중앙 트러스부와 양단 콘크리트부의 일체 결합구조를 가지는 합성형 거더와 그 시공방법, 및 이에 사용되는 단부결합판{Composite Girder with Steel Truss Part and Prestressed Concrete Parts, Manufacturing Method of such Composite Girder, and End Plate for such Composite Girder}

본 발명은 중앙 트러스부와 양단 콘크리트부의 일체 결합구조를 가지는 합성형 거더 및 그 시공방법, 그리고 이에 사용되는 단부결합판에 관한 것으로서, 구체적으로 강재로 이루어진 트러스(truss)부가 경간의 중앙에 존재하고 길이방향의 양측에는 각각 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 부재로 이루어진 콘크리트부가 일체로 결합된 구조를 가지고 있어서 경량의 장경간을 이룰 수 있는 새로운 구조의 합성형 거더와, 이러한 합성형 거더를 제작하는 시공방법, 그리고 합성형 거더에서 콘크리트부와 트러스부의 일체화를 위하여 사용되는 단부결합판에 관한 것이다.

장대 교량 등의 수요에 맞추어서 하나의 거더로 이루어진 경간을 증대시키기 위한 방안으로서 강재와 콘크리트 부재를 합성한 합성형 거더가 제시되고 있다. 이러한 합성형 거더의 일예로서 대한민국 등록특허 제10-0623996호에는 거더의 복부가 강재 트러스로 구성되어 있되 거더의 양단부에서는 강재 트러스를 현장 타설 콘크리트로 제작된 지점 콘크리트부에 매립시킨 구성을 가지는 거더가 개시되어 있다.

그런데 이러한 종래 기술의 경우, 거더의 양단부에서는 강재 트러스가 지점 콘크리트부에 매립되어 사장(死藏)되므로 불필요한 자재의 낭비가 발생한다는 문제점이 있다. 또한 양단부에 형성되는 지점 콘크리트부는, 강재 트러스가 매립되도록 하기 위해서는 반드시 현장 타설 콘크리트에 의해 제작되어야 하며, 따라서 현장 제작에 따르는 제작상의 번거로움과 비용 증가 등의 단점을 가지고 있다. 특히, 강재 트러스와 양단부의 지점 콘크리트부가 모두 제작되어 거더의 종방향 전체 길이가 모두 완성된 상태에서 거더를 인양해야 하므로, 거더를 인양하기 위해서는 큰 인상 용량의 크레인 장비 등이 필요하며, 따라서 인양 비용의 증가 및 어려움 발생은 물론이고 인양할 수 있는 중량의 한계로 인하여, 거더의 장대화에도 한계가 존재할 수 밖에 없다.

더 나아가 상기한 종래 기술의 경우, 거더의 길이가 증가되면 지점 콘크리트부의 높이 역시 증가되므로, 이러한 거더를 이용하여 교량을 시공하였을 때, 필요한 형하공간의 확보가 어렵게 되는 문제점도 가지고 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 공장에서 제작한 후 현장에서 용이하게 조립 결합하여 전체 거더를 형성할 수 있으면서도, 각각의 조립되는 부재의 중량을 경감하여, 운송 및 인양 등에 있어서 불편함을 제거하고 비용을 줄일 수 있도록 하며, 서로 결합되는 부재 간의 견고한 결합을 유지할 수 있고, 무의미하게 사장되는 부분이 없도록 하여 경제성을 향상시킬 수 있으며, 강성을 증대시키고 경량화를 도모하여 장경간을 가질 수 있도록 하면서도, 미관의 개선 및 교량의 형하공간 확보에 유리한 합성형 거더와, 이를 제작하기 위한 방법, 그리고 이 때 사용되는 단부결합판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 상현재, 사재로 이루어진 트러스 복부 및 하현재로 이루어져 종방향으로 경간의 중앙에 위치하는 트러스부와, 공장에서 사전 제작되어 트러스부의 종방향 양단에 각각 결합되는 프리캐스트 콘크리트부로 구성되며; 트러스부와 결합되는 프리캐스트 콘크리트부의 결합단부면에는, 상부결합부와 하부결합부를 포함하는 단부결합판이 일체로 구비되어 있으며; 상현재는 상부결합부에 일체 결합되고, 하현재는 하부결합부에 일체 결합되어, 트러스부의 양단에 각각 프리캐스트 콘크리트부가 일체 결합되며; 트러스부의 양단에 각각 프리캐스트 콘크리트부가 결합된 상태에서 일측 프리캐스트 콘크리트부에서 연속 긴장재가 삽입되어 트러스부의 하현재에 결합한 상태로 종방향으로 계속 진출되어 긴장된 상태로 타측 프리캐스트 콘크리트부의 외측단에 정착됨으로써 트러스부와 프리캐스트 콘크리트부가 일체로 연결된 상태에서 종방향으로 긴장력이 도입된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 합성형 거더가 제공된다.

