KR20110093158A - 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 및 이의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 그 목적은 콘크리트와 강재를 혼용한 강합성 콘크리트 거더로 강재거더에 종래와 같은 프리플랙스 하중를 가하지 않고, 제작공정에서 강재거더의 하부 플랜지를 하면 거푸집으로 활용하여 하부 케이싱과 슬래브, 벽체를 일체화하여 일괄제작함으로 콘크리트 단면내 인장 또는 압축응력의 발생을 억제함으로서 거더의 저형고 및 장경간화를 가능하도록 하는 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 및 이의 제작방법을 제공함에 있다. 이는 일정간격 이격되어진 한쌍의 작업대 상면에 거더 제작과정에서의 처짐값에 대응되는 캠버(camber)를 형성시킨 I-형 강재를 거치시키는 단계; 상기 I-형 강재의 주위에 거더부와 슬래브부가 일체로 형성되도록 철근을 배근하고, 상기 I-형 강재의 하부플랜지를 하면거푸집으로 활용함과 아울러 상기 I-형 강재의 측면에 측면거푸집 및 전,후 거푸집을 설치하여 거푸집을 형성시키는 단계; 상기 거푸집 내부로 콘크리트를 타설하는 단계; 타설된 콘크리트를 일정시간 양생하는 단계; 를 포함하는 것이다.

Description

콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 및 이의 제작방법{Concrete forming load steel complex girder and this construction technique}

본 발명은 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 콘크리트와 강재를 혼용한 강합성 콘크리트 거더로 강재거더에 종래와 같은 프리플랙스 하중를 가하지 않고, 제작공정에서 강재거더의 하부 플랜지를 하면 거푸집으로 활용하여 하부 케이싱과 슬래브, 벽체를 일체화하여 일괄제작함으로 콘크리트 단면내 인장 또는 압축응력의 발생을 억제함으로서 거더의 저형고 및 장경간화를 가능하도록 하는 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 및 이의 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로, 강합성 거더는, 강재(Steel)와 콘크리트를 조합해서 거더를 형성하고, 이를 교각 또는 교대의 양단 사이로 단순하게 걸쳐서 교량을 형성하는 것으로, PSC 빔과 PF 빔 등 다양한 종래의 거더가 알려져 있다.

도 1a 내지 도 1e는 종래에 따른 프리플렉스 합성형 거더의 제작 공정을 나타낸 도면이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 소정의 솟음량(x)을 갖도록 제작된 I-강재(10)의 양단부(10a,10b)를 단순 지지 상태로 거치시킨 다음, 도 1b에 도시된 바와 같이 I-강재(10)를 아래로 휘어지게 하는 연직 하중(Pf, 이를 통상 프리플렉션 하중이라고 함)을 가한다.

그리고 나서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 연직 하중을 제거하지 않은 상태에서 인장 응력을 받는 I-강재(10)의 아래 플랜지 둘레에 철근(미도시) 및 거푸집(30)을 설치하고 거푸집(30)의 내부에 콘크리트(40, '케이싱 콘크리트'라고도 함)를 타설하여 양생한다.

이때, 거푸집(30)의 저면에는 콘크리트(40)의 자중을 지지하도록 일정한 간격을 두고 동바리가 설치된다.

따라서, 타설된 콘크리트(40)의 자중은 거푸집(30)의 저면에 설치된 동바리를을 통하여 모두 지반에 전달되므로, 동바리를 제거하지 않는 한, 강재(10)나 콘크리트(40)에는 콘크리트(40)의 자중에 의하여 어떠한 응력도 발생되지 않는다.

타설된 콘크리트(40)가 견고하게 굳어 소정의 압축 강도를 발현한 이후에, 프리플렉션 하중을 제거하기 위하여, 도 1d에 도시된 바와 같이, 콘크리트(40)를 둘러싼 거푸집(30)과 이를 지지하는 동바리를 제거한다.

따라서, 거푸집(30)과 지면 사이에 설치되어 동바리가 부담하고 있던 콘크리트(40)의 자중은 I-강재(10)와 콘크리트(40)가 합성된 합성거더(60)(이를 통상 프리플렉스 합성빔이라 함.)가 부담하게 된다.

