KR101576501B1

KR101576501B1 - Psc 빔의 시공방법

Info

Publication number: KR101576501B1
Application number: KR1020150144016A
Authority: KR
Inventors: 오두환
Original assignee: 오두환
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2015-12-10
Anticipated expiration: 2035-10-15

Abstract

본 발명은 프리스트레스트 콘크리트(Prestressed Concrete; 이하 "PSC") 빔의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빔의 상부플랜지와 하부플랜지에만 긴장재를 배치함으로써 빔의 복부의 두께를 최소화 할 수 있어서 구조적으로 매우 효율적이고 빔의 제작과 프리스트레싱 관련 작업도 용이하게 할 수 있는 프리스트레스 도입방법을 이용한 PSC 빔의 시공에 관한 것이다.
본 발명은, 상부플랜지, 하부플랜지 및 복부를 포함하는 철근 콘크리트 재질의 빔을 제작하는 빔 제작단계; 상기 빔 제작단계에서 상기 상부플랜지에 일단부의 일정길이는 비부착 강연선의 형태로 제작되고 나머지는 부착 강연선 형태의 선형 고정정착부로 제작되는 강연선 조립체를 상기 상부플랜지의 길이 방향으로 매립하되, 상기 선형 고정정착부는 상기 빔의 내부에서 별도의 내부 고정정착장치 없이 정착되도록 상기 빔의 중앙부 쪽에 배치하고, 비부착 강연선 형태의 강연선은 빔의 단부 쪽에 배치하며, 비부착 강연선 형태의 단부는 빔의 외부로 노출되도록 매립하는 강연선 조립체 매립단계; 상기 빔의 콘크리트가 일정강도로 경화된 이후에 상기 강연선 조립체 매립단계에서 매립된 강연선 조립체에 인장력을 가한 상태로 단부의 정착장치에 정착시켜 상기 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 제1프리스트레싱 단계; 및, 상기 빔의 하부플랜지에만 배치되는 긴장재를 이용하여 상기 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 제2프리스트레싱 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 PSC 빔의 시공방법을 제공한다.

Description

PSC 빔의 시공방법{Method for Constructing PSC Beam}

본 발명은 프리스트레스트 콘크리트(Prestressed Concrete; 이하 "PSC") 빔의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빔의 상부플랜지와 하부플랜지에만 긴장재를 배치함으로써 빔의 복부의 두께를 최소화 할 수 있어서 구조적으로 매우 효율적이고 빔의 제작과 프리스트레싱 관련 작업도 용이하게 할 수 있는 프리스트레스 도입방법을 이용한 PSC 빔의 시공에 관한 것이다.

PSC 빔(거더)의 프리스트레스 도입방법에는 프리텐션 방식과 포스트텐션 방식이 있다. 포스트텐션 방식은 긴장재의 덕트를 형성하기 위해 쉬스(sheath)를 설치한 다음에 콘크리트를 타설하고 콘크리트가 경화된 후에 덕트에 삽입된 긴장재(텐던)를 긴장하여 정착시키기 때문에 긴장재의 배치 형상을 자유롭게 변화시킬 수 있지만, 프리텐션 방식은 미리 인장력을 주어 긴장한 긴장재를 인장대에 설치한 다음에 콘크리트를 타설하기 때문에 긴장재를 배치하는데 어려움이 많다.

도 1은 PSC 거더의 긴장재 도심의 제한범위를 설명하는 개념도로서 단순보 구조에서 긴장력 도입시부터 시공단계별 하중의 재하 전·후의 콘크리트의 응력이 인장 및 압축 허용응력을 넘지 않는 긴장재 도심(엄밀한 의미에서 긴장력의 중심)의 제한범위를 보여주고 있는데, 일반적으로 최대 휨모멘트가 작용하는 중앙부에서는 제한범위의 폭이 작고 하연 쪽으로 치우쳐 있으며, 0의 휨모멘트가 작용하는 단부에서는 콘크리트 도심을 중심으로 하는 큰 폭의 제한범위를 갖는다. 포스트텐션 방식에서는 도 2a와 같이 긴장재의 곡선배치가 용이하기 때문에 도 1과 같은 긴장재 도심의 제한범위 내에 긴장재의 도심이 오도록 배치하기가 매우 쉽지만, 프리텐션의 경우에는 긴장재의 곡선배치가 불가능하기 때문에 도 2b와 같이 직선 긴장재(straight tendon)와 절선상 긴장재(harped tendon)을 조합하여 긴장재 도심의 위치를 조절한다. 그런데 긴장된 절선상 긴장재를 설치하기 위해서는 홀딩다운(holding down) 장치 및 홀딩업(hoding up) 장치가 필요한데 이러한 장치는 이를 지지하기 위한 추가적인 시설들을 필요로 한다. 특히 홀딩다운 장치는 PSC 거더에 매립되어야 하고, 설치위치의 변경시마다 거푸집 베드를 수정해야 하는 번거로움이 있다. 또한, 절선상 긴장재는 긴장과 함께 수행되는 홀딩업과 홀딩다운 시에 사고 위험이 크며 콘크리트 경화 후에 긴장력을 릴리스(release)할 때도 거더 단부 쪽에 균열이 발생되는 경우가 많아서 웨이트(weight)를 사용하여 거더 단부 근처를 누르고 있어야 하는 등 작업성이 매우 좋지 않다. 따라서 절선상 긴장재를 사용하지 않는 방법이 꾸준히 연구되어 왔으며, 최근에는 직선 긴장재만을 사용하는 프리텐션 방식이 널리 사용되고 있다.

도 3a 내지 도 3c는 직선 긴장재만을 사용하는 대표적인 프리텐션 방식으로서, 좌측에는 정면도 우측에는 단면도인데 편의상 거더 단면의 구성요소를 직사각형 형태의 상·하부플랜지와 복부로 단순화시켜 도시하였다. 프리텐션 긴장재로는 일반적으로 강연선(strand)이 사용되는데, 특별한 언급이 없으면 부착 강연선(bonded strand)을 의미한다.

도 3a에서는 하부플랜지에 많은 강연선이 배치되고 상부플랜지에는 소수의 강연선이 배치되어 있는데 거더 콘크리트의 단면 도심이 아래쪽에 치우쳐 있기 때문에 상부플랜지에 소수의 강연선을 사용해도 긴장재의 도심이 상당히 위로 올라가는 효과가 있다. 이처럼 긴장재 도심의 높이가 거더 전체 길이에 거쳐 일정한 배치 방법은 거더 길이가 짧고 형고가 낮은 경우에 사용되는데, 보통 중공 박스형태의 단면을 가진 PSC 거더에서 많이 사용된다. 길이가 짧고 형고가 낮은 거더의 경우에는 거더 단면의 효율성이 크게 중요하지 않기 때문에 긴장재 도심의 제한범위의 폭이 큰 단면을 사용할 수 있어서 이러한 단순한 긴장재 배치 방법이 가능하다.

