 확대하여 형성되는 것으로 상부에 철판을 부착하여 보강할 수 있다.
상기 (1) 기둥시공단계 이후에 상기 거치턱(120) 위에 스틸브래킷(400)을 장착하는 (1`) 스틸브래킷 설치단계;가 더 포함되어 구성될 수 있다. 상기 스틸브래킷(400)은 하기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)이 안전하게 거치될 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기 (2) 피어캡 주철근 배근단계는 하부에 중공(212)이 형성되도록 선제작된 프리캐스트 콘크리트 셸(200) 내부의 상부에 다수 개의 피어캡 주철근(300)을 배근하는 단계를 말한다.
상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)은 도 1 내지 6에 도시된 바와 같이 상기 (1) 기둥시공단계와 함께 또는 (1)기둥시공단계보다 먼저 공장에서 선제작되는 것으로 중공(212)이 형성된 하부판(210);과 두 개의 전면수직판(220); 그리고 두 개의 측면수직판(230);이 일체로 구성되어 전체적으로 상부가 개방되고 하부에 중공(212)이 형성된 박스형태로써, 상기 하부판(210)의 중공(212)을 형성하는 원형의 링플레이트(240); 상기 하부판(210)의 내부에 설치되는 것으로 상기 링플레이트(240)의 외주면에 접합되는 다수 개의 콘크리트 셸 하부철근(250); 상기 전면수직판(220)과 측면수직판(230)의 내부에 설치되는 것으로 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)이 연장되어 위로 절곡되거나 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)과 이음되는 다수 개의 콘크리트 셸 수직철근(260); 상기 콘크리트 셸 하부철근(250) 상호간이나 콘크리트 셸 수직철근(260) 상호간을 일체로 결속하는 콘크리트 셸 늑근(270); 및 상기 하부판(210)과 전면수직판(220) 그리고 측면수직판(230)의 외관을 형성하는 것으로 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)과 콘크리트 셸 수직철근(260) 상하 또는 좌우로부터 콘크리트 피복두께를 유지하며 타설되어 시공된 셸 콘크리트;로 구성된다.
또한 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)은 상기 두 개의 전면수직판(220)에 서로 마주보는 다수 개의 구멍이 천공되고 상기 구멍으로 상기 두 개의 전면수직판(220)을 연결하는 타이바(214)(tie-bar)가 더 추가로 구성되되, 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)의 상기 하부판(210)과 전면수직판(220) 그리고 측면수직판(230)의 내부면에는 전단키(216)가 부착되거나 형성될 수 있다.
본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸(200)은 측면 및 하부가 모두 프리캐스트 콘크리트로 일체로써 제작되고 타이바(214)까지 시공되므로, 별도의 전단키가 없더라도 나중에 타설되는 하기 피어캡 콘크리트(280)와 분리없이 일체로써 거동함에는 의문이 없다.
그러나 안전을 위한 보강차원에서 전단키(216)를 시공할 수 있는 데, 상기 전단키(216)는 통상적인 전단키와 같이 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)의 내부면에 요철(凹凸)을 형성하거나 스터드볼트(stud bolt) 등을 시공할 수 있는 것으로 차후에 타설되는 하기 피어캡 콘크리트(280)와의 일체성을 확보하기 위한 것이다.
상기 전면수직판(220)과 측면수직판(230)의 상단부는 안쪽으로 경사지게 형성될 수 있는 데, 이는 차후 타설되는 하기 피어캡 콘크리트(280)의 양생과정이나 경화과정에서 발생할 수 있는 시공이음부위(construction joint)를 토핑부의 상부면이 아닌 모서리로 유도하여 구조적 또는 미관적으로 우수한 효과를 내기 위함이다.
원형의 상기 링플레이트(240)는 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)이 기둥의 주두 또는 상기 거치턱(120) 및 콘크리트 브래킷(130)에 거치될 때 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)의 하부가 안전하게 균열없이 거치되도록 하는 역할하며 동시에 콘크리트 셸 하부철근(250) 상호간을 연결하는 역할을 한다. 또한 상기 링플레이트(240)의 외주면에 접합되는 다수 개의 콘크리트 셸 하부철근(250)으로 인하여 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)과 일체가 된다.
상기 (3) 피어캡 주철근 배근단계는 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200) 내부의 상부에 다수 개의 피어캡 주철근(300)을 배근하는 단계를 말한다.
도 7은 종래의 피어캡부의 정면도이고 도 10은 도 7에서 C-C`의 단면도이다. 그리고
도 8은 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조의 정면도이고, 도 11은 도 8에서 D-D`의 단면도이다.