이로 인하여, I-강재(10)의 하부 플랜지 둘레에 타설된 케이싱 콘크리트(40)에는 인장 응력이 발생된다.

그리고 나서, 도 1e에 도시된 바와 같이, 자중 및 활하중에 의하여 발생되는 인장 응력에 대응하는 압축 응력을 상기한 콘크리트(40)에 미리 도입하기 위하여, 프리플렉션 하중을 제거(이를 통상 릴리즈라고 함)하여 프리플렉스 빔의 제작을 완료한다.

그러나, 종래의 프리플렉스 합성형 거더는 프리플렉션 하중(Pf)을 재하한 후 릴리스 시킴으로서 콘크리트 단면에 압축력을 도입시키게 되는데, 이때 프리플렉스 하중을 I-형 강재에 도입시키기 위하여 종래에는 하중 재하장치 등의 고가의 제작장치가 필요하여 공사비의 증가를 초래함을 물론 제작 소요시간도 증가시키는 문제점이 있다.

또한, I-형 강재의 하부에 별도의 거푸집이 필요하여 시공성 및 경제성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 콘크리트와 강재를 혼용한 강합성 콘크리트 거더로 강재거더에 종래와 같은 프리플랙스 하중를 가하지 않고, 제작공정에서 강재거더의 하부 플랜지를 하면 거푸집으로 활용하여 하부 케이싱과 슬래브, 벽체를 일체화하여 일괄제작함으로 콘크리트 단면내 인장 또는 압축응력의 발생을 억제함으로서 거더의 저형고 및 장경간화를 가능하도록 하는 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 및 이의 제작방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 강합성 콘크리트 거더를 제작함에 있어 공중작업 최소화 등 구조적 성능개선, 시공성, 경제성 및 안정성 등을 극대화 하기 위하여 강재거더의 하부 플랜지를 하부거푸집으로 활용하도록 하도록 함과 아울러 측면 거푸집에 의해 거더부와 슬래브부를 일체로 콘크리트 타설하도록 하는 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 및 이의 제작방법을 제공함에 있다.

본 발명을 달성하기 위한 기술적 사상으로 본 발명의 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법은, 일정간격 이격되어진 한쌍의 작업대 상면에 거더 제작과정에서의 처짐값에 대응되는 캠버(camber)를 형성시킨 I-형 강재를 거치시키는 단계; 상기 I-형 강재의 주위에 거더부와 슬래브부가 일체로 형성되도록 철근을 배근하고, 상기 I-형 강재의 하부플랜지를 하면거푸집으로 활용함과 아울러 상기 I-형 강재의 측면에 측면거푸집 및 전,후 거푸집을 설치하여 거푸집을 형성시키는 단계; 상기 거푸집 내부로 콘크리트를 타설하는 단계; 타설된 콘크리트를 일정시간 양생하는 단계; 를 포함하는 것이다.

또한, 상기 거푸집을 형성시키는 단계에서, 상기 측면거푸집의 상, 하측에 각각 전단연결재를 설치하도록 하는 것이다.

또한, 상기 콘크리트를 타설하는 단계에서 상기 슬래브부는 일부만 타설되고, 나머지는 현장타설로 이루어지는 것이다.

본 발명의 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더는 상기의 제작방법에 의해 제작되는 것이다.

본 발명에 따른 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 및 이의 제작방법은 콘크리트와 강재를 혼용한 강합성 콘크리트 거더로 강재거더에 외부하중을 가하지 않고 각각의 재료적 장점을 효율적으로 활용함으로서, 거더의 저형고 및 장경간화를 가능하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 및 이의 제작방법은 강재거더의 하부거푸집 활용, 콘크리트 일괄타설 및 거더와 슬래브의 일체화로 인한 공중작업 최소화 등 구조적 성능개선, 시공성, 경제성, 안정성 등을 극대화 할 수 있다.