도 3b는 하부플랜지의 일부 강연선을 거더의 양 단부쪽 구간에서 디본딩(debonding)하는 방법으로서, 거더 단부쪽 구간에서 디본딩된 강연선은 그 구간에서 콘크리트에 부착되지 않아 프리스트레스 도입에 유효하지 않기 때문에 디본딩 구간에서 긴장재의 도심은 위로 올라가게 된다. 즉, 이러한 방법을 사용하면 거더 단부쪽 구간의 긴장재 도심을 거더 중앙부에서 보다 높게 유지할 수 있어서, 도 1에서 도시한 바와 같이 거더 중앙부보다 거더 단부에서 긴장재 도심의 제한범위가 높게 위치하는 특성을 만족시키기 쉬어진다. 도 3b에 도시된 방법은 도 3a에 도시된 방법이 적용되는 거더보다 길이가 조금 더 길고 형고도 더 높은 거더에 사용된다. 즉, 거더 길이가 길어지고 형고가 높아지면서 일정한 긴장재 도심을 갖는 도 3a의 방법으로는 긴장재 도심의 제한범위 조건을 더 이상 만족시킬 수 없을 때 사용하는 방법이다. 강연선의 디본딩은 강연선과 콘크리트의 부착을 방지하기 위하여 비닐쉬트와 같은 것으로 강연선을 싸거나 강연선에 PVC 파이프를 끼우는 방법 등으로 할 수 있는데, 디본딩 작업은 긴장되어 하부플랜지에 촘촘하게 배치된 강연선들 사이에서 실시해야 하기 때문에 작업성이 좋지 않아 상당한 비용이 추가된다. 또한, 이러한 강연선의 디본딩은 PSC 거더의 전단 저항능력을 약화시키기 때문에 대부분의 설계기준에서는 디본딩 긴장재의 비율을 제한하고 있어서(대표적인 교량설계기준인 AASHTO에서는 디본딩을 전체 긴장재의 25%이하로 제한하고 있음), 대부분의 경우에 상부플랜지의 긴장재 배치가 여전히 필요하다.

도 3c는 거더의 길이가 더욱 더 길어짐에 따라 거더의 형고도 더욱 더 높아지고 거더 중앙부와 단부에서의 긴장재 도심의 제한범위의 차이가 보다 더 커질 때 사용하는 방법으로서, 거더 단부구간에서 하부플랜지 긴장재의 디본딩 외에도 상부플랜지 긴장재를 거더 중앙부 구간에서 디본딩한다. 중앙부 구간에서 디본딩된 강연선은 거더의 가설작업이 끝나고 추가하중을 받기 전에 거더 중앙부의 상부플랜지 상부에 마련한 절취부(미도시)에서 디본딩한 강연선을 절단하여 거더 중앙부의 디본딩 구간에서 긴장재가 더 이상 유효하지 않도록 한다. 즉 상부플랜지 긴장재를 절단하여 거더 중앙부에서 긴장재 도심을 아래쪽으로 낮출 수 있다. 상부플랜지의 디본딩 된 긴장재를 거더 가설 후에 절단하는 이유는 거더 자중만 작용하는 거더의 운반 및 가설시에는 진동과 같은 동적 효과 때문에 작용 휨모멘트가 순간적으로 작아져 상부플랜지에 균열이 발생할 수 있는데, 이를 방지하는데 매우 효과적이기 때문이다. 거더 가설이 끝나면 거더 중앙부 구간의 상부플랜지 긴장재는 PSC 거더의 하중 저항능력만 약화시킬 뿐이기 때문에 이를 절단하여 긴장재의 도심을 낮추어서 거더의 하중저항능력을 증진시킨다. 상부플랜지 강연선의 디본딩 작업은 하부플랜지 강연선의 디본딩 작업에 비하여 수월하지만, 거더 가설 후에 고공에서 강연선을 절단하고 절취부를 되메우는 작업은 위험하고 번거로우며 추가적인 비용을 필요로 한다.

도 3a 내지 도 3c의 예에서는 긴장재가 거더의 복부에는 배치되지 않았는데, 복부의 일부에 긴장재를 배치하는 방법이 사용되기도 하지만, 긴장재를 복부에 배치하지 않으면 복부의 두께를 최대한 얇게 할 수 있으며 콘크리트 타설 및 철근 작업 등도 더 편리해지는 장점이 있기 때문에 복부에는 긴장재를 배치하지 않는 경우도 많다.

도 4는 Super-T 거더로 알려진 프리텐션 방식의 U형 PSC 거더 단면도로서, 호주에서 개발되어 현재 오세아니아 대륙과 동남아 국가들에서 널리 사용되고 있는데, 프리텐션 긴장재를 상·하부플랜지에만 배치하여 복부의 두께를 최소화함으로서 복부가 2개인 U형임에도 불구하고 복부가 하나인 I형 거더에 근접하는 구조적 효율성을 가지고 있다. 표준형 Super-T의 경우 상부플랜지에는 2개의 강연선을 배치하며, 하부플랜지에는 다수의 강연선을 배치하되 긴장재 도심의 제한범위 조건을 만족시키기 위해 일부 강연선을 디본딩한다. 즉, 도 3b와 같은 긴장재 배치방법을 사용한다. 이러한 Super-T 거더는 I형 거더보다 횡방향 강성과 비틀림 강성이 커서 구조적 안정성과 하중분배기능이 우수하고, 거더 위에 콘크리트 바닥판 슬래브를 타설할 때 폭이 넓은 상부플랜지를 바닥판 슬래브 거푸집으로 사용함으로써 거더들 사이에 별도의 바닥판 슬래브 거푸집을 설치할 필요가 없어서 작업성과 안전성이 우수하기 때문에 국내에서도 이러한 형식의 거더를 적용하려는 시도가 계속되어 왔다. 특히 프리텐션 방식은 포스트텐션 방식과 달리 긴장재의 정착장치를 거더에 장착할 필요가 없으며 긴장재 덕트 설치 및 그라우팅 등이 필요 없기 때문에 경제적이어서 세계적인 관점에서 보면 프리텐션 방식이 포스트텐션 방식에 비하여 훨씬 많이 사용된다. 그런데 프리텐션 방식의 경우 도 2b에서와 같은 인장대가 필수적인데 인장대는 콘크리트가 경화될 때까지 긴장재에 작용하는 큰 힘을 지지하고 있어야 하므로 큰 반력대 기초 및 부대시설 등이 필요하여 주로 프리캐스트 공장에서 사용하는 방식이다. 거더를 프리캐스트 공장에서 제작하려면 공사현장까지 거더의 운반이 가능해야 하는데, 교량 등에 사용되는 길이가 길고 중량이 매우 큰 PSC 거더의 도로 운반이 가능한 외국과는 달리 국내에서는 엄격한 교통관련법 때문에 운반 가능한 화물의 최대 제원과 중량이 작아서 공장제작 프리텐션 방식은 교량용의 긴 PSC 거더에는 사실상 적용이 불가능하다. 이러한 이유로 국내에서는 현장제작이 가능한 새로운 프리텐션 방식을 개발하려는 시도가 계속되어 왔다.

등록특허 10-0773907호(프리-텐션 빔 제작대용 세그먼트, 이를 이용한 제작대 및 이의 조립방법), 등록특허 10-1080942호(이동식 프리텐션 제작장치 및 이를 이용한 프리스트레스 구조체 제작방법), 등록특허 10-1150009호(프리텐션 거더 제작대) 등은 현장제작이 가능한 프리텐션 인장대(제작대)에 관한 것으로서 모두 제작현장에 별도의 반력대 기초를 설치할 필요가 없는 도 5와 같은 스트러트 타입(strut type) 형식이다. 스트러트 타입 인장대는 긴장된 강연선을 긴장 및 정착할 수 있는 한 쌍의 크로스 헤드(cross head)와 크로스 헤드에 작용되는 긴장력을 지지하는 한 쌍의 압축 스트러트(strut) 및 기초 역할을 하며 그 위에 거푸집이 설치되는 베드(bed)로 구성된다. 그런데 원래 스트러트 타입의 인장대는 PSC 슬래브 빔(slab beam)이나 PSC 슬래브 월(slab wall)과 같이 두께가 얇은 부재에 적합한 형식이고, 인장대를 공사현장에서 사용하기 위해서는 운반, 설치, 해체가 용이해야 하기 때문에 높이가 낮은 구조형태일 수밖에 없어서 모두 거더 하부플랜지에 배치되는 긴장재에만 프리텐션을 도입할 수 있는 구조이다. 만약 상부플랜지에 배치되는 긴장재의 프리텐션 작업까지 가능하게 하려면 인장대가 너무 커져 경제성이 없어진다. 프리텐션 긴장재를 하부플랜지에만 설치하는 경우에 긴장재 도심의 제한범위 조건을 만족시킬 수 없거나 거더의 구조적 효율성이 매우 떨어지기 때문에, 이러한 인장대를 사용하는 경우에 하부플랜지 긴장재의 디본딩과 함께 거더의 복부에 포스트텐션 방식의 곡선형 긴장재를 설치하여 구조적 효율성 문제를 해결하는 방법을 제시하였다. 그런데 이처럼 포스트텐션용 긴장재를 거더의 복부에 설치하면 복부의 두께가 두꺼워질 수밖에 없기 때문에 상기의 Super-T와 같이 복부의 두께를 얇게 유지해야 하는 거더 형식에는 적용성이 떨어진다.

