KR101928970B1 - 받침줄과 같은 구조 케이블을 전환하는 장치 및 이를 포함하는 건설 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 신장된 연결대들(4)을 포함하는 구조 케이블에 관한 것이다. 케이블은 연장하는 통로(10)를 가진 몸체를 구비한 장치에서 전환된다. 각 통로는 휘어진 경로를 따라 연결대들의 하나를 안내하는 벽을 가진다. 통로의 벽은 경로의 만곡부의 내부를 향하는 연결대-지지 영역(11)을 포함한다. 통로의 중심부에서 휘어진 경로를 가로지르는 지지 영역의 단면은 연결대의 외부 직경의 절반과 실질적으로 동일한 반경을 갖는 원호의 형태를 따른다. 통로의 중심부의 단면은 지지 영역의 외부보다 크다.

Description

받침줄과 같은 구조 케이블을 전환하는 장치 및 이를 포함하는 건설 {DEVICE FOR DEVERTING A STRUCTURAL CABLE, SUCH AS A GUY LINE, AND CONSTRUCTION COMPRISING SAME}

본 발명은 구조 케이블, 특히 스테이(stay)들을 전환(deviating)하기 위한 장치들에 관한 것이다.

오늘날, 단부들에 고정된 개별의 신장된 강선(stretched tendon)들의 묶음으로서 구조 케이블(structural cable)들을 형성하는 것이 일반적이다. 건설 작업(construction work)의 설계는 그 경로의 하나 이상의 영역들에 케이블을 전환(diverting)하는 것이 포함될 수 있다.

사장된 구조들(stayed structures)에서, 케이블들은 타워 근처에 위치된 상부 부분 및 다리의 바닥판(deck of a bridge)과 같은 현수식 구조(suspended structure)에 고정된(anchored) 하부 선단들(lower extremities)을 구비한다. 종래의 설계에서, 각 케이블의 상부 선단은 타워에 고정된다. 다른 사장된 구조들에서, 케이블은 일반적인 모양이 반전된 V자인 경로들을 따르며, 케이블들은 일반적으로 새들(saddle)로 불리는 장치에 의해 타워에서 전환된다.

새들에서, 케이블 연결대(cable strands)는 일반적으로 실질적으로 일정한 곡률 반경을 갖는 휘어진 경로들(curved paths)을 따른다. 바람직하게, 강선들은 새들을 따라 연속적으로(uninterruptedly) 연장한다. 원하지 않는 미끄러짐(slippage)을 피하기 위해, 강선들 및 새들 사이에 충분한 마찰이 제공되어야 한다.

PCT 출원 제WO 2007/121782 A1호는 새들을 개시하는 바, 케이블의 강선을 형성하는 각 연결대는 개별의 도관(conduit) 내에 수용되며, 도관의 벽(wall)은 연결대의 휘어진 경로를 포함하는 평면 중 하나에, 일반적으로 V자형 단면(cross-section)의 도관을 제공하는 두 개의 기울어진 면들을 나타낸다. V자형 도관의 단면은, 장력이 구조의 하중에 의해 연결대에 언제든 인가될 때 쐐기 효과(wedge effect)를 통해 연결대를 고정한다. 이러한 새들 설계는 결점들이 없지 않다. 특히, 연결대 및 도관의 벽 사이의 접촉들은 국소적이어서, 국소적 스트레스의 우수한 분배에 적합하지 않다. 게다가, 연결대의 각 피복(sheath)은 V자형 도관에 의해 비롯된 핀치력(pinching force)에 의해 손상될 수 있기 때문에, 새들은 각 피복된(sheathed) 연결대의 사용과 양립할 수 없다. 그럼에도 불구하고, 그들의 내식성(corrosion resistance)이 피복에 의해 제공된 절연(insulation)에 의해 강화되기 때문에, 각각의 피복된 연결대들은 구조 케이블들을 만드는 데에 자주 선호된다. 그러나, 만약 제WO 2007/121782 A1호의 새들을 갖는 이러한 연결대들을 사용하는 것이 요구되면, 피복들은 연결대의 금속을 충분히 절연하기 위한 특별한 방법의 사용이 요구되는 새들 내에 위치된 연결대들의 길이만큼은 제거되어야 한다. 복잡하고 비용이 클 수 있는 이러한 방법들에도 불구하고, 새들 근처의 강선들을 제거하는 것은 스테이들(stays)의 부식방지 보호의 약점을 초래하는 위험을 가진다.