도 1a 내지 도 1e는 종래에 따른 프리플렉스 합성형 거더의 제작 공정을 나나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더를 나타낸 요부사시도.
도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더를 제작하기 위한 거푸집 등을 나타낸 요부사시도.
도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법에서 I-형 강재를 거치시킨 상태를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법에서 철근조립 및 측면거푸집 설치단계를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법에서 콘크리트를 타설하는 단계를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법에서 콘크리트를 양생 및 측면거푸집 제거단계를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더가 교량에 가설되는 상태를 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더를 나타낸 요부사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더를 제작하기 위한 거푸집 등을 나타낸 요부사시도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더는 I-형 강재(100)의 외부에 거더부(200)와 슬래브부(210)가 일체로 콘트리트 타설되는 것이며, I-형 강재(100)는 상부 플랜지(110), 복부(120) 및 하부 플랜지(130)로 이루어진 강재 거더(Steel Girder)이다.

즉, 본 발명의 I-형 강재(100)를 작업대(300)의 상면에 거치시킨 상태에서 I-형 강재(100)의 하부 플랜지(130)가 하부 거푸집 역할을 하게 되고, 측면 거푸집(400) 및 전,후면 거푸집(미도시)을 고정한 상태에서 상부에서 콘크리트를 타설하여 제작되는 것이다.

여기에서 슬래브부(210)는 현장에서 종, 횡방향의 구배를 형성하기 위해 일부만 타설되도록 하는 것이 바람직하며, 도 2의 부호 220은 현장타설 슬래브부인 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법에서 I-형 강재를 거치시킨 상태를 나타낸 도면이다.

제1단계: I-형 강재 거치단계

도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법은 먼저, 일정간격 이격되어진 한쌍의 작업대(300)의 상면에 I-형 강재(100)를 거치시키는 단계이다.

상기 I-형 강재(100)는 소정의 길이에 의해 분절된 강재를 제작장의 반입 한 후 필요에 따라 용접하여 일정길이의 형성한 후 이를 작업대(300)의 상면에 거치시키게 된다.

이때 상기 I-형 강재(100)는 후술하는 공정에서 거푸집 및 철근 콘트리트의 타설 하중을 지지하는 하부 거푸집 역할을 수행하므로 작업대(300)에 거치시키기 전에 처짐값에 대응되는 캠버(camber)를 형성시키도록 하는 것이다.

또한, 작업대(300)에 거치된 I-형 강재I-형는 자중에 의해 단면력이 발생되는 상태이다.

또한, 상기 작업대(300)는 받침대(310)와 상기 받침대(310)의 상면에 힌지(320)가 형성되는 구조이며, 상기 힌지(320)의 형태로 제작되어 타설하중에 의한 강재의 변형에 지지점이 대응할 수 있게 제작되는 것이다.

제2단계: 철근조립 및 측면거푸집 설치단계

도 5는 본 발명의 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법에서 철근조립 및 측면거푸집 설치단계를 나타낸 도면이다.

도 5를 참고하면, 제1단계에서 작업대(300)에 거치된 I-형 강재(100)의 주위에 거더부(200)와 슬래브부(210)가 일체로 형성되도록 철근을 배근하고, 상기 I-형 강재의 하부 플랜지(130)를 하면거푸집으로 활용함과 아울러 상기 I-형 강재(100)의 측면에 측면 거푸집(400) 및 전,후 거푸집(미도시)을 설치하여 거푸집을 형성시키는 단계이다.

이 단계에서는 측면 거푸집(400) 및 철근은 I-형 강재(100)에 자중을 실을 수 있도록 설계되며, 이에 따라 I-형 강재(100)에 추가처짐이 발생하게 됨과 아울러 단면력이 추가로 발생하게 된다.(참고로, 철근은 도면의 복잡화를 방지하기 위해 도시를 생략하였음)

또한, 상기 측면 거푸집(400)을 I-형 강재(100)에 고정시키기 위해서는 상기 측면 거푸집(400)의 상, 하측에 각각 전단연결재(410)를 설치하도록 하여 거푸집 내부에 충진되는 콘크리트의 압력에 대응하게 된다.

특히, 측면거푸집의 상측에 설치되는 전단연결재는 강재의 상부플랜지에 고정되어 콘크리트 타설하중이 가해진 상태에서의 강재변형에 대응함으로 거더의 형상을 유지하게 되는 것이다.