또한, 포스트텐션 방식에서는 거푸집이 가벼워서 거더 콘크리트의 제작이 끝나면 간단한 장비를 사용하여 옆으로 운반하여 설치할 수 있지만, 프리텐션 방식은 거더 제작대가 고정되어 있어서 거더 제작이 완료되면 거더를 최종위치에 가설하기 전에 임시 저장장소에 제작된 거더를 운반하여 임시 저장해야 하므로 매우 큰 장비들을 필요로 하기 때문에 거더의 총 제작본수가 적은 경우에는 경제성이 급격히 떨어진다. 따라서 국내의 경우에서는 PSC 거더의 제작본수가 적은 경우에는 포스트텐션 방식을 사용할 수밖에 없는데, 일반적으로 포스트텐션 방식은 복부에 긴장재를 설치하기 때문에 복부의 두께가 커질 수밖에 없어서 상기의 Super-T 거더와 같은 경우에는 적용성이 떨어진다.

도 6은 공개특허 10-2014-0122928호(하이브리드 텐던 구조를 갖는 콘크리트 구조체 및 이의 제작 방법)의 긴장재(텐던) 정착방법으로서, 강연선 하나로 구성되는 모노 텐던의 고정정착 방법을 제시하였다. 여기에서 사용하는 모노 텐던은 도 7과 같이 플라스틱 쉬스(HDPE 피복)가 각각의 강연선에 장착된 피복강연선으로 강연선과 피복 사이에는 방식과 윤활을 위해 그리스(grease)가 충진되어 있어서 긴장력 도입 후에 그라우팅이 필요 없는 비부착 긴장재(unbonded strand)이다. 피복강연선의 정착을 위해 피복강연선의 일단에서 소정길이의 피복과 그리스를 제거하여 강연선을 노출해서 매립함으로써 콘크리트 내부에 고정정착을 한다. 피복강연선의 긴장력 도입방법은 포스트텐션 방식이고, 노출 강선부(210)를 이용한 정착방법은 프리텐션 방식에서의 강연선 정착방법과 같다는 의미에서 하이브리드 텐던이라고 명명하였다. 상기의 하이브리드 텐던의 장점 중의 하나는 큰 부피의 설치공간이 요구되는 기존의 내부 고정정착장치를 사용하지 않는 것이었다. 도 8a와 도 8b는 콘크리트 내부에 매립되는 고정정착장치의 예로서, 도 8a는 지압판을 사용하는 것이 특징이며, 도 8b는 강연선의 단부를 부풀리는(bulbing) 것이 특징이다. 그런데 이러한 고정정착장치는 큰 부피로 인하여 이를 설치하기 위해서는 콘크리트 부재 내부에 고정정착장치를 수용할 수 있는 충분한 크기의 공간을 확보할 수 있어야 하기 때문에 길지만 좁은 단면의 콘크리트 부재에는 설치가 현실적으로 불가능하다. 특히 콘크리트 내부의 고정정착장치 위치에서 국부 응력의 급격한 변화 때문에 추가적인 철근보강이 반드시 필요한데, 단면이 작은 경우에는 최소피복두께 및 최소철근간격 요구조건 때문에 이러한 보강철근의 배치가 불가능하다. 특히 보통 두께가 얇은 PSC 거더의 상부플랜지에 긴장재를 고정정착을 해야 하는 경우에 이러한 기존의 내부 고정정착 방법은 사실상 적용이 불가능하지만, 하이브리드 텐던의 고정정착 방법을 사용한다면 이러한 경우에도 내부 고정정착이 가능해 진다.

그런데 도 6과 같은 긴장재의 고정정착 방법은 프리텐션 방식에서의 강연선 정착방법과는 차이가 있다. 도 9는 프리텐션 방식에서 강연선의 도입길이(ℓ_t ; transfer length)와 정착길이(ℓ_d ; development length)를 설명하는 그래프이다. 도입길이는 콘크리트가 경화된 뒤에 프리스트레스의 도입을 위해 긴장되어 매립되어있었던 강연선을 릴리스(release)할 때 긴장재의 응력이 0인 빔(거더)의 자유단에서부터 긴장재의 응력이 유효긴장 응력(f _pe)에 도달하기까지의 거리로, 이 구간에서 긴장재와 콘크리트 사이의 부착력에 의해 긴장재의 인장력이 콘크리트의 압축력으로 이전되면서 프리스트레스가 서서히 도입된다. 정착길이는 이러한 프리스트레스트 콘크리트 빔에 추가하중이 작용하면 콘크리트에 휨응력이 작용하면서 일체로 거동하는 부착 긴장재의 응력도 증가하는데 이러한 증가한 긴장재의 응력(f _ps)을 정착시키는데 필요한 부착길이이다. 보통 긴장재의 정착길이를 계산할 때 사용되는 f _ps는 긴장재의 인장강도 f _pu에 근접한 값이다. 도 9의 그래프는 기울기가 다른 두 개의 직선으로 구성되어 있는데, 이는 긴장재와 콘크리트 사이의 부착력 작동구조(mechanism)의 차이 때문이다. 긴장재와 콘크리트 사이의 부착력은 강연선과 콘크리트 사이의 점착력(adhesion), 마찰력(friction), 강연선의 꼬임구조와 콘크리트의 기계적 맞물림(mechanical interlocking) 효과 등으로 이루어지데, 인장되어 경화된 콘크리트 속에 묻혀있던 강연선이 프리스트레스의 도입을 위해 릴리스 되면 전달길이 구간에서는 인장력이 감소하면서 긴장시에 인장력 때문에 수축되었던 긴장재의 단면적이 팽창하기 때문에 마찰력, 기계적 맞물림 효과 등이 증진된다(Hoyer effect). 그런데 도입길이 이후의 구간에서는 추가하중에 의한 휨모멘트 때문에 긴장재의 인장응력이 프리스트레스의 도입 시 보다 더 커지기 때문에 긴장재의 단면적은 축소되므로 반대로 부착력, 마찰력, 기계적 맞물림 효과 등은 도리어 감소된다. 이것이 도 9의 정착길이 내의 두 직선의 기울기가 다른 이유이다.

