KR101241401B1 - 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지점부에서 1차 및 2차 콘크리트 가로보를 이용하여 거더의 연결 없이 다경간 교량을 연속화시킨 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공 방법에 관한 것으로, 교대 또는 교각의 지점부에서 교량 받침부 설치용 보강판 상단에 1차 콘크리트 가로보와 2차 콘크리트 가로보를 설치하고, 상기 2차 콘크리트 가로보의 내부에서 거더의 연결 단부를 매립시키며, 상기 2차 콘크리트 가로보와 바닥판 콘크리트는 동시에 콘크리트 타설되어 일체로 형성됨으로서 거더간의 연결 없이 콘크리트 가로보와 거더의 합성거동으로 교량을 연속화한다.
Description
본 발명은 강재 거더를 이용한 강합성 연속교 시공방법에 관한 것으로 보다 상세히는 지점부에서 1차 및 2차 콘크리트 가로보를 이용하여 거더의 연결 없이 다경간 교량을 연속화시키는 공법으로 시공 중 교량하부 공간의 점용시간이 필요 없거나 최소화되는 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공 방법에 관한 것이다.
최근 자동차의 보급 확대등 교통수요의 증가로 인한 새로운 도로 및 철도등의 신설이 필요하다.
이러한 새로운 도로나 철도는 기존도로와 철도시설 또는 하천을 횡단하여 설치하게 되는데, 신설교량 시공으로 인한 교량하면 공간의 점용배제와 최소화로 시공성을 개선할 수 있다.
특히, 교량 시공 시 인양중량의 감소로 소규모 장비에 의한 급속시공이 가능하도록 하여 공사를 위한 주변 점용 공간의 축소와 소요공기 단축으로 민원해소와 경제성을 확보할 수 있다.
일반적인 다경간 연속교에서 지간 중앙부 정모멘트에 비해 지점부 부모멘트가 커서 이로 인해 단면이 비효율적으로 사용되며, 정모멘트부에 비해 크게 작용하는 과도한 부모멘트로 인한 지점부 바닥판 콘크리트에 작용하는 큰 인장응력은 지점부 바닥판 콘크리트에서 균열발생 등의 내구성 저하요인으로 작용하고 있다.
교량에서 주요 유지관리 항목인 교량받침부가 기존 공법에서는 거더마다 설치되어 다수의 받침에 의한 유지관리성이 저하되는 문제점이 있는바, 콘크리트 가로보를 사용하여 설치 받침수를 최소화 시키거나 또는 배제하여 교량 사용중 유지관리성 증진효과를 도모할 수 있는 방안수립이 필요하다.
또한, 교량구조에서 강합성 교량형식이 콘크리트교량 형식에 비해 상부구조의 중량이 가볍고 시공이 용이하며, 공기가 짧으나 일반적으로 고가의 강재 사용에 의한 경제성이 저하되는 단점이 있으므로, 거더를 사전에 제작된 형강으로 사용할 경우, 상당한 경제성 증진 효과를 도모할 수 있다.
도 1a 및 도 1b에는 종래의 강합성 연속교(10)가 도시되어 있다.
이와 같은 종래의 강합성 연속교(10)는 먼저, 교각(20) 및 교대(22)를 시공하고, 교량 받침을 이용하여 교각(20) 및 교대(22) 사이에 거더(30)를 거치하여 연결시키며, 바닥판 콘크리트(40)를 타설하여 시공하게 된다.
이와 같은 종래의 강합성 연속교(10)는 통상 거더(30)가 강재이므로 이들을 서로 덧댐판과 볼트/너트를 이용하여 서로 연결시키거나, 도 2a에 도시된 바와 같이, 지점부 상면에 교량받침(50)을 이용하여 거치시키고, 거더(30)의 연결 단부에 있어 덧댐판(60)을 필렛 용접(62)으로 연결하고 있다.
그러나 이와 같은 종래의 강합성 연속교(10)는 거더(30)를 서로 연결하는 순간, 교각(20)과 같은 지점부에 휨 부모멘트가 크게 발생하게 된다.
통상 거더(30)의 단면은 이러한 휨 부모멘트를 기준으로 설계되는데, 이는 가장 큰 하중에 대하여 견딜수 있는 거더(30)를 제작해야 하기 때문이며, 이에 동일단 단면으로 거더(30)를 제작하게 되면 과다설계가 된다.
즉, 거더(30)의 중간부분에는 휨 정모멘트가 발생되는데 이러한 휨 정모멘트의 크기가 상기 휨 부멘트보다 작기 때문에 굳이 거더(30) 중간부분의 단면을 크게 설계하면 과다 설계가 되는 문제점을 갖는다.
종래의 강합성 연속교(10)에 대한 전체계 모델링이 도 3에 도시되어 있다.
종래의 강합성 연속교(10)에 대한 전체계 모델링에 대한 1단계는 거더를 교각(20)과 같은 지점부(70)에서 서로 연결하여 연속화한 후, 바닥판 콘크리트(40)를 타설하므로 거더(30)에는 바닥판 콘크리트 하중이 작용하여 지점부에 휨 부모멘트가 크게 발생한다.
