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KR100621928B1 - 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교 시공방법 - Google Patents

프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교 시공방법 Download PDF

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KR100621928B1
KR100621928B1 KR1020040074707A KR20040074707A KR100621928B1 KR 100621928 B1 KR100621928 B1 KR 100621928B1 KR 1020040074707 A KR1020040074707 A KR 1020040074707A KR 20040074707 A KR20040074707 A KR 20040074707A KR 100621928 B1 KR100621928 B1 KR 100621928B1
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Abstract

본 발명은 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교 시공방법에 관한 것으로서, 상부 및 하부 플랜지를 구비하는 한 쌍의 I형 거더(10)를 교대 또는 교각의 상부에 평행하게 배치하는 주형 거치 공정과, 미리 제작된 프리캐스트 패널(30)을 상기 I형 거더(10)의 하부 플랜지(11) 상부에 얹는 프리캐스트 패널 거치 공정과, 부모멘트가 최대로 작용하는 지점에서 사하중에 의한 변곡점까지 상기 프리캐스트 패널(30)의 상부에 콘크리트 바닥판(40)을 시공하는 콘크리트 바닥판 시공 공정과, 상기 I형 거더(10)의 상부에 상부 바닥판(20)을 타설하는 상부 바닥판 시공 공정과, 정모멘트 영역에서 상기 프리캐스트 패널(30)의 양측 단부와 하부 플랜지(11)의 상면에 콘크리트 또는 무수축 몰타르로 된 연결부(60)를 시공하는 정모멘트 영역에서의 합성공정을 포함하며, 이에 의하면 하부 바닥판이 프리캐스트 패널로 시공되고 부모멘트 영역에는 콘크리트를 추가로 타설하여 강성을 확보함에 의해 주형의 단면이 감소되며 보강재를 줄일 수 있다.
판형교, 프리캐스트 패널, 부모멘트, 콘크리트, 합성