본 발명의 목적은 앞서 언급한 문제들의 발생 빈도를 줄일 수 있는 새들의 다른 설계를 제안하는 바, 이는 특히 강선들을 따르는 휘어진 경로 내에 적절한 스트레스의 전달을 보장하는 것에 의한 것이다.

따라서, 본 발명은 복수의 신장된 강선들을 구비한 구조 케이블을 전환하기 위한 장치를 제안한다. 이 장치는 도관들에 의해 횡단된 몸체를 포함한다. 각 도관은 휘어진 경로를 따라 강선들 중 하나를 안내하는 벽을 가진다. 도관 벽은 경로의 만곡부의 내부 측면에 위치되고 강선을 지지하는 지지 영역을 구비하고, 휘어진 경로를 가로지르고 적어도 도관의 중심부에 위치한 지지 영역은, 강선의 외부 직경의 절반과 실질적으로 동일한 반경을 갖는 원호 모양의 단면을 나타낸다.

강선들(tendons)은 도관 내에 고정되어, 거칠기(roughness)가 다소 중요할 수 있는 도관 벽의 지지 영역 내에 강선에 대한 마찰에 의하여 휘어진 경로를 따라 미끄러지는 것을 방지한다. 강선은, 그 반경이 강선에 적합한 원호의 모양에 의존하는, 특정 크기를 갖는 표면 위로 지지 영역과 접촉한다. 이 지지 영역은 케이블에 인가된 장력에 의해 가압된다.

강선과 그 도관들의 벽 사이에 전달된 스트레스의 우수한 분배에 따라, 전환 장치(deviation device)는 각각 금속 연결대 및 연결대를 둘러싸는 플라스틱 피복을 갖는 강선들의 사용을 가능하게 한다. 따라서 피복은 도관 벽의 지지 영역에 인가됨에 의하여, 방해없이 새들을 통과하여 케이블 앵커(anchor)들에 도달한다.

지지 영역의 부분(section)의 원호의 모양을 위한 적어도 60°의 각 섹터(angular sector)는 많은 구성들에 충분한 마찰 블로킹을 제공하도록 결정된다. 이 각 섹터는 특히 90° 및 120° 사이의 범위일 수 있다.

도관들은 강선들이 어려움없이 엮이도록(threaded) 설계된 단면을 나타내는 데에 일반적으로 적합하다. 이러한 적합성은, 그 직경이 강선의 외부 직경보다 적어도 2mm 큰 원을 포함하도록 충분히 넓은(large) 단면을 제공함에 따라 획득될 수 있다.

지지 영역 외부에 도관의 중심부의 단면 모양은, 강선의 외부 직경보다 큰 직경의 아치(arch)일 수 있다. 아치형 모양, 원 모양은, 예를 들어 장치의 개별 도관들 사이에 위치되는 재료 내에 스트레스의 원치 않는 집중을 피한다.

장치의 측면들 중 하나에 케이블의 각도의 다양성의 확보를 수용하기 위하여, 도관은 그의 단면이 그 중심부의 적어도 한 측면에서 바깥쪽으로 확장되는 방식으로 성형(shaped)될 수 있다. 확장은 경로의 만곡부의 내부 측면에서, 특히 도관의 중심부에 그 반경이 경로의 곡률 반경보다 적은 실질적으로 원형 모선(circular generatrix)을 따를 수 있다.

실시예에서, 전환 장치는 구조 케이블을 수용하는 휘어진 튜브를 더 포함하며, 몸체는 휘어진 튜브 내에 내장된 도관들을 구비한다.