그리고 전체계 모델링에 대한 2단계는 거더(30)의 합성 후, 연석, 난간 및 도로 포장을 설치한 다음, 사하중을 모델링하며, 3단계는 거더(30)의 합성 후 활하중을 모델링하고, 4단계로는 온도변화, 지점침하, 지진하중 및 풍하중을 고려하여 모델링한다.
한편, 도 2b에는 횡가로보를 사용한 종래의 연속교(80)가 도시되어 있다. 이러한 횡가로보(82)는 프리캐스트 제품으로 제작하여 교각(20)과 같은 지점부(70)에서 거더(30)에 설치한 것으로서, 양측 강재 거더(30)가 긴장재(90)를 통하여 서로 연결된 것이다.
그러나 이와 같은 종래의 연속교(80)에서 거더(30)를 긴장재(90)로서 서로 연결시키게 공정은 매우 번거롭고, 시공 공정을 복잡하게 하여 비생산적이라 할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 철도, 도로, 하천 등을 횡단하는 횡단교량이나 교량혼잡지역에서의 교량건설로 교량 시공 중, 공사를 위한 교량하면 공간의 점용 배제 또는 최소화가 가능하며, 공사를 위한 인양중량 감소로 소규모 장비에 의해 시공이 가능하게 하고, 공사를 위한 주변 점용공간 감소 및 공기단축으로 경제성 및 민원 해소성을 증진할 수 있도록 개선된 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법을 제공함에 있다.
그리고 본 발명의 다른 목적은 다경간 연속구조에서 발생하는 부모멘트를 시공방법 개선 통하여 감소시켜 균형 있는 단면력 배분에 의한 교량단면의 효율성 증진과 지점부 부모멘트 감소에 의한 바닥판 콘크리트 균열억제로 교량 내구성을 크게 증진시키고, 형강의 사용으로 강합성 교량에서의 경제성 증진 및 운영중 주요유지관리 항목인 받침수가 최소화되는 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법을 제공함에 있다.
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상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
지점부 상부면에 교량 받침부 설치용 보강판을 매입 후, 1차 콘크리트 가로보 철근 배근 및 거더 받침틀을 설치하고;
콘크리트 가로보와 거더의 합성 작용이 원활하도록 거더 하면보다 조금 낮은 위치까지 콘크리트를 1차 타설 및 양생하며;
사전에 제작된 거더를 콘크리트 가로보상의 거더 받침틀에 거치하고;
거치된 거더를 지지대로 하여 바닥판 타설용 동바리 및 2차 거푸집을 설치하며;
2차 콘크리트 가로보 철근 배근 및 바닥판 철근 배근 후, 2차 콘크리트 가로보 및 바닥판 콘크리트를 동시에 타설하여 양생시키고; 그리고
바닥판 양생완료 후, 방호벽 및 난간 등을 설치하는 단계;들을 포함하여 거더간의 연결 없이 콘크리트 가로보와의 합성거동으로 교량을 연속화하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 거더를 설치하는 단계는 콘크리트 가로보와의 합성작용과 응력거동을 고려하여 거더 단부에 마감판을 설치하고, 설치된 마감판과 거더에 스터드 및 철근 배근용 홀을 천공하여 제작한 거더를 설치하도록 된 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 바닥판 타설용 동바리 및 2차 거푸집을 설치하는 단계는 바닥판 콘크리트 타설용 동바리와 거푸집을 거더에 지지시켜 설치하며, 거더 자중과 바닥판 콘크리트 및 거푸집과 동바리 하중을 동시에 거더가 지지하도록 설치하도록 된 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법을 제공한다.
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본 발명에 의하면, 강합성 연속교량 시공 중, 거더 연결 없이 콘크리트 가로보와 거더의 합성작용에 의해 다경간 구조를 연속구조로 실현할 수 있다.
따라서 작업 현장에서의 거더 이음작업이 불필요하여 전문적인 인력이 불필요하고, 부모멘트 단면력의 분배를 통한 단면효율성 개선과, 감소된 부모멘트에 의한 지점부 바닥판 균열감소로 교량의 경제성과 내구성을 크게 증진시킬 수 있다.
그리고 본 발명에 의하면 지점부인 교각 상면에 1차 콘크리트 가로보를 먼저 설치하고, 거더의 양 단부를 거치하되 서로 연결되지 않도록 하므로써, 시공과정에서 지점부에 휨 부모멘트가 발생하지 않게 되므로 단면을 크게 설계할 필요가 없다. 또한 1차 콘크리트 가로보의 상부에 바닥판 콘크리트와 2차 콘크리트 가로보를 타설하여 교량을 완성시키게 되며, 이러한 과정에서 거더, 콘크리트 가로보, 바닥판 콘크리트가 일체화되면 거더가 서로 연결되므로 휨 부모멘트가 발생되지만 이러한 휨 부모멘트에 대하여 거더, 콘크리트 가로보, 바닥판 콘크리트가 일체화된 합성단면으로 저항하므로 거더의 단면을 획기적으로 줄일 수 있는 우수한 효과를 얻게 된다.
또한 본 발명에 의하면 거더로서 기존의 형강제품을 사용가능하므로 자재비 및 제작비를 감소시킬 수 있고, 공사의 신속성과 경제성 증진이 가능하며, 콘크리트 가로보 설치로 인한 상부구조 지지용 소요받침 개수 감소와 교량 인상을 위한 잭업 공간의 확보로 교량받침의 유지관리성이 크게 향상된다.