Description

프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교 시공방법{Construction method of double composite plate girder railway bridge with precast concrete panels}
도1은 종래 기술에 따른 철도 판형교의 상부구조를 나타낸 개략 구성도;
도2는 종래 기술에 따른 철도 판형교를 전체적으로 나타낸 외관도;
도3은 종래 기술에 따른 철도 판형교의 I형 거더의 플랜지가 교축방향으로 두께가 달라지는 것을 나타낸 도면;
도4는 본 발명에 따른 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교의 상부구조를 나타낸 개략 구성도;
도5는 본 발명의 프리캐스트 패널이 상세하게 도시된 도면;
도6은 본 발명의 콘크리트 바닥판의 두께 변화를 나타낸 도면;
도7a 내지 도7e는 본 발명에 다른 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교 시공방법을 공정순으로 도시한 설명도;
도8은 본 발명에 따른 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교를 전체적으로 나타낸 외관도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10 : I형 거더 11 : 하부 플랜지
12 : 스터드 20 : 상부 바닥판
30 : 프리캐스트 패널 32 : 철근
34 : 돌기 40 : 콘크리트 바닥판
50 : 다이아프램 60 : 연결부
본 발명은 이중합성 철도 판형교 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하부 바닥판이 프리캐스트 패널로 시공되고 부모멘트 영역에는 콘크리트를 추가로 타설하여 강성을 확보함에 의해 주형의 단면이 감소되며 보강재를 줄일 수 있도록 된 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 철도 운송을 위한 레일의 지지에 널리 사용되는 판형교는, 보이론에 따라 상부구조가 설계되는 형교들 중 강판을 조합하여 주형으로 하는 형교를 일컫는다.
판형교에 사용되는 주형의 형태는 다양한 구조의 것이 알려져 있으며, I형 거더를 주형으로 하는 것이 휨이나 전단에 대하여 효율이 좋다.
도1은 종래 기술에 따른 철도 판형교의 상부구조를 나타낸 개략 구성도로서, 한 쌍의 I형 거더(1)가 교대 또는 교각의 상부에 설치되는 2주형 판형교의 형태를 보이며, 상기 I형 거더(1)는 상, 하단부에 각각 소정 폭과 두께로 형성된 플랜지(1a)를 갖는다.
그리고, 상기 I형 거더(1)의 상부에 열차의 교통하중을 직접 받는 부위인 상부 바닥판(2)이 설치되며, 상기 상부 바닥판(2)의 상부에 레일(3)에 고정 설치된다.
대체로, 하중은 교량을 구성하는 각 부재에 응력과 변형을 일으키는 주요한 원인이 되며, 도로교 및 철도교의 설계에 사용하는 하중은 재하의 빈도, 작용방법, 구조물에 미치는 영향등의 관점에서 주하중, 부하중, 특수하중으로 구분된다.
주하중은 교량의 주요 구조부를 설계하는 경우에 항상, 또는 자주 작용하여 내하력에 결정적인 영향을 미치는 하중을 말하며, 부하중은 항상 또는 자주 작용하지는 않지만 내하력에 영향을 줄 수 있는 것으로 통상 다른 하중과 동시에 작용하는 하중으로서 하중의 조합에서 반드시 고려해야 할 하중이다. 또한, 특수하중은 교량의 종류, 구조형식, 가설지점의 상황등에 따라 특별히 고려해야 하는 하중이다.
그리고, 다른 관점으로는, 교량 자체 및 교량에 부가되는 첨가물(수도관, 가스관등)의 지속적인 중량인 사하중과, 차량이나 군중과 같이 교량위를 이동하는 하중인 활하중이 작용하며, 활하중은 장래의 하중증가등을 고려하여 적당한 하중을 상정하여 교량의 설계시 표준활하중으로 사용하고 있다.
대체적으로, 사하중 및 활하중이 작용될 때 발생되는 휨모멘트의 구조적인 특성을 보면, 부모멘트 구간의 휨모멘트가 정모멘트 구간의 휨모멘트에 비해 상대적으로 크게 작용하여 구조물 규격을 결정하는데 있어서, 부모멘트 구간이 교량 구조물 규격을 지배적으로 좌우한다.
즉, 상기한 하중들을 고려하여 교량이 설계되는바, 2주형 판형교의 경우, 형고를 일정하게 유지하게 위하여 교축방향으로 강판의 두께가 다른 것을 사용해야 하며(도3 참조), 좌굴방지를 위해 많은 보강재가 용접 등으로 고정되고, 비틀림 저항을 크게 하기 위하여 많은 수량의 브레이싱(4)이 하부에 설치된다(도2 참조). 그리고, 이와 같은 설계상의 제약점들로 인하여 전체 교량의 강재량이 증가하고 시공성이 떨어지는 문제점을 갖는다.
특히, 철도교는 도로교와 달리 단면의 강성이 설계를 지배하는 요인이 되고 활하중이 커서 편재하로 인한 추가적인 피로응력 유발에 유의해야한다.