상술한 바와 같이, 일반적으로 T형의 피어캡부는 캔틸레버(cantilever)로써 기능을 한다. 따라서 주된 인장응력 및 휨은 상부에만 집중적으로 발생하게 되므로 기둥의 주철근은 소정의 정착길이를 확보하여 피어캡부로 삽입되고 피어캡부의 주철근은 상부에 집중적으로 배근하면 된다. 그러나 도 10에 도시된 종래의 피어캡부의 주철근은 상부 내지 하부에 모두 과다하게 배근되고 늑근을 포함한 띠철근 또한 과다하게 배근되어 철근 상호간에 간섭이 일어나므로 시공성이 떨어지고, 용접 및 철근 이음작업 등이 과다하게 부가되어 숙련공도 시공정밀도를 유지하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 도 11에 도시된 바와 같이, 각종 응력이 집중적으로 발생하고 작용하는 피어캡부의 상부에 주철근을 집중적으로 배근하므로 불필요한 철근의 배근량을 줄일 수 있다.
상기 (4) 콘크리트 타설단계는 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)에 콘크리트를 타설하는 단계를 말한다.
상기 (5) 양생단계는 교량의 주거더 및 슬래브 등의 시공에 앞서서 타설된 콘크리트를 양생하는 단계를 말한다.
본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조는 상술한 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 시공방법으로 시공된 구조를 말한다.
도 12(a)는 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조에서 프리캐스트 콘크리트 셸에 배근되는 각종 철근과 피어캡 주철근의 배근관계를 도시한 것이고, 도 12(b)는 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조에서 프리캐스트 콘크리트 셸에 배근되는 각종 철근과 피어캡 주철근 그리고 교각기둥에 배근되는 기둥 주철근의 배근관계를 도시한 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 종래에 철근을 무분별하게 과다 배근했던 것과는 달리, 스트럿 타이 해석법 등을 적용한 설계 합리화와 고강도 철근 및 콘크리트의 적용으로 피어캡부의 상부에만 피어캡 주철근(300)을 집중배근하고 교각기둥(100)의 기둥 주철근(110)이 정착되는 피어캡부의 중심부분에서는 철근의 배근을 배제하여 철근 상호간의 간섭을 피하고 시공의 편의를 도모할 수 있다. 이에 대한 종래의 피어캡부와 본 발명의 비교실험은 후술한다.
도 13은 실험체 외부에 계측센서를 설치하기 위한 설치계획도이고, 도 14는 실험체 내부에 계측센서를 설치하기 위한 설치계획도이며, 도 15는 실험체에 사용되는 재료들의 시험결과와 단면강도를 나타낸 표이다.
도 13 및 14에 도시된 바와 같이 도 15의 표에 따른 재료를 사용하여 실험체를 제작하고 종래의 피어캡부의 RC실험체 및 본 발명의 피어캡부의 PC실험체(PC Shell 구조)에 각종 계측센서를 부착하여 휨강도 및 전단강도 등을 실험하였다.
도 16은 종래의 피어캡부의 RC실험체에 휨 실험을 하는 과정을 촬영한 사진이고, 도 17은 본 발명의 피어캡부의 PC실험체에 휨 실험을 하는 과정을 촬영한 사진이다.
도 18은 종래의 피어캡부의 RC실험체에 전단 실험을 하는 과정을 촬영한 사진이고, 도 19는 본 발명의 피어캡부의 PC실험체에 전단 실험을 하는 과정을 촬영한 사진이다.
도 20은 본 발명의 피어캡부의 PC실험체의 휨 실험결과를 나타낸 그래프이며, 도 21은 본 발명의 피어캡부의 PC실험체의 전단 실험결과를 나타낸 그래프이다.
본 실험은 종래의 피어캡부(RC구조)와 본 발명의 피어캡부(PC Shell 구조)의 구조적 성능을 비교하여 그 차이점을 실험적으로 규명하기 위한 것이다. 실험체는 강도 및 상세에 있어서 모두 현행 콘크리트 구조설계기준에 준하여 설계하였다.
먼저 도 13 내지 14에 도시된 바와 같이 장착되는 각종 센서 위치를 도시한 설치계획도를 작성하고, 도 16 내지 19에 도시된 바와 같이 실험을 실시하였다.
그 실험결과를 나타낸 것이 도 20 및 21인데, 도 20은 휨강도를 도시한 것이고 도 21은 전단강도를 도시한 것이다.
도 20에서 연두색선은 본 발명의 피어캡부의 PC실험체의 결과를 나타낸다. 도시된 바와 같이 본 발명의 경우 휨강도에서 설계 공칭 휨강도와 비슷하거나 우수한 결과를 보이고 있으며, 이로써 본 발명의 구조 성능이 충분함을 입증하고 있다.
도 21에서 파랑색선은 본 발명의 피어캡부의 PC실험체의 결과를 나타낸다. 도시된 바와 같이 본 발명의 경우 설계 공칭 전단강도와 비슷하거나 우수한 결과를 보이고 있다.