본 발명의 다른 양태는, 복수의 신장된 강선들을 구비한 적어도 하나의 구조 케이블, 케이블의 선단들에서 강선들을 위한 앵커(anchor)들, 및 두 개의 앵커들 사이에 앞서 정의된 적어도 하나의 케이블 전환 장치를 포함하는, 예를 들어 사장교(cable-stayed bridge)와 같은 건설 작업(construction work)에 관한 것이다.

본 명세서에 포함되어 있음.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면을 따라 다음의 상세한 설명의 비-제한적 실시예로부터 설명될 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 사장교의 도면이다.
도 2는 전환 장치의 실시예를 장착한 스테이(stay)의 개략적인 도면이다.
도 3은 전환 장치에 속하는 도관의 축 방향 단면이다.
도 4는 도 3에 도시된, IV-IV 면을 따르는 전환 장치의 단면도이다.
도 5는 케이블 강선이 내장된 도관의 단면도이다.
도 6은 도 5와 유사한 단면도로서, 케이블의 설치 동안 도관 및 강선을 도시한다.

도 1에 도시된 건설 작업의 실시예는 사장교(cable-stayed bridge)로 구성된다. 이러한 다리의 바닥판(deck)(1)은 일반적으로 타워 및 바닥판 사이에 비스듬한 경로들을 따르는 스테이(stay)(3)들을 통해 하나 이상의 타워들(2)에 의해 지지된다. 타워(2)에서, 각 스테이(3)는 여기에서 새들(saddle)로 언급되는 본 발명에 따른 전환 장치(deviation device)를 통해 연장한다.

도 2에 도시된 실시예에서, 새들(5)은 타워(2)를 형성하도록 사용되는 콘크리드(concrete) 내에 매립된 금속의 휘어진 튜브(curved metal tube)(6)를 구비한다. 휘어진 튜브(6)는, 예를 들어 강 튜브(steel tube)를 구부리는 것에 의해 성형되어, 타워(2)의 콘크리트가 채워지기 전에 적절한 기하학적 구성으로 위치된다. 여기서, 구조 케이블은 스테이(3)에 의해 형성되고, 방해없이 새들(5)을 통해 연장하는 복수의 신장된 강선들(tendons)(4)로 구성된다. 강선들(4)은 바람직하게 개별적으로 피복된 연결대들(sheathed strands)로 구성되며, 금속 연결대 및 그의 플라스틱 피복(sheath)은 모두 새들(5)과 연속된다(uninterrupted). 새들을 통해, 각 강선(4)은 개별의 도관(conduit)(10)에 의해 정의된 휘어진 경로(T)를 따른다(도 3 참조). 도관들(10)은 휘어진 튜브(6) 내에 내장된 주형된 재료(molded material)로 만들어진 몸체(7) 내에 형성된다.

새들(5)의 외관에서, 스테이(3)는 바닥판(1)에 설치된 두 개의 앵커들(anchors)(8)로 자유롭게 연장한다. 이 앵커들(8)은, 예를 들어 PCT 출원 제WO 00/75453 A1호에 개시된 것을 따를 수 있다.

새들(5) 내에 배열된 각 도관들(10)은 각각의 피복된 연결대를 수용한다. 그 중심부에서, 도관들(10)은 바람직하게 일정한 반경(R)의 휘어진 경로(T)를 따른다. 이 부분에서, 도관의 단면은, 예를 들어 도 4에 도시된 모양을 가지며, 도관의 벽은 경로(T)의 만곡부의 내부 측면에 지지 영역(support area)(11)을 갖는다. 지지 영역(11)의 모양은 반경 r의 원호(circular arc)이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 도관(10)의 중심부에 지지 영역(11)의 원호 모양의 반경(r)은 강선(4)의 외부 직경(external diameter)의 절반을 따른다. 따라서, 지지 영역(11)은 도관(10)의 벽 및 강선(4)의 주변부(periphery) 사이에 비교적 확장된 접촉 영역을 제공하여, 장력이 구조에 하중에 의해 인가되더라도 정위치에서 강선을 고정하기에 적합한 마찰력을 생성한다. 지지 영역이 위로 연장하는 각 섹터(angular sector)(α)는 바람직하게 적어도 60°이다. 더 바람직하게, 이 각 섹터(α)는 90°에서 120°의 범위에 있다.