위와 같은 본 발명의 합성형 거더에 있어서, 하현재에는 긴장재가 정착되는 정착부재가 일체로 구비되어 있고; 단부결합판의 하부결합부 정면에는 돌출결합재가 일체로 돌출 구비되어 있으며; 하현재는 돌출결합재와 일체 결합되고, 프리캐스트 콘크리트부에 종방향으로 인장결속 긴장재가 관통 배치되어 그 타단은 프리캐스트 콘크리트부의 외측 단부에 정착되고 그 진출단은 긴장된 상태로 하현재의 정착부재에 정착되는 구성을 가질 수도 있다.

한편, 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 상기한 구성의 합성형 거더를 제작하는 방법이 제공된다.

더 나아가 본 발명에서는 위와 같은 합성형 거더의 제작에 사용되는 단부결합판으로서, 상현재, 사재로 이루어진 트러스 복부 및 하현재로 이루어져 종방향으로 경간의 중앙에 위치하는 트러스부와; 상부 플랜지, 복부 및 하부 플랜지를 가지는 단면 형상을 가지도록 공장에서 사전 제작되어 트러스부의 종방향 양단에 각각 결합되는 프리캐스트 콘크리트부로 구성된 합성형 거더에서 프리캐스트 콘크리트부와 트러스부의 일체화를 위하여 사용되며; 프리캐스트 콘크리트부의 상부 플랜지를 덮으며 트러스부의 상현재가 결합되는 상부결합부와; 프리캐스트 콘크리트부의 하부 플랜지를 덮으며 트러스부의 하현재가 결합되는 하부결합부를 포함하며; 상기 하부결합부의 배면에는, 프리캐스트 콘크리트부의 제작시부터 프리캐스트 콘크리트부에 매립될 슬리브 부재가 프리캐스트 콘크리트부를 향하여 돌출된 상태로 일체로 구비되어 있으며; 상기 하부결합부의 전면에는, 트러스부의 하현재와 결합될 돌출결합재가 일체로 돌출 구비되어 있고; 프리캐스트 콘크리트부의 제작시부터 프리캐스트 콘크리트부의 결합단부면에 상기 상부결합부와 상기 하부결합부가 밀착하여 일체화된 상태로 프리캐스트 콘크리트부의 결합단부면에 일체로 구비되고; 트러스부의 상현재는 상부결합부에 일체로 결합되고, 트러스부의 하현재는 돌출결합재와 일체로 결합되어, 프리캐스트 콘크리트부와 트러스부가 일체로 결합되어 합성형 거더를 형성하게 만드는 것을 특징으로 하는 단부결합판이 제공된다.

본 발명에 따른 합성형 거더는, 트러스부와 프리캐스트 콘크리트부로 이루어진 분절형태이므로, 각 부분을 별도로 제작하여 이송한 후 현장에서 일체 조립할 수 있으며, 따라서 교량 등의 시공에 이용될 때, 그 규모를 필요에 맞게 크게 할 수 있다는 장점이 있으며, 더 나아가 경량의 트러스부를 이용하므로 거더 전체의 자중 감소, 그에 따른 경간장 증대 가능 등의 장점을 가질 뿐만 아니라, 트러스의 개방 구조를 통해서 풍하중의 영향 최소화, 공용중의 점검 관리 용이성, 미관 향상 등의 효과도 가지게 된다.