그리고 본 발명의 공법을 적용하는 최대 이점중의 하나는 콘크리트 가로보와 기둥을 일체로 할 경우 교량받침을 없앨 수도 있고 개수도 줄일 수도 있게 된다. 그 이유는 교량받침에 바로 설치하는 것이 아니라 콘크리트 가로보에 설치하기 때문이며, 이와 같이 교량받침을 줄이게 되면, 교량유지 관리대상의 감소와 더불어서 유지관리비 감소 및 편의성이 크게 증진되는 효과를 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의하면 인양 가설중량을 감소시킬 수 있으므로 소규모 장비의 사용이 가능하며, 공사 중 교량하면의 공간 활용성과 공사장 인근주변의 점용공간 감소와 공사기간 단축으로 민원이 감소되는 우수한 효과도 얻을 수 있다.
도 1a는 종래의 기술에 따른 강합성 연속교를 도시한 정단면도이다.
도 1b는 종래의 기술에 따른 강합성 연속교를 도시한 측단면도이다.
도 2a는 종래의 기술에 따른 강합성 연속교에서 덧댐판과 필렛 용접을 이용하여 거더들을 연결시킨 구조를 도시한 측단면 및 정단면도이다.
도 2b는 종래의 횡가로보를 사용한 연속교를 도시한 설명도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 강합성 연속교에 대한 전체계 모델링을 단계적으로 도시한 설명도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교를 도시한 정단면도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교를 도시한 측단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교의 지점부에서 거더들이 콘크리트 가로보를 이용하여 합성되는 구조를 도시한 측단면도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교의 지점부에서 거더들이 교량 받침부를 이용하지 않고, 교각 또는 교대에 직접 설치된 교량구조를 도시한 정단면도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교에 대한 전체계 모델링을 단계적으로 도시한 설명도이다.
도 6b는 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교의 정모멘트 구간과 부모멘트 구간에서 발생하는 압축응력과 인장응력을 기존의 강합성 연속교 구조에 비교하여 나타낸 설명도이다.
도 7은 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법을 단계적으로 도시한 플로우 챠트이다.
도 8a는 본 발명에 따라서 지점부 상부면에 교량 받침부 설치용 보강판을 매입 후, 1차 콘크리트 가로보 철근 배근 및 거더 받침틀을 설치하는 단계를 도시한 설명도이다.
도 8b는 본 발명에 따라서 거더 하면보다 조금 낮은 위치까지 콘크리트를 1차 타설 및 양생하는 단계를 도시한 설명도이다.
도 8c는 본 발명에 따라서 사전에 제작된 거더를 콘크리트 가로보상의 거더 받침틀에 거치하는 단계를 도시한 설명도이다.
도 9a는 본 발명에 따라서 거치된 거더를 지지대로 하여 바닥판 타설용 동바리 및 2차 거푸집을 설치하는 단계를 도시한 설명도이다.
도 9b는 본 발명에 따라서 2차 콘크리트 가로보 및 바닥판 콘크리트를 동시에 타설하여 양생시키는 단계를 도시한 설명도이다.
도 9c는 본 발명에 따라서 바닥판 양생완료 후, 방호벽 및 난간 등을 설치하는 단계를 도시한 설명도이다.
도 1b는 종래의 기술에 따른 강합성 연속교를 도시한 측단면도이다.
도 2a는 종래의 기술에 따른 강합성 연속교에서 덧댐판과 필렛 용접을 이용하여 거더들을 연결시킨 구조를 도시한 측단면 및 정단면도이다.
도 2b는 종래의 횡가로보를 사용한 연속교를 도시한 설명도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 강합성 연속교에 대한 전체계 모델링을 단계적으로 도시한 설명도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교를 도시한 정단면도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교를 도시한 측단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교의 지점부에서 거더들이 콘크리트 가로보를 이용하여 합성되는 구조를 도시한 측단면도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교의 지점부에서 거더들이 교량 받침부를 이용하지 않고, 교각 또는 교대에 직접 설치된 교량구조를 도시한 정단면도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교에 대한 전체계 모델링을 단계적으로 도시한 설명도이다.
도 6b는 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교의 정모멘트 구간과 부모멘트 구간에서 발생하는 압축응력과 인장응력을 기존의 강합성 연속교 구조에 비교하여 나타낸 설명도이다.
도 7은 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법을 단계적으로 도시한 플로우 챠트이다.
도 8a는 본 발명에 따라서 지점부 상부면에 교량 받침부 설치용 보강판을 매입 후, 1차 콘크리트 가로보 철근 배근 및 거더 받침틀을 설치하는 단계를 도시한 설명도이다.
도 8b는 본 발명에 따라서 거더 하면보다 조금 낮은 위치까지 콘크리트를 1차 타설 및 양생하는 단계를 도시한 설명도이다.
도 8c는 본 발명에 따라서 사전에 제작된 거더를 콘크리트 가로보상의 거더 받침틀에 거치하는 단계를 도시한 설명도이다.
도 9a는 본 발명에 따라서 거치된 거더를 지지대로 하여 바닥판 타설용 동바리 및 2차 거푸집을 설치하는 단계를 도시한 설명도이다.