도관(10)의 벽의 상부 부분(12)은, 도관의 만곡부의 외부 측면에서, 스테이를 설치할 때 강선(4)의 방해없는 도입을 허용하기 위해 지지 영역보다 더 넓다. 지지 영역(11) 외부에 도관의 중심부의 이러한 확장은, 그 직경이 강선의 외부 직경보다 더 큰 호 모양으로 단면의 상부 부분(12)을 제공함에 따라 실현될 수 있다. 도 6에 도시된 것처럼, 도관의 중심부에서 도관의 단면이 강선(4)의 외부 직경보다 적어도 2mm 큰 직경의 원(C)을 포함하도록 설계될 때, 도관 내에 강선(4)의 도입은 어려움없이 수행될 수 있다.

따라서, 강선(4)은 새들(5)에 대한 마찰(rubbing)없이 그의 도관을 통해 엮일(threaded) 수 있다. 그 단부에서, 이동 가능한 심(shim)(15)은, 예를 들어 엮이기 전에 플라스틱 재료의 리본 모양으로 사용될 수 있다. 강선(4)이 설치되면, 심(15)은 제거되고, 그러면 강선(4)은 지지 영역(11) 내에 놓여진다.

도관(10)의 벽의 상부 부분(12)의 아치형 모양(arched shape)은, 특히 지지 영역(11)과 상부 부분(12)을 연결하는 반경 숄더들(radial shoulders)(13)을 갖고, 반경 r'>r인 원형 프로파일(circular profile)을 가질 수 있다. 아치의 둥근 모양은 새들(5)의 주형된 매트릭스(molded matrix)에서 발생하는 압축 스트레스(compressive stress)의 수직적 흐름(vertical flow)에 적합하다.

바람직한 실시예에서, 도관(10)의 단면은 중심부의 한 측면에서 외부를 향해 확장한다. 도 3에 도시된 이러한 확장은 케이블이 받는 하중의 변화로부터 초래되는 강선들의 휘어짐(deflection)을 안내(guide)하도록 사용될 수 있다.

경로(T)의 만곡부(curvature)의 내부 측면에서, 도관(10)의 단면의 확장은 그 모양이 바람직하게 도관(10)의 중심부에서 경로(T)의 곡률 반경(R)보다 더 적은 반경(R')을 갖는 원 모양인 모선(generatrix)을 따를 수 있다. 반경(R')이 일정하다는 사실은, 강선(4)에 대한 휨 응력(bending stress)이 제한되는 것을 가능하게 한다.

양쪽 단부들에서의 도관(1)의 단면의 확장은 도 4에 도시된 모양의 동조적인 변환(homothetic transformation)으로부터 초래될 수 있다. 변형(variant)은 도관 부분의 내부 부분을 바깥쪽으로 점진적으로 넓히는 것을 포함하여, 이 변형은 새들(5)의 외부 면을 따라 반경(r')의 원을 향하는 경향을 보인다. 다른 변형은, 도관(10)의 일정한 부분의 중심부의 일 측면에, 가장 작은 직경이 r'와 동일한 원 단면의 트럼펫 모양 확장(trumpet-shaped)을 제공한다. 이 경우, 확장은 도관(10)의 개구부(opening)에 위치된 기계화된 가이드 조각(machined guide piece)으로 간단히 실현될 수 있다.