또한 본 발명의 합성형 거더에서는 프리캐스트 콘크리트부와 트러스부에 걸쳐 종방향으로 연속 긴장재가 긴장 배치되어 합성형 거더 전체에 종방향으로 긴장력이 도입되므로 합성형 거더의 강성이 크게 증가되는 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에서는 트러스부와 프리캐스트 콘크리트부를 결합함에 있어서, 인장결속 긴장재에 의한 긴장력을 이용하고 있으므로, 트러스부와 프리캐스트 콘크리트부의 분리 현상을 효과적으로 방지하게 되며, 따라서 트러스부와 프리캐스트 콘크리트부가 일체로 결합된 상태를 견고하게 유지할 수 있다는 효과가 발휘된다.

또한 본 발명에서는 무의미하게 사장되는 부분이 없으므로, 종래의 기술에 비하여 경제성이 향상되며, 장경간을 구현할 때에도 종래 기술에 비하여 거더의 높이를 과도하게 증대시킬 필요가 없으므로 교량의 형하공간 감식 등의 문제점도 해결할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 본 발명에 따른 합성형 거더를 횡방향에서 바라본 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 합성형 거더의 트러스부를 종방향 일측 단부가 보이도록 도시한 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 합성형 거더에서 트러스부의 양단에 각각 일체로 결합되는 프리캐스트 콘크리트부에 대한 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 프리캐스트 콘크리트부를 제작할 때 트러스부 방향의 결합단부면에 장착되는 단부결합판의 개략적인 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 도 3에 도시된 프리캐스트 콘크리트부와 트러스부가 결합된 부분을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5c는 도 5a에 도시된 프리캐스트 콘크리트부와 트러스부가 결합된 부분의 개략적인 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 합성형 거더에서 하현재와 돌출결합재를 일체로 결합하기 전의 상태를 보여주는 개략적인 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 합성형 거더에서 하현재와 돌출결합재를 일체로 결합한 후의 상태를 보여주는 개략적인 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 합성형 거더의 또다른 실시예로서 수평한 판부재로 이루어진 하현재를 구비한 트러스부의 종방향 일측을 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 도 8에 도시된 형태의 하현재를 구비한 트러스부가 프리캐스트 콘크리트부와 결합된 상태를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 9c는 도 9a에 도시된 실시예에 따른 트러스부가 프리캐스트 콘크리트부와 결합된 상태를 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 합성형 거더의 트러스부를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 사시도이다.
도 11은 하현재가 두 개의 강관으로 이루어진 본 발명의 다른 실시예에 따른 합성형 거더의 트러스부를 보여주는 도 10에 대응되는 개략적인 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1에는 본 발명에 따른 합성형 거더(100)를 횡방향(거더의 길이방향에 대해 직각 방향)에서 바라본 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 합성형 거더(100)는, 길이방향(종방향)으로 중앙에 위치하는 트러스부(1)와, 상기 트러스부(1)의 종방향 양단에 각각 조립 결합되는 프리캐스트 콘크리트부(2)로 구성되어 있다. 즉, 본 발명의 합성형 거더(100)는, 중앙에 위치하는 강재의 트러스부(1)와, 프리캐스트 방식으로 사전 제작되어 상기 트러스부(1)의 종방향 양단에 위치하게 되는 2개의 프리캐스트 콘크리트부(2)의 3개의 부분으로 분절되어 있으며, 이렇게 분절된 트러스부(1)와 2개의 프리캐스트 콘크리트부(2)가 일체로 조립 결합되고 종방향으로 프리스트레스가 도입되어 하나의 합성형 거더(100)를 이루게 되는 구성을 가진다.

이와 같이, 본 발명의 합성형 거더(100)는 지간의 중앙부가 상대적으로 경량인 트러스부(1)로 구성되어 있으므로, 거더 전체의 자중을 감소시킬 수 있고, 그에 따라 거더의 경간장을 증대시킬 수 있어서, 장대 교량의 시공 등에 매우 유용하게 사용할 수 있게 된다. 또한 중앙에 위치하는 트러스부(1)는 횡방향에서 볼 때 개방된 형태가 되므로 풍하중의 영향을 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공용중의 점검 및 관리에 유리하며, 더 나아가 미관이 우수하므로 아름다운 디자인의 교량 시공에 매우 유용하게 사용될 수 있게 되는 장점이 있다.