그런데 포스트텐션 방식에서는 긴장되지 않은 상태로 설치된 긴장재를 콘크리트가 경화된 후에 긴장하기 때문에 도 9의 그래프에서 도입길이 이후의 정착구간과 같은 특성을 갖는다. 즉 긴장시에 긴장재 단면이 축소되면서 긴장재와 콘크리트 사이의 부착성능이 감소한다. 도 9에서 두 직선의 기울기의 차이는 대략 3배이다. 이러한 특성을 고려하여 도 5와 같은 피복강연선의 노출 강선부를 계산하면 지름 15.2mm 강연선(SWPC 7C)의 정착길이는 거의 5m 정도이다. 포스트텐션 방식에서 도 5와 같은 정착방법이 사용된 적이 없었기 때문에 프리텐션 방식의 정착길이 설계방법을 원용하여 정착길이를 계산하여 하이브리드 텐던의 고정정착 실험을 하였는데, 강연선 인장강도의 80% 도달 이전에 강연선이 모두 뽑혀 고정정착에 실패하였다. 실험의 실패 원인으로는 피복강연선의 피복을 벗기고 그리스를 제거하는 과정에서 그리스가 완전히 제거되지 않았기 때문으로 추정되었다. 그러나 설사 실험이 성공하였다고 하더라도 5m 정도의 정착길이는 너무 길어 적용성에 문제가 있다. 또한, 그리스의 완벽한 제거도 사실상 담보하기 어렵다는 문제도 있지만, 가장 큰 문제는 콘크리트 부재 내부에서 긴장재의 고정정착이 실패하는 경우에는 콘크리트 부재 전체를 폐기해야 한다는 점이다. 따라서 긴장재의 고정정착 방법의 안전성은 높이면서 적용성을 개선하기 위해서 정착길이도 적절히 줄일 필요가 있다.

본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 PSC 빔의 긴장재를 상부플랜지와 하부플랜지에만 배치하고 복부에는 배치하지 않아서 복부의 두께를 얇게 유지하면서도 빔의 구조적 효율성을 극대화할 수 있는 긴장재의 설치방법으로서, 프리텐션 방식과 포스트텐션 방식 모두에 적용할 수 있는 PSC 빔의 시공방법을 제시하는 것이다.

전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,

상부플랜지, 하부플랜지 및 복부를 포함하는 철근 콘크리트 재질의 빔을 제작하는 빔 제작단계;

상기 빔 제작단계에서 상기 상부플랜지에 일단부의 일정길이는 비부착 강연선의 형태로 제작되고 나머지는 부착 강연선 형태의 선형 고정정착부로 제작되는 강연선 조립체를 상기 상부플랜지의 길이 방향으로 매립하되,

상기 선형 고정정착부는 상기 빔의 내부에서 별도의 내부 고정정착장치 없이 정착되도록 상기 빔의 중앙부 쪽에 배치하고, 비부착 강연선 형태의 강연선은 빔의 단부 쪽에 배치하며, 비부착 강연선 형태의 단부는 빔의 외부로 노출되도록 매립하는 강연선 조립체 매립단계;

상기 빔의 콘크리트가 일정강도로 경화된 이후에 상기 강연선 조립체 매립단계에서 매립된 강연선 조립체에 인장력을 가한 상태로 단부의 정착장치에 정착시켜 상기 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 제1프리스트레싱 단계; 및,

상기 빔의 하부플랜지에만 배치되는 긴장재를 이용하여 상기 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 제2프리스트레싱 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 PSC 빔의 시공방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 그 두 번째 형태로서

상기 빔 제작단계에서 상기 상부플랜지에 일단부의 일정길이는 비부착 강연선의 형태로 제작되고 나머지는 부착 강연선의 형태로 제작되는 강연선과 상기 부착 강연선에 표면에 돌기가 형성되고 한 방향으로 긴 이형봉강을 결합하여 선형 고정정착부로 제작되는 강연선 조립체를 상기 상부플랜지의 길이 방향으로 매립하되,

본 발명은 그 세 번째 형태로서,

상기 빔 제작단계에서 상기 상부플랜지에 일단부의 일정길이는 비부착 강연선의 형태로 제작되고 나머지는 부착 강연선의 형태로 제작되는 강연선과 상기 부착 강연선의 표면에 이형철근의 돌기 형태의 이형 슬리브를 결합하여 선형 고정정착부로 제작되는 강연선 조립체를 상기 상부플랜지의 길이 방향으로 매립하되,

본 발명은 그 네 번째 형태로서,

상기 빔 제작단계에서 상기 상부플랜지에 일단부의 일정길이는 비부착 강연선의 형태로 제작되고 나머지는 부착 강연선의 형태로 제작되는 강연선과 상기 부착 강연선의 표면에 콘크리트 골재 강도 이상의 강도를 갖는 가는 입자를 코팅하여 선형 고정정착부로 제작되는 강연선 조립체를 상기 상부플랜지의 길이 방향으로 매립하되,

상기 첫 번째 형태의 PSC 빔의 시공방법에서 강연선 조립체 매립단계에서 선형 고정정착부의 부착 강연선 형태의 강연선을 갈고리 형태로 절곡하는 것이 좋다.

상기 강연선 조립체는 상기 상부플랜지의 길이와 폭을 기준으로 긴장력이 대칭적으로 작용할 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.

상기 강연선 조립체 중 비부착 강연선 형태를 가진 부분의 길이를 다르게 사용함으로써 상기 상부플랜지에 작용하는 프리스트레스의 크기와 프리스트레스가 작용하는 구간을 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 PSC 빔의 시공방법에 의하면 복부에 긴장재를 배치하지 않기 때문에 복부의 두께를 얇게 할 수 있어서 콘크리트 타설작업과 철근의 배근작업이 용이해지고 빔의 구조적 효율성도 우수하여 경제적인 PSC 빔의 시공방법을 제공할 수 있다.

도 1은 단순보 구조를 가지는 PSC 거더의 긴장재 도심의 제한범위를 설명하기 위한 도면(정면도).
도 2a는 포스트텐션 방식에서 긴장재의 배치방법을 설명하기 위한 도면(정면도).
도 2b는 프리텐션 방식에서 긴장재의 배치방법을 설명하기 위한 도면(정면도).
도 3a 내지 도 3c는 프리텐션 방식에서 상·하부플랜지에 직선 긴장재를 배치하는 대표적인 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 슈퍼-티(Super-T)거더의 단면도.
도 5는 스트러트 타입(strut type)의 프리텐션 인장대 구조를 설명하기 위한 도면.
도 6은 기존의 하이브리드 텐던의 내부 고정정착 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 피복강연선의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 8a 및 도 8b는 내부 고정정착의 예를 도시한 도면.
도 9는 프리텐션 방식에서 강연선의 도입길이(transfer length)와 정착길이(development length)를 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 빔의 시공 방법에서 빔의 상부플랜지에 시공되는 강연선 조립체 매립단계를 설명하기 위한 평면도.
도 11은 도 10에 도시된 강연선 조립체의 선형 고정정착부의 정착길이를 설명하기 위한 도면.
도 12는 프리텐션 방식의 제2프리스트레싱 단계를 설명하기 위한 도면.
도 13은 포스트텐션 방식의 제2프리스트레싱 단계를 설명하기 위한 도면.
도 14는 도 10에 도시된 실시예에서 강연선 조립체의 선형 고정정착부가 갈고리 형상으로 구성된 변형예를 설명하기 위한 도면.
도 15는 도 14에 도시된 강연선 조립체의 선형 고정정착부의 정착길이를 설명하기 위한 도면.
도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 강연선 조립체를 설명하기 위한 도면.
도 17은 제2실시예에서 강연선보다 단면적이 더 큰 이형봉강을 슬리브 스웨징 이음하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 강연선 조립체를 설명하기 위한 도면.
도 19는 본 발명의 제4실시예에 따른 강연선 조립체를 설명하기 위한 도면.
도 20의 (a)는 본 발명의 제3실시예와 제4실시예를 혼용하여 사용하는 실시예를 설명하기 위한 도면.
도 20의 (b)는 본 발명의 제2실시예와 제4실시예를 혼용하여 사용하는 실시예를 설명하기 위한 도면.
도 21은 본 발명에 따른 PSC 빔의 시공방법을 적용할 수 있는 빔 단면의 예를 도시한 도면.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.