도관들(10)의 중심부는 새들(5)의 매트릭스를 구성하는 재료,즉 충진 모르타르(filler mortar) 내에 주형되는 것(molded)에 의해 실현될 수 있다. 이 경우, 도관들(10)의 모양을 갖는 음각의 주형들(negative molds)은 휘어진 튜브(6) 내에 배치된다. 그들의 위치들 및 가로지르는 공간은 튜브(6) 내에 규칙적으로 비워진(regularly spaced) 가이드들(guides)에 의해 유지된다. 그러면 튜브(6)는 고-저항 모르타르(high-resistance mortar)와 같은 경화 가능한(hardenable) 재료로 채워진다. 그러면 주형의 기계적 파괴, 또는 용해(dissolution), 또는 수축(shrinkage) 중 어느 하나에 의해 주형되지 않음(unmolding)이 일어날 수 있다. 주형에 의한 새들의 이러한 현상은 공장(factory)에서 일어날 수 있다. 작업장에서, 새들은 타워로 들어올려지고(lifted) 미리 결정된 위치에 놓여진다. 타워가 완성되면, 스테이의 강선들(4)은 들어올려지고, 새들(5)을 통해 엮이며, 바닥판(1)에 고정된다.

상기 설명한 새들(5)의 이점 중 하나는, 이는 개별적으로 피복된 연결대들로 구성된 강선들(4)의 사용과 양립할 수 있다는 것이다. 이러한 강선(4)의 부분은, 도 5 및 도 6에서 연결대의 꼬여진 금속의 와이어들을 나타내는 도면 번호(16) 및 상기 와이어들을 둘러싸는 플라스틱의 피복을 나타내는 도면 번호(17)로 보여진다. 와이어들(16)은 일반적으로 아연 도금된 강(galvanized steel)을 포함하고, 피복(17)은 HDPE(high-density polyethylene)을 포함한다. 유연한 필 재료(flexible fill material)는 금속의 와이어들(16) 사이 및 와이어들(16)과 피복(17) 사이의 공간들을 채운다.

도 5 및 도 6에 도시된 피복된 연결대는 원형의 외부 부분을 갖는다. 그러면 도관들(10)의 지지 영역(11)은 피복된 연결대와 같은 반경(r)을 갖도록 설계된다. 실제로, 도관의 벽을 가압하는 피복(17)의 플라스틱 재료의 흐름이 허용 가능한 정도의 범위인 확장에 대하여, 지지 영역(11) 및 강선(4)의 외부 부분 사이에서 살짝 다른 반경을 가질 수 있다. 유사하게, 강선(4)의 외부 단면은 금속 연결대에 피복(17)의 압출(extrusion)을 따라, 정확히 원은 아니나 예를 들어 둥근 모서리를 갖는 육각형인 것이 가능하다. 이 경우, "강선의 외부 직경"은 강선의 단면이 내접될 수 있는 가장 작은 원의 직경으로 이해되어야 한다. "강선의 외부 직경"의 이 정의는 또한 피복되지 않은 금속 연결대에도 유효하다. 바람직하지는 않으나, 본 발명의 범위 내의 후자의 경우, 신장된 강선 및 도관의 지지 영역(11) 사이의 접촉은 접점들 없이 나선형 선들을 따른다.

상기 설명한 실시예들은 본 발명의 예시들이다. 다양한 변형들이 첨부된 청구항들에 기초한 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 전환 장치는 다른 스테이들보다 구조 케이블들에 사용될 수 있다.

Claims (16)