도 2는 트러스부(1)를 종방향 일측 단부가 보이도록 도시한 개략적인 사시도인데, 트러스부(1)는, 상현재(11)와, 상기 상현재(11)의 하면에 결합되어 있는 강재의 사재(斜材)로 이루어진 트러스 복부(12)와, 상기 트러스 복부(12)의 하부에 결합되어 있는 하현재(13)로 이루어져 종방향으로 길게 연장되어 있다. 상기 상현재(11)는 수평한 판부재로 이루어질 수 있는데, 상현재(11)의 상면에는 교량의 바닥판 콘크리트와의 일체화를 위하여 전단연결재(110)가 구비될 수 있다.

도 2에 예시된 실시예의 경우, 상기 하현재(13)가 원형 강관으로 이루어져 있는데, 후술하는 것처럼 본 발명에서 상기 하현재(13)는 상현재(11)와 마찬가지로 수평한 판부재 또는 박스형 강재 등 다양한 형태의 부재로 이루어질 수 있다. 본 발명에서 하현재(13)에는, 후술하는 인장결속 긴장재(7)의 단부가 긴장 정착되는 정착부재(130)가 일체로 구비되어 있다.

도 3은 트러스부(1)의 양단에 각각 일체로 결합되는 프리캐스트 콘크리트부(2) 중의 하나를 보여주는 개략적인 사시도이다. 도면에 도시된 것처럼, 프리캐스트 콘크리트부(2)는 공장에서 프리캐스트 방식으로 사전 제작되는 프리캐스트 콘크리트 부재로 이루어진 것으로서, 트러스부(1)와 결합되는 결합단부면은 트러스부(1)의 종방향 단면 형상에 대응되도록, 상부 플랜지(21)와 복부(22), 그리고 하부 플랜지(23)를 가지는 단면 형상을 가진다.

앞서 언급한 것처럼, 한 쌍의 프리캐스트 콘크리트부(2)는 각각 트러스부(1)의 종방향 양단에 일체로 결합된다. 강재로 이루어진 트러스부(1)와 콘크리트로 제작된 2개의 프리캐스트 콘크리트부(2)의 분절 형태로 이루어진 본 발명의 합성형 거더(100)에 있어서는 트러스부(1)와 프리캐스트 콘크리트부(2)의 견고한 일체화가 매우 중요하다. 이를 위하여 본 발명에서는 아래와 같은 구성을 가지고 있다.

구체적으로 프리캐스트 콘크리트부(2)에서 트러스부(1)와 결합되는 결합단부면에는, 단부결합판(3)이 일체로 구비되어 있다. 도 4는 도 3에 도시된 프리캐스트 콘크리트부(2)를 제작할 때 트러스부(1) 방향의 결합단부면에 장착되는 단부결합판(3)의 개략적인 사시도인데, 상기 단부결합판(3)은 강재 판부재로 이루어지며, 배면으로는 프리캐스트 콘크리트부(2)의 상부 플랜지(21)에 일체로 밀착되며 전면으로는 트러스부(1)의 상현재(11)가 일체로 결합되는 상부결합부(31)와, 배면으로는 프리캐스트 콘크리트부(2)의 하부 플랜지(23)에 일체로 밀착되며 전면으로는 트러스부(1)의 하현재(13)가 일체로 결합되는 하부결합부(33)를 포함하여 구성된다. 상기 상부결합부(31)와 상기 하부결합부(33)를 하나의 부재로 만들기 위하여 상기 상부결합부(31)와 상기 하부결합부(33) 사이에 연결부(32)가 존재할 수 있다. 상기 연결부(32)의 배면은 프리캐스트 콘크리트부(2)의 복부(22)를 덮게 되는데, 이와 같이 상부결합부(31)와 하부결합부(33) 사이에 연결부(32)가 존재하게 되면 도면에 예시된 것처럼 단부결합판(3)은 프리캐스트 콘크리트(2)의 결합단부면 형상에 맞추어서 영문자 I자 형상의 판으로 이루어질 수 있다. 이러한 단부결합판(3)은 프리캐스트 콘크리트부(2)를 제작할 때부터 프리캐스트 콘크리트부(2)의 결합단부면에 일체로 구비되는데, 이를 위하여 단부결합판(3)의 배면 즉, 프리캐스트 콘크리트부(2)에 접촉하는 면에는 프리캐스트 콘크리트부(2)에 매립되는 매립결속재(34)가 돌출되어 구비될 수 있다.