즉, 본 발명은 I-형 강재(100)의 하부플랜지가 하부거푸집의 대용으로 사용되고, 측면 거푸집(400) 및 전,후면 거푸집에 의해 거푸집이 완성된 상태에서 상부에서 콘크리트를 충진하게 됨으로서, 시공성 및 경제성이 향상되는 것이다.

제3단계: 콘크리트 타설단계

도 6은 본 발명의 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법에서 콘크리트를 타설하는 단계를 나타낸 도면이다.

도 6을 참고하면, 상기 거푸집 내부로 콘크리트를 타설하게 되는데, 이때 거더부(200)와 슬래브부(210)가 일괄 타설되며, 상기 슬래브부(210)는 일부만 타설되고, 나머지는 현장타설로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

이는 교각에 거더를 가설 후에 종, 횡방향 구배를 조정하기 위하여 슬래브의 현장 타설분량을 남겨두게 되는 것이다.

제4단계: 콘크리트 양생 및 측면 거푸집 제거단계

도 7은 본 발명의 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법에서 콘크리트를 양생 및 측면거푸집 제거단계를 나타낸 도면이다.

도 7을 참고하면, 콘크리트의 타설이 완료한 후 약 49시간을 스팀양생을 실시하게 되고, 이는 긴장력 도입을 위함이 아닌 거푸집 해체에 소요되는 최소강도를 유지하기 위한 것이다.

또한, I-형 강재(100)는 지속적으로 콘크리트 하중을 지지하므로 제작시 처짐과 단면력 산정에 반영되어야 하며 콘크리트는 단순지지보 상태에서 I-형 강재에 지지되며 타설됨으로, 단면력이 발생하지 않게 된다.

또한, 완선된 거더의 모든 제작공정이 지상에 설치된 작업대에서 단순지지보 상태로 제작되므로 종래의 공중 제작공정이 지상작업으로 이루어지고, 단순지지보 상태로 제작됨으로 장기간 적치가 가능하며, 적치기간에 따라 콘크리트의 크리프, 건조수축에 의한 긴장력의 손실을 최소화할 수 있게 된다.

도 8은 본 발명에 따른 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더가 교량에 가설되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더를 크레인(미도시)을 이용하여 교각(500)에 상면에 복수개 거치시키게 되며, 본 발명의 강합성 거더는 슬래브가 일부 형성된 상태이며, 추가적으로 종, 횡방향 구배, 약 2.0%를 조정하여 현장타설 슬래브부(220)를 콘크리트로 타설하게 된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명한 것이나, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게는 다양한 변형 및 다른 실시예가 가능하다는 점이 이해될 것이다.

100: I-형 강재 110: 상부 플랜지
120: 복부 130: 하부 플랜지
200: 거더부 210: 슬래브부
220: 현장타설 슬래브부 300: 작업대
310: 받침대 320: 힌지
400: 측면거푸집 410: 전단연결재

Claims (4)

1. 일정간격 이격되어진 한쌍의 작업대 상면에 거더 제작과정에서의 처짐값에 대응되는 캠버( camber )를 형성시킨 I-형 강재를 거치시키는 단계;
   상기 I-형 강재의 주위에 거더부와 슬래브부가 일체로 형성되도록 철근을 배근하고, 상기 I-형 강재의 하부플랜지를 하면거푸집으로 활용함과 아울러 상기 I-형 강재의 측면에 측면거푸집 및 전,후 거푸집을 설치하여 거푸집을 형성시키는 단계;
   상기 거푸집 내부로 콘크리트를 타설하는 단계;
   타설된 콘크리트를 일정시간 양생하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 거푸집을 형성시키는 단계에서, 상기 측면거푸집의 상, 하측에 각각 전단연결재를 설치하도록 하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 콘크리트를 타설하는 단계에서 상기 슬래브부는 일부만 타설되고, 나머지는 현장타설로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더 제작방법.
4. 제1항 내지 제4항의 제작방법으로 제작된 콘크리트 타설하중을 활용한 강합성 거더.

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