도 9b는 본 발명에 따라서 2차 콘크리트 가로보 및 바닥판 콘크리트를 동시에 타설하여 양생시키는 단계를 도시한 설명도이다.
도 9c는 본 발명에 따라서 바닥판 양생완료 후, 방호벽 및 난간 등을 설치하는 단계를 도시한 설명도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교(100)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 거더(110)간의 직접적인 연결 없이 콘크리트 가로보(150)와 거더(110)의 합성거동으로 교량을 연속화한 것이다.
본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교(100)는 교각(120) 또는 교대(122)의 지점부(130)에서 교량 받침부 설치용 보강판(140) 상단에 콘크리트 가로보(150)를 설치하고, 상기 콘크리트 가로보(150)의 내부에는 거더(110)의 연결 단부를 매립시켜서 합성 연결시킨 구조인데, 이와 같은 콘크리트 가로보(150)는 거더(110)를 지지하기 위한 1차 콘크리트 가로보(150a)와, 거더(110)에 합성되어 거더(110)를 연결시키고, 거더(110) 상부의 바닥판 콘크리트(160)와 동시에 콘크리트 타설되어 일체로 형성된 2차 콘크리트 가로보(150b)로 이루어진다.
즉 상기 콘크리트 가로보(150)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 교각(120) 또는 교대(122)의 지점부(130)에서 교량 받침부 설치용 보강판(140)을 설치 후, 1차 콘크리트 가로보 철근 배근(152) 및 거더 받침틀(154)을 설치하고, 상기 거더 받침틀(154)에 설치되는 거더(110) 하면보다 조금 낮은 위치까지 콘크리트를 1차 타설 및 양생시킨 1차 콘크리트 가로보(150a)를 포함한다.
이와 같은 1차 콘크리트 가로보(150a)는 교각(120) 또는 교대(122)의 지점부(130)에서 교량 받침부 설치용 보강판(140) 상단에 형성되는 것으로서, 1차 콘크리트 가로보 철근 배근(152) 및 거더 받침틀(154)의 둘레에 1차 거푸집(미 도시)을 설치하고, 1차 콘크리트 가로보(150a)상의 거더 받침틀(154)에 거치될 거더(110)의 하면보다 5~15cm 낮은 높이까지 콘크리트를 1차 시공한 것으로서, 바람직하게는 콘크리트 가로보(150)가 거치될 거더(110) 하면보다 조금 낮은 높이, 약 10cm까지 시공된 것이다.
그리고 상기 콘크리트 가로보(150)는 상기 1차 콘크리트 가로보(150a)의 상부에서 거더(110)를 1차 콘크리트 가로보(150a)상의 거더 받침틀(154)에 거치하고, 상기 거더(110)를 지지대로 하여 바닥판 타설용 동바리(172) 및 2차 거푸집(174)을 설치한 다음, 2차 콘크리트 가로보 철근 배근(176) 및 바닥판 철근 배근(미 도시) 후, 바닥판 콘크리트(160)와 동시에 타설하여 양생시킨 2차 콘크리트 가로보(150b)를 포함한다.
이와 같은 2차 콘크리트 가로보(150b)는 사전에 제작장에서 캠버를 고려하여 제작된 거더(110)를 거더 받침틀(154) 상에 일체로 매립 설치하는 것으로서, 상기 거더(110)는 그 단부에 마감판(112)을 용접하고, 콘크리트 가로보(150)와의 부착성 및 소요의 단면력에 저항할 수 있도록 거더(110)와 마감판(112)에 다수의 스터드(114) 및 철근 배근용 홀(미 도시)을 천공한 것으로서, 이와 같은 거더(110) 단부를 먼저 타설된 1차 콘크리트 가로보(150a) 상에 거치한다.
그리고 2차 콘크리트 가로보(150b)의 철근 배근(176)을 하게 되며, 이와 같은 2차 콘크리트 가로보(150b)의 철근 배근(176)시, 거더(110)와의 저촉부분은 강제 거더(110)의 천공홀(미 도시)을 통하여 배근하게 된다.
또한 상기 거치된 거더(110)를 지지대로 하여 바닥판 타설용 동바리(172) 및 2차 거푸집(174)을 설치한 다음, 2차 콘크리트 가로보 철근 배근(176) 및 바닥판 철근 배근(미 도시) 후, 2차 콘크리트 가로보(150b) 및 바닥판 콘크리트(160)를 동시에 타설하여 구축하게 된다.
이와 같이 2차 콘크리트 가로보(150b)와 바닥판 콘크리트(160)를 동시에 타설 양생시키면 바닥판 콘크리트(160) 자중과 거더(110) 자중에 의해 내부 지점부(130)의 부모멘트가 발생되지 않게 된다.
또한 이와 같이 바닥판 콘크리트(160) 타설 및 양생완료 후, 방호벽 및 난간(180) 등을 설치하게 되며, 이때에는 바닥판 타설용 거푸집 및 동바리(172)를 해체한 후, 방호벽 및 난간(180) 등을 설치하고, 동시에 신축이음 및 교량받침부(P), 도로 포장을 시행하여 교량을 완성하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교(100)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 거더(110)가 직접 교각(120) 또는 교대(122)의 지점부(130)에 설치되는 교량구조에도 적용가능하다.