상기 단부결합판(3)의 하부결합부(33)에서 그 배면에는, 연속 긴장재(6)가 관통된 상태로 배치될 수 있는 슬리브(sleeve) 부재(35)가 프리캐스트 콘크리트부(2)를 향하여 돌출된 상태로 일체로 구비되어 있다. 이러한 슬리브 부재(35)는 프리캐스트 콘크리트부(2)를 제작할 때부터 프리캐스트 콘크리트부(2)의 내부에 매립된다.

한편, 상기 단부결합판(3)의 하부결합부(33)에는 트러스부(1)의 하현재(13)가 일체로 결합되는데, 상기 하현재(13)가 직접 하부결합부(33)에 용접 등의 방법에 의해 일체로 결합될 수도 있지만, 후술하는 돌출결합재(36)에 의해 하현재(13)가 하부결합부(33)와 일체 결합될 수도 있다. 돌출결합재(36)에 대해 좀더 상세히 살펴보면, 상기 돌출결합재(36)는 트러스부(1)의 하현재(13)와 일체로 결합되는 부재로서, 상기 단부결합판(3)의 하부결합부(33) 전면 즉, 하부결합부(33)에서 트러스부(1)를 향하게 되는 방향으로의 전면에 돌출된 형태로 하부결합부(33)에 일체로 구비된다. 도 2에 도시된 실시예에서는 트러스부(1)의 하현재(13)가 원형 강관으로 이루어져 있으므로, 이에 맞추어 도 4에 도시된 단부결합판(3)에서는 상기 돌출결합재(36)도 원형 강관의 형태로 이루어져 있다. 이러한 원형 강관으로 이루어진 돌출결합재(36)와 하현재(13) 간의 특별한 결합 구조에 대해서는 후술한다.

한편, 도면에 예시된 것처럼 단부결합판(3)의 하부결합부(33)가 하부 플랜지(23)의 결합단부면을 덮는 경우에는, 프리캐스트 콘크리트부(2)에 종방향으로 배치되는 인장결속 긴장재(7)가 관통할 수 있는 관통공(38)이 상기 하부결합부(33)에 형성된다.

도 5a 및 도 5b는 각각 도 3에 도시된 구성의 결합단부면을 가지는 프리캐스트 콘크리트부(2)와 트러스부(1)가 결합된 부분을 바라보는 방향을 달리하여 도시한 개략적인 사시도이고, 도 5c는 도 5a에 도시된 프리캐스트 콘크리트부(2)와 트러스부(1)가 결합된 부분의 개략적인 측면도이다. 앞서 설명한 것처럼 단부결합판(3)이 결합단부면에 일체로 구비되도록 프리캐스트 콘크리트부(2)가 제작된 상태에서 트러스부(1)의 일단이 상기 단부결합판(3)에 결합된다. 구체적으로 트러스부(1)의 상현재(11)는 단부결합판(3)의 상부결합부(31)에 결합되는데, 결합방법으로는 용접 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다.