우선 본 발명의 제1실시예와 그 변형예에 대하여 도면을 참조하면서 설명하기로 한다.

도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 빔의 시공 방법에서 빔의 상부플랜지에 시공되는 강연선 조립체 매립단계를 설명하기 위한 평면도, 도 11은 도 10에 도시된 강연선 조립체의 선형 고정정착부의 정착길이를 설명하기 위한 도면, 도 12는 프리텐션 방식의 제2프리스트레싱 단계를 설명하기 위한 도면, 도 13은 포스트텐션 방식의 제2프리스트레싱 단계를 설명하기 위한 도면, 도 14는 도 10에 도시된 실시예에서 강연선 조립체의 선형 고정정착부가 갈고리 형상으로 구성된 변형예를 설명하기 위한 도면, 도 15는 도 14에 도시된 강연선 조립체의 선형 고정정착부의 정착길이를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 PSC 빔의 시공방법에 관한 것으로서, 본 실시예(제1실시예)에 따른 SC 빔의 시공방법은 빔 제작단계, 강연선 조립체 매립단계, 제1프리스트레싱 단계 및 제2프리스트레싱 단계를 포함하여 구성된다.

상기 빔 제작단계는 상부플랜지(1), 복부(2) 및 하부플랜지(3)를 포함하는 철근 콘크리트 재질의 빔을 제작하는 단계이다.

상기 빔은 휨모멘트에 저항하는 한 방향으로 긴 철근 콘크리트 재질을 포함하는 구조물로서 빔이라는 명칭을 사용하였지만 거더로도 사용될 수 있다. 상기 빔은 도 4에 도시된 Super-T 거더와 같은 U형 단면이나, I형 단면, 또는 Box형 단면의 PSC 거더일 수 있다.

상기 빔을 제작하는 단계는 일반적인 철근 콘크리트 빔이나 거더의 제작과 마찬가지로 거푸집을 설치하고 그 내부에 철근을 배근하며 콘크리트를 타설/양생하는 과정을 통해서 이루어지게 된다.

상기 강연선 조립체 매립단계는 상기 빔 제작단계에서 콘크리트를 타설하기 전에 상기 빔의 상부플랜지(1) 내부에 강연선 조립체를 매립하는 단계이다. 상기 강연선 조립체는 도 10에 도시된 바와 같이 상부플랜지(1)의 길이 방향으로 매립된다.

상기 강연선 조립체(10)는 도 10에 도시된 바와 같이 일단부의 일정길이는 비부착 강연선(12) 형태로 제작되고 나머지는 부착 강연선(11) 형태로 제작된다.

비부착 강연선(12) 형태는 그 외주에 피복이 있어서 콘크리트와 강연선이 직접 접촉하지 않도록 구성되어 콘크리트의 경화시에 부착되지 않는다는 의미인데 본 실시예에서 비부착 강연선(12)은 통상의 피복강연선인데, 통상의 피복강연선은 도 7에 도시된 바와 같이 강연선의 외주면에 HDPE 재질의 피복이 씌워져 있으며, 피복과 강연선 사이에 방식과 윤활을 위하여 그리스가 충진된 형태를 갖는 강연선이다.

부착 강연선(11)은 콘크리트의 경화시에 콘크리트 내부에 부착되는 강연선을 의미하는데, 근본적으로 강연선 조립체(10)의 내부 고정장치의 역할을 하며 가늘고 긴 정착장치의 형태를 갖는다는 의미로 선형 고정정착부로 명명하기로 한다. 상기의 선형 고정정착부는 강연선 조립체(10)의 비부착 강연선(12) 부분을 제외한 콘크리트에 부착되는 부분으로서, 단순한 부착 강연선 형태를 포함하여 다양한 변형형태를 갖는다.

본 실시예에서와 같은 형태의 강연선 조립체(10)를 제작하는 방법은 공장에서 맞춤 형태로 제작할 수도 있고, 현장에서 비부착 형식의 피복강연선의 피복을 벗겨내고 그리스를 제거하는 방법도 있는데 보통은 현장에서 작업을 하는 편이 경제적이다.

상기 강연선 조립체(10)의 배치는 도 10에 도시되어 있다. 부착 강연선(11)을 포함하는 선형 고정정착부를 이용하여 별도의 내부 고정정착장치 없이 상부플랜지(1)에 정착되도록 빔의 중앙부쪽에 배치되고, 비부착 강연선(12)은 빔의 단부쪽에 배치되며, 비부착 강연선 쪽의 단부는 빔의 외부(단부면 또는 단부쪽의 측면)로 노출된다. 이는 외부 정착장치(20)에 긴장·정착시키기 위함이다

도 11은 전술한 강연선 조립체(10)의 정착길이를 설명하기 위한 도면이다. 부착 강연선(11)의 길이는 설계 정착길이보다는 길게 구성하도록 한다. 설계계산에서 가정하는 정착길이보다 노출된 강연선의 길이를 충분히 길게 하여 내부 고정정착의 실패를 방지하도록 하는 것이 바람직한데, 안전을 위하여 부착 강연선(11)을 거더의 반대쪽 끝까지 연장하면, 강연선 조립체(10)의 고정정착의 실패를 충분히 방지할 수 있으며, 한편으로는 마치 보강철근과 같은 역할을 할 수 있다.

상기 강연선 조립체(10)에 의해 빔에 도입되는 프리스트레스는 빔의 길이 방향과 폭 방향에 대하여 대칭적인 프리스트레스가 작용할 수 있도록 배치되어야 하며 이를 고려한 하나의 배치예가 도 10에 도시되어 있다.

상기 제1프리스트레싱 단계는 상기 빔의 콘크리트가 일정한 강도로 경화된 이후에 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 상부플랜지(1)에 매립된 강연선 조립체(10)에 인장력을 가한 상태로 정착장치에 정착시켜 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 단계이다.

이때 빔의 상부플랜지에 프리스트레스가 작용하는 구간은 비부착 강연선(12)이 설치된 부분이며(물론 부착 강연선(11)에 의해서도 프리스트레스가 작용하지만 도 11에 도시된 바와 같이 위치에 따라 변화하는 값이므로 설명의 편의상 무시하기로 한다), 비부착 강연선(12)의 길이를 조절함으로써 상부플랜지에 작용하는 프리스트레스의 크기와 프리스트레스가 작용하는 구간을 조절할 수 있다.

전술한 바와 같이 강연선 조립체(10) 중 비부착 강연선(12) 쪽 단부는 빔의 단부면 또는 빔의 단부 쪽 측면으로 노출되어 있으며 이 부분을 통하여 인장력을 가한 후에 외부 정착장치(20)에 정착하게 된다. 비부착 강연선(12)으로 피복강연선을 사용하는 경우에도 강연선의 긴장과 정착을 위해서는 빔의 단부에서 밖으로 노출된 구간의 피복강연선의 피복은 제거하며, 긴장재의 긴장과 정착은 주지 관용의 기술이므로 더 이상의 설명을 생략한다.

상기 제2프리스트레싱 단계는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 하부플랜지(3) 쪽에만 배치된 긴장재를 이용하여 빔에 프리스트레스를 도입하는 것이다.

제2프리스트레싱 단계는 도 12에 도시된 바와 같이 프리텐션 방식으로 이루어질 수도 있고 도 13에 도시된 바와 같이 포스트텐션 방식으로 이루어질 수도 있다.

제2프리스트레싱 단계가 도 12에 도시된 바와 같이 프리텐션 방식으로 이루어지는 경우 빔의 제작단계에서 강연선(4)에 인장을 가한 상태로 빔의 내부에 강연선(4)을 매립하게 되며, 필요한 경우 디본딩(5)을 통하여 요구되는 프리스트레스가 도입되도록 한다.