결론적으로 본 발명의 경우 PC로 선제작된 프리캐스트 콘크리트 셸(200)을 교각기둥(100) 위에 거치하고 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)의 내부의 상부에만 최소한의 주철근인 피어캡 주철근(300)을 배근하여 피어캡 콘크리트(280)를 타설하여 시공하게 되는 데, 위의 결과와 같이 종래의 피어캡 보다 동등하거나 이상의 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 거푸집과 구조부재의 역할을 동시에 수행하는 피어캡부의 외형을 미리 제작하여 공기를 단축시키며, 정확한 구조계산으로 피어캡부에 불필요하게 배근되는 철근의 양을 줄여 경제적이고, 기둥과 피어캡부의 접합부분을 보강하여 균열이 일어나지 않고 구조적으로 안전한 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조 및 이의 시공방법을 제공한다.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.
따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
100: 교각기둥
110: 기둥 주철근
120: 거치턱
130: 콘크리트 브래킷
200: 프리캐스트 콘크리트 셸
210: 하부판
212: 중공
214: 타이바
216: 전단키
220: 전면수직판
230: 측면수직판
240: 링플레이트
250: 콘크리트 셸 하부철근
260: 콘크리트 셸 수직철근
270: 콘크리트 셸 늑근
280: 피어캡 콘크리트
300: 피어캡 주철근
400: 스틸브래킷

Claims (7)

  1. 교량의 교각기둥(100)의 최상단에 시공되는 피어캡부 시공방법에서,
    (1) 상기 교각기둥(100)의 기둥 주철근(110)이 정착길이를 확보하도록 상부로 노출시키고 상부에 단차를 두어 거치턱(120)을 형성하도록 콘크리트를 타설하여 교각기둥(100)을 시공하는 기둥시공단계;
    (2) 하부에 중공(212)이 형성되도록 선제작된 프리캐스트 콘크리트 셸(200) 내부의 상부에 다수 개의 피어캡 주철근(300)을 배근하는 피어캡 주철근 배근단계;
    (3) 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)을 상기 교각기둥(100)위에 거치 시키되 상기 기둥 주철근(110)이 상기 중공(212)을 관통하도록 거치시키는 프리캐스트 콘크리트 셸 거치단계;
    (4) 상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)에 콘크리트를 타설하는 콘크리트 타설단계; 및,
    (5) 타설된 콘크리트를 양생하는 양생단계;
    를 포함하여 구성되되,
    상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)은 상기 (1) 기둥시공단계와 함께 또는 먼저 공장에서 선제작되는 것으로 중공(212)이 형성된 하부판(210);과 두 개의 전면수직판(220); 그리고 두 개의 측면수직판(230);이 일체로 구성되어 전체적으로 상부가 개방되고 하부에 중공(212)이 형성된 박스형태로써,
    상기 하부판(210)의 중공(212)을 형성하는 원형의 링플레이트(240); 상기 하부판(210)의 내부에 설치되는 것으로 상기 링플레이트(240)의 외주면에 접합되는 다수 개의 콘크리트 셸 하부철근(250); 상기 전면수직판(220)과 측면수직판(230)의 내부에 설치되는 것으로 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)이 연장되어 위로 절곡되거나 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)과 이음되는 다수 개의 콘크리트 셸 수직철근(260); 상기 콘크리트 셸 하부철근(250) 상호간이나 콘크리트 셸 수직철근(260) 상호간을 일체로 결속하는 콘크리트 셸 늑근(270); 및 상기 하부판(210)과 전면수직판(220) 그리고 측면수직판(230)의 외관을 형성하는 것으로 상기 콘크리트 셸 하부철근(250)과 콘크리트 셸 수직철근(260) 상하 또는 좌우로부터 콘크리트 피복두께를 유지하며 타설되어 시공된 셸 콘크리트;로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 시공방법.
  2. 제1항에서,
    상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)은 상기 두 개의 전면수직판(220)에 서로 마주보는 다수 개의 구멍이 천공되고 상기 구멍으로 상기 두 개의 전면수직판(220)을 연결하는 타이바(214)가 더 추가로 구성되되,
    상기 프리캐스트 콘크리트 셸(200)의 상기 하부판(210)과 전면수직판(220) 그리고 측면수직판(230)의 내부면에는 전단키(216)가 부착되거나 형성되고, 상기 전면수직판(220)과 측면수직판(230)의 상단부는 안쪽으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 셸(200)을 이용한 피어캡부 시공방법.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 (1) 기둥시공단계 이후에 상기 거치턱(120) 위에 스틸브래킷(400)을 장착하는 (1`) 스틸브래킷 설치단계;가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 시공방법.
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 (1) 기둥시공단계는 상기 교각기둥(100)의 상기 거치턱(120)을 외부로 연장하여 콘크리트 브래킷(130)을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 시공방법.
  5. 제1항 또는 제2항의 방법으로 시공되는 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조.
  6. 제3항의 방법으로 시공되는 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조.
  7. 제4항의 방법으로 시공되는 프리캐스트 콘크리트 셸을 이용한 피어캡부 설치구조.
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