트러스부(1)의 하현재(13)는 단부결합판(3)의 하부결합부(33)에 결합되는데, 도면에 예시된 것처럼, 하현재(13)가 원형 강관으로 이루어진 경우 하부결합부(33)에 구비된 원형 강관의 돌출결합재(36)와 일체로 결합된다. 도 6 및 도 7에는 각각 원형 강관으로 이루어진 하현재(13)와 돌출결합재(36)를 일체로 결합하는 방식의 일예가 도시되어 있는데, 도 6은 결합하기 전의 상태이며, 도 7은 결합한 후의 상태이다. 편의상 도 6 및 도 7에서는 다른 부분의 도시는 생략하고 원형 강관으로 이루어진 하현재(13)와 돌출결합재(36)만을 도시하였다. 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 돌출결합재(36)에 길이 방향으로 연장된 절취부(360)를 복수개로 형성하고, 각각의 절취부(360)에 인접하여 결합편(361)을 돌출결합재(36)의 횡측면에 돌출 구비하도록 한다. 이에 대응하여 하현재(13)에는 상기 절취부(360)에 위치에 맞추어서 끼움편(131)을 강관의 측면에 돌출 구비한다. 상기 끼움편(131)이 절취부(360)로 끼워지도록 하현재(13)를 돌출결합재(36)의 내부에 삽입하여 끼움편(131)과 결합편(361)이 포개지도록 만든 상태에서, 끼움편(131)과 결합편(361)을 용접이나 볼트 등을 이용하여 일체로 결합함으로서, 원형 강관으로 이루어진 하현재(13)와 돌출결합재(36)를 견고하게 일체로 결합할 수 있다. 이러한 결합 구성에 의하면, 원형 강관으로 이루어진 하현재(13)와 돌출결합재(36)를 간편하면서도 견고하게 일체화시킬 수 있게 되지만, 하현재(13)와 돌출결합재(36)의 결합 방식은 이에 한정되지 아니하며 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 상기한 절취부와 결합편을 하현재에 설치하고, 돌출결합재에는 끼움편을 설치하여, 돌출결합재(36)를 하현재(13)의 내부에 삽입하여 끼움편(131)과 결합편(361)이 포개지도록 만든 상태에서 끼움편(131)과 결합편(361)을 일체로 결합하는 방식을 이용할 수도 있으며, 기타 다양한 방법을 이용할 수도 있는 것이다.

위에서 예시한 방식을 이용하여 트러스부(1)의 양단에서 프리캐스트 콘크리트부(2)와 트러스부(1)를 결합한 후에는 일측 프리캐스트 콘크리트부(2)에서부터 연속 긴장재(6)를 프리캐스트 콘크리트부(2)에 관통 삽입하여, 상기 슬리브 부재(35)로 삽입한다. 슬리브 부재(35)의 내부로 삽입된 상기 연속 긴장재(6)는, 트러스부(1)의 하현재(13)에 결합한 상태로 종방향으로 계속 진출되어 타측의 프리캐스트 콘크리트부(2)를 통과하도록 배치되며, 최종적으로 상기 연속 긴장재(6)는 긴장된 상태로 그 양단이 각각 프리캐스트 콘크리트부(2)에 정착된다. 이 때, 앞서 살펴본 실시예와 같이, 상기 하현재(13)가 강관으로 구성되는 경우, 프리캐스트 콘크리트부(2)를 관통하여 슬리브 부재(35)를 지나온 연속 긴장재(6)는, 하현재(13)의 강관 내부를 관통하여 지나갈 수 있다.

본 발명에서는 이와 같이 트러스부(1)의 양단에 각각 프리캐스트 콘크리트부(2)가 결합된 상태에서 일측 프리캐스트 콘크리트부(2)에서부터 연속 긴장재(6)가 삽입되어 트러스부(1)의 하현재(13)에 결합한 상태로 종방향으로 계속 진출되어 타측의 프리캐스트 콘크리트부(2)를 통과하도록 배치된 후 긴장된 상태로 타측 프리캐스트 콘크리트부(2)에 긴장 정착됨으로써, 트러스부(1)와 프리캐스트 콘크리트부(2)가 일체로 연결된 본 발명의 합성형 거더(100)에는 종방향으로 긴장력이 도입되고, 그에 따라 합성형 거더(100)의 강성이 크게 증가된다.

한편, 프리캐스트 콘크리트부(2)의 하부에는 종방향으로 인장결속 긴장재(7)가 관통 배치되는데, 상기 인장결속 긴장재(7)의 진출단은 트러스부(1)의 하현재(13)에 일체 구비된 정착부재(130)를 관통한 상태로 상기 정착부재(130)에 정착된다. 즉, 인장결속 긴장재(7)는 프리캐스트 콘크리트부(2)의 하부에 관통 배치되고 긴장된 상태로 그 일단은 하현재(13)의 정착부재(130)에 정착되고 타단은 프리캐스트 콘크리트부(2)의 외측단에 정착되는 것이다.