한편, 제2프리스트레싱 단계가 도 13에 도시된 바와 같이 포스트텐션 방식으로 이루어지는 경우 빔의 제작단계에서 쉬스를 매립하여 긴장재 덕트(6)를 설치하게 되며 긴장재용 덕트에 강연선(미도시)을 삽입하고 인장력을 가한 후 양단부를 정착하게 된다. 이와 관련된 구성 역시 주지 관용의 기술이므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.

제1프리스트레싱 단계와 제2프리스트레싱의 실시의 순서는 상부플랜지에 균열이 발생하는 것을 막을 수 있도록 상부플랜지에 프리스트레스를 가하는 제1프리스레싱 단계를 먼저 실시하도록 한다.

도 14는 도 10에 도시된 제1실시예의 구성을 일부 변형한 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예의 경우 부착 강연선(11)이 도시된 바와 같이 갈고리 형상으로 휘어져 있도록 구성된 점 이외에 나머지 구성은 도 10에 도시된 제1실시예와 동일하므로 나머지 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예의 경우 도 14의 위쪽에 도시한 바와 같이 부착 강연선(11)을 갈고리 형상으로 절곡함으로써 정착길이를 줄이게 된다. 도 15에는 정착길이가 표시되어 있는데 도 11에 도시된 정착길이보다 짧은 것을 확인할 수 있다. 도 14의 아래쪽에는 위쪽에 도시된 강연선의 절곡 방법을 응용한 또 다른 예가 도시되어 있는데, 위쪽의 방법과 달리 부착 거동의 비선형적 특성 때문에 두개의 긴장재를 동시에 긴장해야 고정정착부에 대칭적인 긴장력을 작용시킬 수 있다. 도 14의 아래쪽에 도시한 긴장재의 절곡을 이용한 내부 고정정착방법은 전체가 비부착 강연선인 경우에도 가능하지만 부착 강연선(11) 구간 없이 피복강연선을 절곡하면 사용하면 긴장력이 절곡부에 의해서만 지지되기 때문에 응력집중현상이 발생하여 바람직하지 못하다

정착길이를 줄일 경우 프리스트레스가 가해지는 구간을 줄일 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 본 발명의 가장 큰 효과는 상부플랜지의 중앙부에 가해지는 프리스트레스를 제한하는 것인데, 정착을 위하여 부착 강연선(11)을 빔의 중앙부까지 배치해야 하는 경우 원하지 않는 프리스트레스가 빔의 중앙부에 작용할 수 있는데 정착길이를 줄임으로써 그러한 문제를 해결할 수 있다.

이때 부착 강연선(11)을 절곡하여 배치하기 위해서는 평면방향으로 공간을 확보할 수 있어야 하므로 상부플랜지의 폭이 넓은 Bulb-T나 Super-T 거더와 같은 PSC 거더에 적용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

한편, 강연선은 강도가 매우 커서 철근처럼 절곡하는 것이 불가능하므로 절곡을 위하여 절곡부에 강파이프(15)를 끼워 강파이프와 함께 반원형으로 절곡하는 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 강연선 조립체를 설명하기 위한 도면이고, 도 17은 제2실시예에서 강연선보다 단면적이 더 큰 이형봉강을 슬리브 스웨징 이음하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 빔의 시공방법은 앞서 설명한 제1실시예와 마찬가지로 빔 제작단계, 강연선 조립체 매립단계, 제1프리스트레싱 단계 및 제2프리스트레싱 단계로 구성된다.

이러한 구성 중 강연선 조립체 매립단계에서 상기 빔의 상부플랜지(1)에 매립되는 강연선 조립체의 선형 고정정착부의 구성에 차이가 있고 나머지는 동일하므로 빔 제작단계, 제1프리스트레싱 단계 및 제2프리스트레싱 단계에 대한 설명은 생략하고 강연선 조립체의 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

본 실시예에 사용되는 강연선 조립체(110)는 부착 강연선(111)과 이형봉강(113)을 결합하여 제작되는 선형 고정정착부와 비부착 강연선(112)으로 구성된다.

상기 이형봉강(113)은 한 방향으로 긴 봉재로서 그 표면에는 마디와 같은 돌기가 형성되어 있는 봉강이다.

상기 이형봉강으로는 이형철근이나 전조나사를 넣은 나사강봉을 사용할 수 있다.

PSC 거더의 상부플랜지에는 보통 6개 정도의 종방향 철근(이형철근)이 배치되는데 이러한 철근 중에서 일부를 선형 고정정착부의 이형봉강으로 사용하는 것도 좋은 방안이 될 수 있다. 이형철근은 인장강도가 작아서 인장강도가 큰 강연선의 최대 인장력에 견디기 위해서는 강연선보다 단면적이 큰 철근을 사용해야 하는데, 최근에는 기존의 인장강도 400MPa의 철근(SD400)보다 인장강도가 훨씬 큰 인장강도 700MPa의 고강도 철근(SD700)이 국내에서도 생산되어 사용되고 있으므로 고강도 철근을 사용하여 강연선과 이형봉강의 단면적의 차이를 줄일 수 있다. 나사상봉을 이형봉강으로 사용하면 나사강봉의 인장강도가 대략 1000MPa 정도이기 때문에 강연선과 이형봉강의 단면적의 차이는 더욱 줄어든다.

이형봉강(113)을 노출된 부착 강연선(111)과 결합하는 것은 부착강도를 늘리기 위한 것으로서 표면형상에 따라 부착강도에 상당한 차이가 있다는 점에 착안한 것이다. 부착강도 실험에는 일정한 길이로 매립한 긴장재를 부착파괴 시까지 끌어당기는 풀아우트(pull out) 실험이 가장 널리 사용되는데, 이러한 실험을 통해 강연선과 이형철근의 부착강도 실험의 한 예를 비교해보면 강연선의 부착강도는 약 3MPa이고, 이형철근의 부착강도는 약 26MPa 정도로, 8∼9배의 차이가 있다. 풀아우트 실험의 결과는 편차가 매우 큰 편이지만, 소선을 꼬아서 만든 스트랜드(strand)형인 강연선과 돌출된 마디를 갖는 이형철근의 부착강도의 차이가 상당히 크다는 것은 분명하다. 이러한 차이의 주원인은 강연선의 꼬임 구조에 의한 콘크리트와의 기계적 맞물림(mechanical interlocking)보다 이형철근의 마디에 의한 지압(bearing) 효과가 부착성능 향상에 훨씬 효과적이기 때문으로 분석된다. 도 16의 아래쪽 도시된 긴장재의 인장력(Fp) 분포 그래프에서 인장력(Fp)이 선형 고정정착부에서 서로 다른 감소율(기울기)로 감소하는데, 감소율은 부착강도에 비례한다. 강연선의 부착강도는 작아서 인장력(Fp) 감소율이 완만하므로 노출 강연선만으로 긴장재의 선형 고정정착부를 구성하는 경우에 정착길이가 너무 길어지는데(점선을 연장해서 수평선과 만날 때까지의 거리), 부착강도가 강연선보다 훨씬 큰 이형봉강을 이음하면 도시한 바와 같이 기울기를 커져 정착길이를 줄일 수 있다.