이와 같은 구조에서는 교각(120) 또는 교대(122)의 지점부(130)에 교량 받침부(P) 또는 교량 받침부 설치용 보강판(140)을 설치하지 않고, 직접 1차 콘크리트 가로보 철근 배근(152) 및 거더 받침틀(154)을 설치하게 된다.
즉 상기 콘크리트 가로보(150)는 교각(120) 또는 교대(122)의 지점부(130)에 1차 콘크리트 가로보 철근 배근 및 거더 받침틀을 설치하고, 상기 거더 받침틀에 설치되는 거더(110) 하면보다 조금 낮은 위치까지 콘크리트를 1차 타설 및 양생시킨 1차 콘크리트 가로보(150a)를 포함한다.
이와 같은 1차 콘크리트 가로보(150a)는 그 상부에 거치될 거더(110) 하면보다 5~15cm 낮은 높이까지 콘크리트를 1차 시공한 것으로서, 바람직하게는 콘크리트 가로보(150)가 거치될 거더(110) 하면보다 조금 낮은 높이, 약10cm까지 시공된 것이다.
그리고 상기 1차 콘크리트 가로보(150a)의 상부에서 거더(110)를 콘크리트 가로보(150)상의 거더 받침틀에 거치하고, 상기 거더(110)를 지지대로 하여 바닥판 타설용 동바리 및 2차 거푸집을 설치한 다음, 2차 콘크리트 가로보 철근 배근 및 바닥판 철근 배근 후, 바닥판 콘크리트(160)와 동시에 타설하여 양생시킨 2차 콘크리트 가로보(150b)를 형성한 것이다.
이와 같은 구조의 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교(100)도 2차 콘크리트 가로보(150b)와 바닥판 콘크리트(160)가 동시에 타설 양생되어 바닥판 콘크리트(160) 자중과 거더(110) 자중에 의한 내부 지점부(130)의 부모멘트가 발생되지 않게 된다.
또한 이와 같이 바닥판 콘크리트(160) 타설 및 양생완료 후에는 바닥판 타설용 거푸집 및 동바리를 해체시키고, 방호벽 및 난간(180) 등을 설치하게 되며, 동시에 신축이음 및 도로 포장을 시행하여 교량을 완성하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교(100)는 1차 콘크리트 가로보(150a)상에서 서로 분리되어 거치된 거더(110)에, 바닥판 콘크리트(160) 하중과 거더(110) 하중을 동시에 가하여 콘크리트 타설하고 양생시키는 것으로서, 바닥판 콘크리트(160) 타설과 동시에 내부 지점부(130)는 변위가 흡수되어 어떠한 단면력도 발생되지 않으며 단지 거더(110)에만 휨 정모멘트가 발생하게 된다.
본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교(100)는 전체계 모델링의 경우, 도 3에 도시된 바와 같은 종래의 강합성 연속교(10)와는 다르게, 도 6a에 도시된 바와 같은 단계를 통해서 이루어진다.
먼저, 1단계는 거더(110)가 서로 분리된 상태에서 1차 콘크리트 가로보(150a) 타설분과 거더(110) 하중을 모델링하고, 2단계는 거더(110)가 2차 콘크리트 가로보(150b)에 의해서 합성되기 이전의 상태에서 2차 콘크리트 가로보(150b)와 바닥판 콘크리트(160) 사하중을 모델링한다.
그리고 3단계는 2차 콘크리트 가로보(150b)에 의한 거더(110)의 합성 후, 연석, 난간(180) 및 도로 포장을 설치한 다음, 사하중을 모델링하며, 4단계는 2차 콘크리트 가로보(150b)에 의한 거더(110)의 합성 후, 활하중을 모델링하고, 5단계로는 온도변화, 지점침하, 지진하중 및 풍하중을 고려하여 모델링한다.
이와 같이 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교(100)는 도 6b에 도시된 바와 같이, 거더(110)의 정모멘트 구간 및 부모멘트 구간에서 거더(110)의 상,하부 플랜지간 응력차를 크게 감소시킬 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교(100)는 상기와 같이 시공할 경우, 종래의 강합성 연속교(10)에 비하여 정모멘트 구간에서는 압축응력은 증가하고, 인장응력은 감소하며, 부모멘트 구간에서는 이와 반대로 압축응력은 감소하고, 인장응력은 증가한다.
본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교(100)에서 얻어지는 구조단면은 최종적으로, 거더(110), 콘크리트 가로보(150), 바닥판 콘크리트(160)가 일체화되어 합성형 단면으로 거동한다.
종래의 강합성 연속교(10)의 단면 결정은 부모멘트 최대부의 지점부(70)의 단면력에 의해 내부지점부(70) 단면을 결정하고, 정모멘트가 최대인 중앙부 단면은 단면간 두께변화 차이, 대략 8~10mm와 단면변화수에 의거하여 결정되어 지점부(70)의 응력수준이 95%선에서 결정될 경우, 지간중앙부는 75%정도의 응력수준에서 단면이 결정된다.
또한 종래의 강합성 연속교(10)는 거더(30)를 먼저 시공하고 바닥판 콘크리트(40)를 시공하므로 바닥판 콘크리트(40) 하중이 내부 지점부(70)의 부모멘트로 발생된다. 이는 바닥판 콘크리트(40)에 프리스트레스를 도입하지 않을 경우, 바닥판에 과대한 철근배근이 요구되며 철근콘크리트 특성상 균열을 허용하는 조건이므로 바닥판 내구성 저하요인이 일어나게 된다.