그리고, 일반 강박스 교량의 경우, 주형 거치 후에 하부 바닥판을 거푸집 없이 타설할 수 있으나, 판형교의 경우에는 거푸집을 설치하고 바닥판이 완성된 후에 제거해야하는 번거로움이 있는 것은 물론 콘크리트 양생까지 공기가 많이 소요되는 문제점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 일반적인 판형교에 하부 바닥판을 프리캐스트 패널로 시공하고 부모멘트 영역에는 콘크리트를 추가로 타설하여 강성을 효율적으로 증대시킨 이중합성구조를 채택함에 의해 좌굴강도의 증가에 따른 주형 단면의 감소 및 보강재를 줄일 수 있도록 된 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은, 상부 및 하 부 플랜지를 구비하는 한 쌍의 I형 거더를 교대 또는 교각의 상부에 평행하게 배치하는 주형 거치 공정과, 미리 제작된 프리캐스트 패널을 상기 I형 거더의 하부 플랜지 상부에 얹는 프리캐스트 패널 거치 공정과, 부모멘트가 최대로 작용하는 지점에서 사하중에 의한 변곡점까지 상기 프리캐스트 패널의 상부에 콘크리트 바닥판을 시공하는 콘크리트 바닥판 시공 공정과, 상기 I형 거더의 상부에 상부 바닥판을 타설하는 상부 바닥판 시공 공정과, 정모멘트 영역에서 상기 프리캐스트 패널의 양측 단부와 하부 플랜지의 상면에 콘크리트 또는 무수축 몰타르로 된 연결부를 시공하는 정모멘트 영역에서의 합성공정을 포함하는 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교 시공방법을 마련함에 의한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도4는 본 발명에 따른 시공방법에 의해 시공된 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교의 상부구조를 나타낸 개략 구성도로서, 한 쌍의 I형 거더(10)가 교대 또는 교각의 상부에 설치된다.
상기 I형 거더(10)는 상, 하단부에 각각 소정 폭과 두께로 형성된 플랜지를 가지며, 그 I형 거더(10)의 상부에 열차의 교통하중을 직접 받는 부위인 상부 바닥판(20)이 설치된다. 물론, 상기 I형 거더(10)는 통상적으로 사용되는 강으로 재료 및 구조가 채택된다.
그리고, 상기 I형 거더(10)의 사이에는 프리캐스트 패널(30)이 위치되는바, 상기 프리캐스트 패널(30)의 폭 방향에 대한 양측 단부가 상기 I형 거더(10)의 하 부 플랜지(11) 상부에 얹혀지는 형태가 된다.
상기 프리캐스트 패널(30)은 도5에 보다 상세하게 도시된 것처럼 양측 끝단에 각각 여러 개의 철근(32)이 돌출되며, 그 프리캐스트 패널(30)의 상부면은 거칠게 형성되거나 여러 개의 돌기(34)가 형성되어 콘크리트와의 결합력을 증대시킨 구조를 갖는다. 바람직하게는, 상기 철근(32)이 프리캐스트 패널(30)의 상부를 감싸는 형태로 준비되는 것이 좋다.
이러한 프리캐스트 패널(30)은 부모멘트 영역에서 거푸집으로 활용되며, 이 부모멘트 영역에서는 상기 프리캐스트 패널(30)의 상부에 콘크리트 바닥판(40)이 시공된다. 물론, 콘크리크 바닥판(40)의 시공을 위하여 상기 I형 거더(10)의 하단 부위 및 하부 플랜지(11)의 상부에는 여러 개의 스터드(12)가 용접에 의해 고정 설치된 것이 좋다.
상기 콘크리트 바닥판(40)은 도6에 도시된 것처럼 부모멘트가 최대로 작용하는 부위를 포함하여 길이방향을 따라 소정 길이에 걸쳐 두께가 최대로 형성되며, 계속하여 이보다 두께가 작은 부위가 소정 길이에 걸쳐 연속된다. 그리고, 정모멘트 영역에서는 상기 콘크리트 바닥판(40)이 시공되지 않는다.
또한, 상기 I형 거더(10)의 각각의 하단 부위와, 상부 바닥판(20)의 중앙 부위가 트러스 다이아프램(50)에 의해 연결되며, 이러한 다이아프램(50)은 설계에서 편재하 및 횡하중 검토를 통해 필요한 경우 설치될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교 시공방법을 공정의 순서에 의해 설명한다.
[주형 거치 공정]
도7a에 도시된 것처럼 강주형인 한 쌍의 I형 거더(10)가 서로 평행하게 적정한 간격 떨어져 미도시된 교대 또는 교각의 상부에 설치된다.
물론, 상기 I형 거더(10)는 그 상단과 하단에 소정 폭과 두께를 갖는 플랜지가 구비된다.
[프리캐스트 패널 거치 공정]
도7b에 도시된 것처럼 미리 제작된 프리캐스트 패널(30)이 크레인에 의해 상기 I형 거더(10)의 사이에 거치된다.
이때, 상기 프리캐스트 패널(30)의 양측 단부가 I형 거더(10)의 하부 플랜지(11) 상부 끝단에 각각 얹혀지며, 이 프리캐스트 패널(30)이 얹혀지지 않은 부위의 하부 플랜지(11)와 복부하부에 스터드(12)가 상부로 돌출 형성된다.
[콘크리트 바닥판 시공 공정]