상기 부착 강연선(111)과 이형봉강(113)를 결합하는 방법으로 다양한 기계적 이음 방법을 응용할 수 있는데 본 실시예에서는 부착 강연선(111)과 이형봉강(113)의 결합부를 슬리브(sleeve;115)로 감싸고 기계적 힘을 가하여 압착시키는 슬리브 스웨징 이음 방법을 사용한다. 이때 부착 강연선(111)과 이형봉강(113)은 그 단면적에서 차이가 있을 수 있는데(강연선과 이형봉강의 인장강도가 다른 경우이다. 인장강도가 큰 쪽이 단면적이 작다.) 이런 경우 도 17에 도시돤 바와 같이 단면적이 작은 부재의 표면에 단차 조정용 슬리브(116)를 끼운 후에 그 위를 슬리브(115)로 연결하는 방법을 사용할 수 있다. 슬리브 스웨징 이음 장비는 크기가 작아 현장에서도 용이하게 사용할 수 있는 장점이 있다.

부착 강연선(111)에 이형봉강(113)를 결합하면 부착강도가 작은 강연선의 단점을 이형봉강으로서 보완할 수 있으며 이로 인하여 정착길이를 현저하게 줄일 수 있게 되며, 정착길이를 줄이는 경우 기대할 수 있는 효과는 도 14에 도시된 실시예와 관련된 설명에 이미 기재하였으므로 그 기재를 생략하기로 한다.

이하에서는 본 발명의 제3실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 강연선 조립체를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 빔의 시공방법은 앞서 설명한 제1실시예나 제2실시예와 마찬가지로 빔 제작단계, 강연선 조립체 매립단계, 제1프리스트레싱 단계 및 제2프리스트레싱 단계로 구성된다.

본 실시예에 사용되는 강연선 조립체(210)는 도 18에 도시된 바와 같이 부착 강연선(211) 및 부착 강연선의 표면에 이형철근의 돌기 형태의 이형 슬리브(213)를 부착하여 제작되는 선형 고정정착부와 비부착 강연선(212)으로 구성된다.

상기 이형 슬리브(213)는 슬리브의 길이를 매우 짧게 하여, 도 18의 (a)와 같이 하나의 슬리브마다 하나의 마디를 형성할 수도 있고, 도 18의 (b)와 같이 슬리브 길이를 조금 더 길게 하여 하나의 슬리브에 여러 개의 마디를 만들 수도 있는데, 이형 슬리브(213)의 마디의 높이가 높아서 너무 큰 지압력이 각각의 마디에 작용하지 않도록 적당한 높이의 마디로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 이형 슬리브(213)를 부착 강연선(211)의 표면에 설치하는 것은 앞선 실시예에서 이형봉강을 결합하는 것과 마찬가지로 콘크리트와의 부착강도를 늘리기 위한 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 이형철근의 부착강도가 강연선에 비하여 큰 것에 착안하여 이형철근의 돌기와 유사한 형태의 슬리브를 강연선의 표면에 결합하는 것이다.

이형 슬리브(213)를 부착 강연선(211)에 결합하는 방식은 앞서 설명한 제2실시예에서 부착 강연선(111)과 이형봉강(113)을 결합하기 위한 슬리브(115)와 마찬가지로 이형 슬리브(213)가 부착 강연선(211)의 표면을 감싼 상태에서 기계적인 힘을 가하여 압착하는 스웨징 방법을 사용할 수 있다. 한편, 도 18의 (b)와 같은 경우에는 마디가 미리 성형 되어 있는 슬리브를 사용하거나, 마디를 성형할 수 있는 다이(die)를 사용하여 스웨징할 수도 있다. 또한, 도 18의 (c)와 같이 미리 마디가 성형 된 긴 슬리브를 강연선에 끼우고 강연선과 슬리브 사이에 접착제(214)를 그라우팅하여 부착시키는 방법도 가능하다.

이형 슬리브(213)를 이용하여 접착 길이를 줄인 효과는 앞서 설명하였으므로 생략하기로 한다.

이하에서는 본 발명의 제4실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 19는 본 발명의 제4실시예에 따른 강연선 조립체를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 빔의 시공방법은 앞서 설명한 제1실시예 내지 제3실시예와 마찬가지로 빔 제작단계, 강연선 조립체 매립단계, 제1프리스트레싱 단계 및 제2프리스트레싱 단계로 구성된다.

본 실시예의 강연선 조립체는 도 19에 도시된 바와 같이 부착 강연선(311) 및 부착 강연선의 표면을 입자(313)로 코팅하여 제작되는 선형 고정정착부와 비부착 강연선(312)으로 구성된다.

보통 콘크리트에 부착하는 부재의 부착성능을 증진시키기 위하여 부재의 표면에 단단한 규사 입자를 폴리머(수지)를 사용하여 붙이는 방법이 종종 사용되는데, 이러한 방법을 부착 강연선(311)에 사용한다. 입자 코팅에 사용되는 단단한 입자(313)란 콘크리트 골재 강도 이상의 강도를 가지는 입자를 의미하는데, 보통 연마제로 사용되는 입자를 사용하면 된다.

입자(313)를 부착 강연선(311)에 폴리머를 이용하여 코팅하면 부착강도가 커진다. 특히 부착 강연선을 형성하기 위하여 피복강연선의 피복과 그리스를 제거하는 경우에는 강연선 표면의 그리스는 제거하기 쉽지만 꼬여있는 소선들 사이에 남아있는 그리스는 제거하기가 어려워 이러한 잔류 그리스가 나중에 흘러나와 강연선 표면의 마찰력을 감소시킬 수 있는데, 입자 코팅은 보통 접착제로 사용되는 폴리머를 강연선 표면에 바르고 입자(313)를 고르게 살포한 후 그 입자 위에 다시 폴리머를 바르는 과정을 거치게 되므로 폴리머로 강연선을 완전히 밀봉하는 효과가 있어 잔류 그리스가 표면으로 유출되어 마찰력을 감소시키는 것을 방지할 수 있는 부가적인 효과도 있다.

코팅된 입자(313)를 사용하는 경우에도 부착 강연선(311)의 정착길이를 줄일 수 있게 되며 이로 인한 효과는 앞서 설명한 바와 같다.

한편, 앞서 설명한 실시예를 혼용하여 사용하는 경우에도 정착길이가 줄어드는 효과를 기대할 수 있는데, 도 20의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예와 제4실시예를 혼용하여 실시할 수도 있고, 도 20의 (b)에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예와 제4실시예를 혼용하여 실시할 수도 있다. 도 20(b)에 도시된 이형봉강(113)는 절곡되어 있어서 정착길이를 보다 효율적으로 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 빔의 시공방법을 도 3c와 같은 방식에 적용하면 도 12와 같은데, 본 발명의 강연선 조립체를 상부플랜지에 배치하여 프리스트레스를 도입하면 도 3c에 도시된 바와 같은 빔의 상부플랜지 중앙부에서 디본딩하는 긴장재를 사용하여 프리텐션 방식으로 프리스트레스를 도입한 후에 상부플랜지 중앙의 상부에 위치한 절취부에서 디본딩 강연선을 절단하는 방법으로 도입되는 프리스트레스와 유사한 프리스트레스를 포스트텐션 방식으로 상부플랜지에 도입할 수 있다. 또한 하부플랜지(3)에만 프리텐션 긴장재를 사용하고 상부플랜지(1)에는 포스트텐션 긴장재를 사용하기 때문에 현장에서도 적용이 가능한 도 5와 같은 높이가 낮은 스트러트 타입의 인장대를 사용할 수 있어서 현장제작 PSC 빔에도 프리텐션 방식을 효과적으로 적용할 수 있다.