1. 도관들(10)에 의해 횡단된 몸체(7)를 포함하며,
   각 도관은 휘어진 경로(T)를 따라 강선들 중 하나를 안내하는 벽을 구비하고, 도관 벽은 경로의 만곡부의 내부 측면에 위치되고 강선을 지지하는 지지 영역(11)을 구비하고, 적어도 도관의 중심부 내에서 휘어진 경로를 가로지르는 지지 영역은 강선의 외부 직경의 절반과 동일한 반경(r)을 갖는 원호 모양의 단면을 나타내고, 도관의 중심부는 지지 영역 외부에 확장된 단면을 갖는,
   복수의 신장된 강선(4)을 구비한 구조 케이블(3)을 전환하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   지지 영역(11)의 단면의 원호 모양은 적어도 60°의 각 섹터(α) 이상으로 연장하는,
   복수의 신장된 강선(4)을 구비한 구조 케이블(3)을 전환하는 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   도관(10)의 중심부는, 지지 영역(11) 외부에서, 강선(4)의 외부 직경보다 더 큰 직경을 갖는 호 모양의 단면을 나타내는,
   복수의 신장된 강선(4)을 구비한 구조 케이블(3)을 전환하는 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   도관(10)의 단면은 강선(4)의 외부 직경보다 적어도 2mm 큰 직경을 갖는 원(C)을 포함하도록 설계된,
   복수의 신장된 강선(4)을 구비한 구조 케이블(3)을 전환하는 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   도관(10)의 단면은 중심부의 적어도 일 측면에서 바깥쪽으로 확장하는,
   복수의 신장된 강선(4)을 구비한 구조 케이블(3)을 전환하는 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   도관(10)의 단면의 바깥쪽 확장은, 경로(T)의 만곡부의 내부 측면에서, 도관의 중심부에 경로의 곡률 반경(R)보다 작은 반경(R')을 갖는 원형의 모선을 따르는,
   복수의 신장된 강선(4)을 구비한 구조 케이블(3)을 전환하는 장치.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   구조 케이블(3)을 수용하는 휘어진 튜브(6)를 더 포함하며, 몸체(7)는 휘어진 튜브 내에 내장된 도관들(10)을 구비하는,
   복수의 신장된 강선(4)을 구비한 구조 케이블(3)을 전환하는 장치.
8. 복수의 신장된 강선(4)을 구비한 적어도 하나의 구조 케이블(3);
   케이블의 선단들에서 강선들을 위한 앵커들(8); 및
   앵커들 사이에 적어도 하나의 케이블 전환 장치를 포함하며,
   케이블 전환 장치는 도관들(10)에 의해 횡단되는 몸체(7)를 포함하고,
   각 도관은 휘어진 경로(T)를 따르는 강선들 중 하나를 안내하는 벽을 구비하고,
   도관 벽은 경로의 만곡부의 내부 측면에 위치되고 강선을 지지하기 위한 지지 영역(11)을 구비하며, 적어도 도관의 중심부 내에서 휘어진 경로를 가로지르는 지지 영역은, 강선의 외부 직경의 절반과 동일한 반경(r)을 갖는 원호 모양의 단면을 나타내고, 도관의 중심부는 지지 영역 외부에 확장된 단면을 갖는, 건설 구조.
9. 제 8 항에 있어서,
   지지 영역(11)의 단면의 원호 모양은 적어도 60°의 각 섹터(α) 이상으로 연장하는 건설 구조.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    도관(10)의 중심부는 지지 영역(11) 외부에서, 강선(4)의 외부 직경보다 더 큰 직경을 갖는 호 모양의 단면을 나타내는 건설 구조.
11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    도관(10)의 단면은 강선(4)의 외부 직경보다 적어도 2mm 큰 직경을 갖는 원(C)을 포함하도록 설계된 건설 구조.
12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    도관(10)의 단면은 중심부의 적어도 일 측면에서 바깥쪽으로 확장하는 건설 구조.
13. 제 12 항에 있어서,
    도관(10)의 단면의 바깥쪽 확장은, 경로(T)의 만곡부의 내부 측면에서, 도관의 중심부에 경로의 곡률 반경(R)보다 작은 반경(R')을 갖는 원형의 모선을 따르는 건설 구조.
14. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    각각의 강선(4)은 금속의 와이어(16) 및 와이어 둘레에 플라스틱 재료의 피복(17)을 갖고,
    피복은 도관(10)의 벽의 지지 영역(11)에 대항하여 적용되는 건설 구조.
15. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    사장교 형태에서, 전환 장치(5)는 다리의 타워(2)에 설치되고, 앵커들(8)은 다리의 바닥판(1)에 설치되는 건설 구조.
16. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    전환 장치는 구조 케이블(3)을 수용하는 휘어진 튜브(6)를 더 포함하고, 몸체(7)는 휘어진 튜브 내에 내장된 도관들(10)을 구비하는 건설 구조.

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