도7c에 도시된 것처럼 상기 프리캐스트 패널(30)의 상부에 콘크리트 바닥판(40)이 시공되며, 이 콘크리트 바닥판(40)은 부모멘트가 최대로 작용하는 지점에서 사하중에 의한 변곡점까지 형성되며, 모멘트의 크기에 따라서 상기 콘크리트 바닥판(40)의 두께가 변화될 수 있다. 본 발명이 속하는 이중합성 철도 판형교는 연속교에 관한 것으로, 하나의 지간을 이루는 교량빔이 상호 연결되어 있기 때문에 교축방향으로 볼 때 교량빔 부분에는 정모멘트가 발생되고 2개 교량빔의 연결 지점에서는 부모멘트가 발생된다. 이에 따라 교량빔의 길이방향을 따라 부모멘트에서 정모멘트로 전환되는 지점이 존재하는데, 이 지점이 모멘트 분포곡선에 있어서 변곡점이 된다. 이 변곡점의 위치는 지간의 구성과 구조물의 강성에 따라 변하기 때문에 본 발명에서는 상기 콘크리트 바닥판(40)이 시공되는 위치를 부모멘트가 최대로 작용하는 지점에서 사하중에 의한 변곡점까지로 규정한다.
상기 콘크리트 바닥판(40)은 스터드(12)가 형성된 부위를 포함하도록 시공됨으로써 주형과의 합성이 이루어지며, 이러한 스터드(12)는 콘크리트 바닥판(40)의 축력을 모두 전달할 수 있도록 충분한 강도를 확보하여야 하며 필요한 경우 하부 플랜지(11)의 상면은 물론 복부의 하부에도 용접으로 설치될 수 있다.』
[상부 바닥판 시공 공정]
계속하여, I형 거더(10)의 상부에 상부 바닥판(20)이 타설됨으로써 철도 판형교의 상부 구조가 완성된다.
물론, 편재하 및 횡하중 검토를 통해 필요한 경우, 상기 I형 거더(10)의 각각의 하단 부위와, 상부 바닥판(20)의 중앙 부위가 트러스 다이아프램(50)에 의해 연결될 수 있다.
[정모멘트 영역에서의 합성공정]
그리고, 정모멘트 영역에서는 도7e에 도시된 것처럼 프리캐스트 패널(30)의 전체 면적에 걸쳐 콘크리트 바닥판(40)이 시공되지 않으며, 다만 그 프리캐스트 패널(30)의 양측 단부와 하부 플랜지(11)의 상면을 포함하는 일부 영역에 합성을 위해 콘크리트 또는 무수축 몰타르로 된 연결부(60)가 시공된다.
이와 같은 정모멘트에서의 합성공정에 의하면, I형 거더(10)가 상부 바닥판(20)이 타설되고 2차 사하중이 모두 올라온 후에, 정모멘트 영역에서 프리캐스트 패널(30)과 주형, 즉 I형 거더(10)가 연결됨으로써 활하중에 대해서만 하부 프리캐스트 패널에 인장응력이 발생하도록 하여 과도한 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있고 정모멘트 구간에서 합성단면으로서가 아닌 비틀림 강도를 높이는 역할만을 수행하는 것으로 설계에서 고려하도록 한다. 이때 프리캐스트 패널간에는 아무런 연결이 존재하지 않음으로써, 활하중에 의해 발생하는 인장변형을 이음부에서 마치 균열유발 줄눈처럼 역할하도록 하여 패널의 균열을 줄일 수 있다.
또한, 도8에 도시된 것처럼 프리캐스트 패널이 하부에 일정 간격으로 배치되 어 미관상 우수하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교 시공방법에 의하면, I형 거더의 사이에 프리캐스트 패널을 위치시키고 그 프리캐스트 패널의 상부에 콘크리트 바닥판이 시공됨으로써 좌굴로 인한 문제점이 해결되며, 이에 의해 하부 플랜지 및 복부의 두께가 경감되는 효과를 갖는다.
또한, 콘크리트 바닥판의 시공에 의해 하부 플랜지의 두께 변화를 최소화할 수 있으며, 강도 보강을 위한 하부 브레이싱이 불필요한 효과를 갖는다.
또한, 거푸집 지지구조가 불필요하여 장경간화가 가능한 효과를 갖는다.
또한, 프리캐스트 패널 또는 콘크리트 바닥판의 상부에 작업공간이 확보되며 유지관리가 용이한 효과를 갖는다.
또한, 동일한 형교로 단면을 산정할 때 상당한 정도의 형고 축소가 가능한 효과를 갖는다.
또한, 동적 거동이 우수함은 물론, 박스내부 강재의 부식 방지 환경이 양호한 효과도 갖는다.

Claims (2)

  1. 상부 및 하부 플랜지를 구비하는 한 쌍의 I형 거더(10)를 교대 또는 교각의 상부에 평행하게 배치하는 주형 거치 공정과,
    미리 제작된 프리캐스트 패널(30)을 상기 I형 거더(10)의 하부 플랜지(11) 상부에 얹는 프리캐스트 패널 거치 공정과,
    부모멘트가 최대로 작용하는 지점에서 사하중에 의한 변곡점까지 상기 프리캐스트 패널(30)의 상부에 콘크리트 바닥판(40)을 시공하는 콘크리트 바닥판 시공 공정과,
    상기 I형 거더(10)의 상부에 상부 바닥판(20)을 타설하는 상부 바닥판 시공 공정과,
    정모멘트 영역에서 상기 프리캐스트 패널(30)의 양측 단부와 하부 플랜지(11)의 상면에 콘크리트 또는 무수축 몰타르로 된 연결부(60)를 시공하는 정모멘트 영역에서의 합성공정을 포함하는 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교 시공방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하부 플랜지(11)에는 상부에 여러 개의 스터드(12)가 돌출 형성됨을 특징으로 하는 프리캐스트 패널을 갖는 이중합성 철도 판형교 시공방법.
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