한편, 앞서 언급했듯이 거더 제작본수가 적은 경우에는 프리텐션 방식보다는 포스트텐션 방식이 적합한데 이러한 경우에도 본 발명의 긴장재 설치방법이 유용하다. 즉 긴장재의 거더의 복부에 배치되는 일반적인 포스트텐션 방식과 달리 거더 복부에는 긴장재 덕트를 배치하지 않고 하부플랜지에만 긴장재 덕트를 배치한다. 물론 포스트텐션 방식의 긴장재를 설치하는 경우에는 거더 단부의 긴장재 정착부에 집중되는 긴장력을 분산시켜야 하기 때문에 거더 단부에서 단면을 확대해야하는데 긴장재를 복부에 배치하지 않기 위해서는 도 13과 같이 하부플랜지의 두께를 거더 단부 쪽에서 확대하여야 한다. 물론 이러한 단부단면의 확대로 거더의 중량이 다소 늘지만 긴장재가 복부에 배치되지 않아 복부의 두께는 얇게 유지할 수 있다.

이처럼 본 발명에서는 강연선 조립체나 강연선 등의 긴장재를 상부플랜지와 하부플랜지에만 배치하고 복부에는 배치하지 않음으로써 복부의 두께를 최소화 할 수 있어서 구조적으로 매우 효율적이고, 새로운 프리스트레스 도입방법을 이용하여 현장제작 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 빔에도 프리텐션 방식을 경제적으로 적용할 수 있다.

본 발명의 피복강연선 설치방법을 효과적으로 응용할 수 있는 PSC 거더의 단면의 예로서, 도 4와 같은 개구형 Super-T 거더 외에도 도 21의 (a)와 같은 폐단면형의 Super-T 거더, 도 21의 (b)와 같은 Bulb-T 거더(개량형 I형 거더), 도 21(c)와 같은 박스 빔 등이 있다.

이상으로 본 발명의 몇 가지 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상에 어긋나지 않는 범위 안에서 다양한 형태의 빔의 시공방법으로 구체화될 수 있다.

10 : 강연선 조립체

Claims

상부플랜지, 하부플랜지 및 복부를 포함하는 철근 콘크리트 재질의 빔을 제작하는 빔 제작단계;
상기 빔 제작단계에서 상기 상부플랜지에 일단부의 일정길이는 비부착 강연선의 형태로 제작되고 나머지는 부착 강연선 형태의 선형 고정정착부로 제작되는 강연선 조립체를 상기 상부플랜지의 길이 방향으로 매립하되,
상기 선형 고정정착부는 상기 빔의 내부에서 별도의 내부 고정정착장치 없이 정착되도록 상기 빔의 중앙부 쪽에 배치하고, 비부착 강연선 형태의 강연선은 빔의 단부 쪽에 배치하며, 비부착 강연선 형태의 단부는 빔의 외부로 노출되도록 매립하는 강연선 조립체 매립단계;
상기 빔의 콘크리트가 일정강도로 경화된 이후에 상기 강연선 조립체 매립단계에서 매립된 강연선 조립체에 인장력을 가한 상태로 단부의 정착장치에 정착시켜 상기 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 제1프리스트레싱 단계; 및,
상기 빔의 하부플랜지에만 배치되는 긴장재를 이용하여 상기 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 제2프리스트레싱 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 PSC 빔의 시공방법.
상부플랜지, 하부플랜지 및 복부를 포함하는 철근 콘크리트 재질의 빔을 제작하는 빔 제작단계;
상기 빔 제작단계에서 상기 상부플랜지에 일단부의 일정길이는 비부착 강연선의 형태로 제작되고 나머지는 부착 강연선의 형태로 제작되는 강연선과 상기 부착 강연선에 표면에 돌기가 형성되고 한 방향으로 긴 이형봉강을 결합하여 선형 고정정착부로 제작되는 강연선 조립체를 상기 상부플랜지의 길이 방향으로 매립하되,
상기 선형 고정정착부는 상기 빔의 내부에서 별도의 내부 고정정착장치 없이 정착되도록 상기 빔의 중앙부 쪽에 배치하고, 비부착 강연선 형태의 강연선은 빔의 단부 쪽에 배치하며, 비부착 강연선 형태의 단부는 빔의 외부로 노출되도록 매립하는 강연선 조립체 매립단계;
상기 빔의 콘크리트가 일정강도로 경화된 이후에 상기 강연선 조립체 매립단계에서 매립된 강연선 조립체에 인장력을 가한 상태로 단부의 정착장치에 정착시켜 상기 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 제1프리스트레싱 단계; 및,
상기 빔의 하부플랜지에만 배치되는 긴장재를 이용하여 상기 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 제2프리스트레싱 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 PSC 빔의 시공방법.
상부플랜지, 하부플랜지 및 복부를 포함하는 철근 콘크리트 재질의 빔을 제작하는 빔 제작단계;
상기 빔 제작단계에서 상기 상부플랜지에 일단부의 일정길이는 비부착 강연선의 형태로 제작되고 나머지는 부착 강연선의 형태로 제작되는 강연선과 상기 부착 강연선의 표면에 이형철근의 돌기 형태의 이형 슬리브를 결합하여 선형 고정정착부로 제작되는 강연선 조립체를 상기 상부플랜지의 길이 방향으로 매립하되,
상기 선형 고정정착부는 상기 빔의 내부에서 별도의 내부 고정정착장치 없이 정착되도록 상기 빔의 중앙부 쪽에 배치하고, 비부착 강연선 형태의 강연선은 빔의 단부 쪽에 배치하며, 비부착 강연선 형태의 단부는 빔의 외부로 노출되도록 매립하는 강연선 조립체 매립단계;
상기 빔의 콘크리트가 일정강도로 경화된 이후에 상기 강연선 조립체 매립단계에서 매립된 강연선 조립체에 인장력을 가한 상태로 단부의 정착장치에 정착시켜 상기 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 제1프리스트레싱 단계; 및,
상기 빔의 하부플랜지에만 배치되는 긴장재를 이용하여 상기 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 제2프리스트레싱 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 PSC 빔의 시공방법.
상부플랜지, 하부플랜지 및 복부를 포함하는 철근 콘크리트 재질의 빔을 제작하는 빔 제작단계;
상기 빔 제작단계에서 상기 상부플랜지에 일단부의 일정길이는 비부착 강연선의 형태로 제작되고 나머지는 부착 강연선의 형태로 제작되는 강연선과 상기 부착 강연선의 표면에 콘크리트 골재 강도 이상의 강도를 갖는 가는 입자를 코팅하여 선형 고정정착부로 제작되는 강연선 조립체를 상기 상부플랜지의 길이 방향으로 매립하되,
상기 선형 고정정착부는 상기 빔의 내부에서 별도의 내부 고정정착장치 없이 정착되도록 상기 빔의 중앙부 쪽에 배치하고, 비부착 강연선 형태의 강연선은 빔의 단부 쪽에 배치하며, 비부착 강연선 형태의 단부는 빔의 외부로 노출되도록 매립하는 강연선 조립체 매립단계;
상기 빔의 콘크리트가 일정강도로 경화된 이후에 상기 강연선 조립체 매립단계에서 매립된 강연선 조립체에 인장력을 가한 상태로 단부의 정착장치에 정착시켜 상기 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 제1프리스트레싱 단계; 및,
상기 빔의 하부플랜지에만 배치되는 긴장재를 이용하여 상기 빔에 프리스트레스가 작용하도록 하는 제2프리스트레싱 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 PSC 빔의 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 강연선 조립체 매립단계에서 선형 고정정착부의 부착 강연선 형태의 강연선을 갈고리 형태로 절곡하는 것을 특징으로 하는 PSC 빔의 시공 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강연선 조립체는 상기 상부플랜지의 길이와 폭을 기준으로 긴장력이 대칭적으로 작용할 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 PSC 빔의 시공 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강연선 조립체 중 비부착 강연선 형태를 가진 부분의 길이를 다르게 사용함으로써 상기 상부플랜지에 작용하는 프리스트레스의 크기와 프리스트레스가 작용하는 구간을 조절하는 것을 특징으로 하는 PSC 빔의 시공 방법.