그러나 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교(100)는 이전의 강합성 연속교(10)와는 다르게 바닥판 콘크리트(160) 하중이 타설되어 양생되어 합성되기 까지 휨 부모멘트는 발생하지 않고 정모멘트만 발생한다.
이는 결국 지점부(130)에서 휨 부모멘트는 거더(110)가 연결되는 것과 같이, 지점부(130)에서 구조물이 연속으로 연결, 또는 바닥판 콘크리트(160) 타설과 같이 지점부(130) 위를 연속으로 형성시킬 때 발생하는 것으로 볼 수 있다.
따라서 거더(110)를 기준으로 하면 휨 부모멘트는 바닥판 콘크리트(160) 양생후, 거더(110)와 합성되어 2차 사하중인 방호벽 하중, 포장하중등과 활하중등에 의해서만 휨 부모멘트가 발생하게 된다.
대략 거더(110)의 합성전 사하중(바닥판 콘크리트(160) 하중)/전체하중 ≒0.5이므로 바닥판 콘크리트(160) 하중만 휨 부모멘트를 발생하지 않아도 부모멘트 구간의 단면력은 크게 감소될 수 있게 된다.
따라서 거더(110)만을 고려하여 보면 상하부 응력배분상태가 균등한 방향으로 변하게 되며, 이는 형강사용시 더욱 중요한 강점이 될 수 있다.
즉 형강은 상하부 플랜지의 두께가 동일하므로, 거더(110)에 등분포하중이 작용하면 상부는 압축응력, 하부는 인장응력이 발생하고 지점부(130)에서는 반대 작용이 발생한다.
이때 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교(100)는 거더(110), 콘크리트 가로보(150), 바닥판 콘크리트(160)들이 서로 합성된 이후에 지점부(130)에서 휨 부모멘트가 발생되므로, 교량의 슬래브 완성이전까지 거더(110)의 상,하부는 각각 압축,인장응력이 균등하게 발생하게 되어 전체적으로 거더(110)의 단면력이 크게 감소되는 우수한 효과를 얻을 수 있는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법(200)을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법(200)은 먼저 도 7에 도시된 바와 같이, 교각(120) 및 교대(122)를 포함하는 지점부(130)의 상부면에 교량 받침부 설치용 보강판(140)을 매입 후, 1차 콘크리트 가로보 철근 배근(152) 및 거더 받침틀(154)을 설치하는 단계(S1)가 이루어진다.
이와 같은 단계(S1)는 도 8a에 도시된 바와 같이, 교각(120) 또는 교대(122)의 지점부(130) 상부면에 교량 받침부 설치용 보강판(140)을 매입한 후, 그 위에 1차 콘크리트 가로보 철근 배근(152) 및 거더 받침틀(154)을 설치하게 된다.
한편, 이와 같은 단계(S1)에서 도 5b에 도시된 바와 같이, 거더(110)가 직접 교각(120) 또는 교대(122)의 지점부(130)에 설치되는 교량구조에서는 이와 같은 교량 받침부 설치용 보강판(140)을 설치하지 않고, 교각(120) 또는 교대(122)의 지점부(130)에 직접 1차 콘크리트 가로보 철근 배근(152) 및 거더 받침틀(154)을 설치할 수 있음은 물론이다.
그리고 다음으로는 콘크리트 가로보(150)와 거더(110)의 합성 작용이 원활하도록 거더(110) 하면보다 조금 낮은 위치까지 콘크리트를 1차 타설 및 양생하는 단계(S2)가 이루어진다.
이와 같은 단계(S2)는 도 8b에 도시된 바와 같이, 교각(120) 또는 교대(122)의 지점부(130)에서 교량 받침부 설치용 보강판(140) 상단에서 1차 콘크리트 가로보 철근 배근(152) 및 거더 받침틀(154)의 둘레에 1차 거푸집(미 도시)을 설치하고, 거더(110) 하면보다 5~15cm 낮은 높이까지 콘크리트를 1차 시공하는 것으로, 바람직하게는 거더 받침틀(154)에 거치될 거더(110) 하면보다 조금 낮은 높이, 약10cm까지 시공하게 된다.
또한 다음으로는 사전에 제작된 거더(110)를 콘크리트 가로보(150)상의 거더 받침틀(154)에 거치하는 단계(S3)가 이루어진다.
이와 같은 단계(S3)는 도 8c에 도시된 바와 같이, 사전에 제작장에서 캠버를 고려하여 제작된 거더(110)를 거더 받침틀(154) 상에 설치하는 것으로서, 거더(110)의 단부에는 마감판(112)을 용접하고, 콘크리트 가로보(150)와의 부착성 및 소요의 단면력에 저항할 수 있도록 거더(110)와 마감판(112)에 스터드(114) 및 철근 배근용 홀(미 도시)을 천공하여 제작한 거더(110) 단부를 먼저 타설된 1차 콘크리트 가로보(150a)상에 거치하는 단계이다(도 5a 참조).
그리고 2차 콘크리트 가로보(150b)의 철근배근(176)이 이루어지며, 이와 같은 2차 콘크리트 가로보(150b)의 철근 배근(176)시, 거더(110)와의 저촉부분은 강제 거더(110)의 천공홀(미 도시)을 통하여 배근하게 된다.
또한 다음으로는 상기 거치된 거더(110)를 지지대로 하여 바닥판 타설용 동바리(172) 및 2차 거푸집(174)을 설치하는 단계(S4)가 이루어진다.
상기 바닥판 타설용 동바리(172) 및 2차 거푸집(174)을 설치하는 단계(S4)는 도 9a에 도시된 바와 같이, 바닥판 콘크리트(160) 타설용 동바리(172)와 거푸집(174)을 거더(110)에 지지시켜 설치하며, 거더(110) 자중과 바닥판 콘크리트(160) 및 거푸집(미 도시)과 동바리(172) 하중을 동시에 거더(110)가 지지하도록 설치하게 된다.
그리고 다음으로는 바닥판 철근 배근(미 도시) 후, 2차 콘크리트 가로보(150b) 및 바닥판 콘크리트(160)를 동시에 타설하여 양생시키는 단계(S5)가 이루어진다.
이와 같은 단계(S5)는 도 9b에 도시된 바와 같이, 거더(110)에 지지된 바닥판 타설용 거푸집(미 도시) 내부에서 바닥판 콘크리트(160) 철근배근(미 도시)을 시행한 후, 2차 콘크리트 가로보(150b), 즉 잔여분과 바닥판 콘크리트(160)를 동시에 타설 양생하여 바닥판 콘크리트(160) 자중과 거더(110) 자중에 의해 내부 지점부(130)의 부모멘트가 발생되지 않도록 시공하게 된다.
또한 다음으로는 상기와 같이 바닥판 콘크리트(160) 타설 및 양생완료 후, 방호벽 및 난간(180) 등을 설치하는 단계(S6)가 이루어지는데, 이와 같은 단계(S6)는 도 9c에 도시된 바와 같이, 바닥판 타설용 거푸집 및 동바리(172)를 해체한 후, 방호벽 및 난간(180) 등을 설치하게 되며, 동시에 신축이음 및 교량받침부(P), 도로 포장을 시행하여 교량을 완성하게 된다.
여기서 교량받침부(P)는 통상적인 방식으로 교량 받침부 설치용 보강판(140)을 대신하여 설치될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교(100) 및 그 시공방법(200)은 강합성 연속교량 시공 중, 거더(110)간의 직접적인 연결 없이 콘크리트 가로보(150)와 거더(110)의 합성작용에 의해 다경간 구조를 연속구조로 실현할 수 있다.
따라서 작업 현장에서의 거더(110)의 직접적인 이음작업이 불필요하여 전문적인 인력이 불필요하고, 부모멘트 단면력의 분배를 통한 단면효율성 개선과, 감소된 부모멘트에 의한 지점부(130)의 바닥판 균열감소로 교량의 경제성과 내구성을 크게 증진시킬 수 있다.
그리고 본 발명은 지점부(130)인 교각(120) 또는 교대(122) 상면에 1차 콘크리트 가로보(150a)를 먼저 설치하고, 거더 받침틀(154) 상에 거더(110)의 양 단부를 거치하되 서로 연결되지 않도록 하므로써, 시공과정에서 지점부(130)에 휨 부모멘트가 발생하지 않게 되므로 단면을 크게 설계할 필요가 없다.
또한 1차 콘크리트 가로보(150a)의 상부에 바닥판 콘크리트(160)와 2차 콘크리트 가로보(150b)를 동시에 타설하여 교량을 완성시키게 되며, 이러한 과정에서 거더(110), 콘크리트 가로보(150), 바닥판 콘크리트(160)가 일체화되면 거더(110)가 서로 연결되므로 휨 부모멘트가 발생되지만, 이러한 휨 부모멘트에 대하여 거더(110), 콘크리트 가로보(150), 바닥판 콘크리트(160)가 일체화된 합성단면으로 저항하므로 거더(110)의 단면을 획기적으로 줄일 수 있는 우수한 효과를 얻게 된다.
그리고 본 발명은 거더(110)로서 기존의 형강제품을 사용할 수 있으므로, 자재비 및 제작비를 감소시킬 수 있고, 공사의 신속성과 경제성 증진이 가능하며, 콘크리트 가로보(150) 설치로 인한 상부구조 지지용 소요받침 개수 감소와 교량 인상을 위한 잭업 공간의 확보로 교량받침의 유지관리성이 크게 향상된다.
또한 본 발명의 공법을 적용하는 최대 이점중의 하나는 도 5b에 도시된 바와 같이, 콘크리트 가로보(150)와 기둥, 즉 교각(120) 또는 교대(122)을 일체로 할 경우, 교량받침부(P)를 없앨 수도 있고 개수도 줄일 수도 있게 된다.
그 이유는 거더(110)를 교량받침부(P)에 바로 설치하는 것이 아니라 콘크리트 가로보(150)를 통해서 거더 받침틀(154)에 설치하기 때문이며, 이와 같이 교량받침부(P)를 줄이게 되면, 교량유지 관리대상의 감소와 더불어서 유지관리비 감소 및 편의성이 크게 증진되는 효과를 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 거더(110) 단면을 축소시킬 수 있어서, 인양 가설중량을 감소시킬 수 있으므로 소규모 장비의 사용이 가능하며, 공사 중 교량하면의 공간 활용성과 공사장 인근주변의 점용공간 감소와 공사기간 단축으로 민원이 감소되는 우수한 효과도 얻을 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
10...... 종래의 강합성 연속교
20...... 교각 22...... 교대
30...... 거더 40...... 바닥판 콘크리트
50...... 교량받침 60...... 덧댐판
62...... 필렛 용접 70...... 지점부
80...... 횡가로보를 사용한 종래의 연속교 82...... 횡가로보
90...... 긴장재 100..... 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교
110..... 거더 120...... 교각
122..... 교대 130...... 지점부
140..... 보강판 150...... 콘크리트 가로보
150a.... 1차 콘크리트 가로보 150b..... 2차 콘크리트 가로보
152..... 1차 콘크리트 가로보 철근 배근 154..... 거더 받침틀
160..... 바닥판 콘크리트 172...... 바닥판 타설용 동바리
174..... 2차 거푸집 176...... 2차 콘크리트 가로보 철근 배근
180..... 방호벽 및 난간 P...... 교량받침부
200..... 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법
S1...... 지점부 상부면에 교량 받침부 설치용 보강판을 매입 후, 1차 콘크리트 가로보 철근 배근 및 거더 받침틀을 설치하는 단계
S2...... 거더 하면보다 낮은 위치까지 콘크리트를 1차 타설 및 양생하는 단계
S3...... 사전에 제작된 거더를 콘크리트 가로보상의 거더 받침틀에 거치하는 단계
S4...... 거더를 지지대로 하여 동바리 및 2차 거푸집을 설치하는 단계
S5...... 2차 콘크리트 가로보 및 바닥판 콘크리트를 동시에 타설,양생시키는 단계
S6...... 바닥판 양생완료 후, 방호벽 및 난간 등을 설치하는 단계
20...... 교각 22...... 교대
30...... 거더 40...... 바닥판 콘크리트
50...... 교량받침 60...... 덧댐판
62...... 필렛 용접 70...... 지점부
80...... 횡가로보를 사용한 종래의 연속교 82...... 횡가로보
90...... 긴장재 100..... 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교
110..... 거더 120...... 교각
122..... 교대 130...... 지점부
140..... 보강판 150...... 콘크리트 가로보
150a.... 1차 콘크리트 가로보 150b..... 2차 콘크리트 가로보
152..... 1차 콘크리트 가로보 철근 배근 154..... 거더 받침틀
160..... 바닥판 콘크리트 172...... 바닥판 타설용 동바리
174..... 2차 거푸집 176...... 2차 콘크리트 가로보 철근 배근
180..... 방호벽 및 난간 P...... 교량받침부
200..... 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법
S1...... 지점부 상부면에 교량 받침부 설치용 보강판을 매입 후, 1차 콘크리트 가로보 철근 배근 및 거더 받침틀을 설치하는 단계
S2...... 거더 하면보다 낮은 위치까지 콘크리트를 1차 타설 및 양생하는 단계
S3...... 사전에 제작된 거더를 콘크리트 가로보상의 거더 받침틀에 거치하는 단계
S4...... 거더를 지지대로 하여 동바리 및 2차 거푸집을 설치하는 단계
S5...... 2차 콘크리트 가로보 및 바닥판 콘크리트를 동시에 타설,양생시키는 단계
S6...... 바닥판 양생완료 후, 방호벽 및 난간 등을 설치하는 단계
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- 지점부 상부면에 교량 받침부 설치용 보강판을 매입 후, 1차 콘크리트 가로보 철근 배근 및 거더 받침틀을 설치하고;
콘크리트 가로보와 거더의 합성 작용이 원활하도록 거더 하면보다 조금 낮은 위치까지 콘크리트를 1차 타설 및 양생하며;
사전에 제작된 거더를 콘크리트 가로보상의 거더 받침틀에 거치하고;
거치된 거더를 지지대로 하여 바닥판 타설용 동바리 및 2차 거푸집을 설치하며;
2차 콘크리트 가로보 철근 배근 및 바닥판 철근 배근 후, 2차 콘크리트 가로보 및 바닥판 콘크리트를 동시에 타설하여 양생시키고; 그리고
바닥판 양생완료 후, 방호벽 및 난간 등을 설치하는 단계;들을 포함하여 거더간의 연결 없이 콘크리트 가로보와의 합성거동으로 교량을 연속화하며,
상기 바닥판 타설용 동바리 및 2차 거푸집을 설치하는 단계는 바닥판 콘크리트 타설용 동바리와 거푸집을 거더에 지지시켜 설치하며, 거더 자중과 바닥판 콘크리트 및 거푸집과 동바리 하중을 동시에 거더가 지지하도록 설치하는 것임을 특징으로 하는 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법. - 제6항에 있어서, 상기 거더를 설치하는 단계는 콘크리트 가로보와의 합성작용과 응력거동을 고려하여 거더 단부에 마감판을 설치하고, 설치된 마감판과 거더에 스터드 및 철근 배근용 홀을 천공하여 제작한 거더를 설치하는 것임을 특징으로 하는 콘크리트 가로보를 이용한 강합성 연속교 시공방법.
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