트러스부(1)는 합성형 거더(100)의 중앙부분을 이루고 있게 되므로, 트러스부(1)의 하현재(13)에는 인장응력이 발생하게 된다. 따라서 트러스부(1)의 하현재(13)와 프리캐스트 콘크리트부(2)가 결합되는 부분에서는 인장응력이 집중하게 되며, 결국 취약부가 된다. 본 발명에서 하현재(13)는 단부결합판(3)의 전면에 구비된 돌출결합재(36)와 일체화되어 있고 단부결합판(3)의 배면에는 슬리브 부재(35)가 구비되어 프리캐스트 콘크리트부(2)에 매립되어 있으므로, 결과적으로는 하현재(13)가 연장되어 프리캐스트 콘크리트부(2)에 매립되어 있는 형태가 된다. 따라서 트러스부(1)의 하현재(13)와 프리캐스트 콘크리트부(2)는 견고하게 일체화되어 있는 상태가 된다.

트러스부(1)의 하현재(13)에 더욱 큰 인장응력이 작용하는 경우에는 프리캐스트 콘크리트부(2)에 매립되어 있는 슬리브 부재(35)에 작용하는 인발력이 더 커지게 되므로, 자칫 슬리브 부재(35)가 프리캐스트 콘크리트부(2)로부터 뽑히거나 또는 슬리브 부재(35)가 매립되어 있는 부분의 콘크리트가 파괴되는 문제가 발생할 수 있다. 이에 대비해서는 슬리브 부재(35)의 매립 깊이를 더 깊게 하는 등의 방안이 필요하다. 그런데 위에서 살펴본 것처럼, 본 발명에서는 인장결속 긴장재(7)가 프리캐스트 콘크리트부(2)의 하부에 관통 배치되고 긴장된 상태로 그 일단은 하현재(13)의 정착부재(130)에 정착되고 타단은 프리캐스트 콘크리트부(2)의 외측 단부에 정착되는 구성을 가질 수 있고, 이러한 구성에 의하면 인장결속 긴장재(7)에 의한 긴장력이 하현재(13)를 프리캐스트 콘크리트부(2) 방향으로 당기는 방향으로 작용하게 된다. 따라서 트러스부(1)의 하현재(13)에 큰 인장응력이 작용하더라도, 이러한 하현재(13)에 작용하는 인장응력은 상기 인장결속 긴장재(7)의 긴장력에 의해 상쇄되며, 그에 따라 슬리브 부재(35)의 매립 깊이를 더 깊게 하지 않더라도 슬리브 부재(35)가 프리캐스트 콘크리트부(2)로부터 뽑히거나 또는 슬리브 부재(35)가 매립되어 있는 부분의 콘크리트가 파괴되는 문제를 예방할 수 있게 된다. 즉, 인장결속 긴장재(7)가 하현재(13)에 작용하는 인장응력의 일부를 지지하게 되므로, 하현재(13)가 견고하게 프리캐스트 콘크리트부(2)와 일체화될 수 있으며, 결국 분절 형태로 제작된 트러스부(1)와 프리캐스트 콘크리트부(2)가 매우 견고하게 일체화되어 하나의 구조물인 합성형 거더(100)를 이루게 되는 것이다.

앞서 언급한 것처럼, 본 발명에서 트러스부(1)의 하현재(13)는 수평한 판부재 또는 박스형 강재로 이루어질 수 있는데, 도 8은 수평한 판부재로 이루어진 하현재(13)를 구비한 트러스부(1)의 종방향 일측을 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 9a 및 도 9b는 각각 도 8에 도시된 형태의 하현재를 구비한 트러스부가 프리캐스트 콘크리트부와 결합된 상태를 바라보는 방향을 달리하여 도시한 개략적인 사시도이고, 도 9c는 도 9a에 도시된 실시예에 따른 트러스부가 프리캐스트 콘크리트부와 결합된 상태를 보여주는 개략적인 측면도이다.

도 8 및 도 9a 내지 도 9c에 도시된 것처럼, 트러스부(1)의 하현재(13)가 수평한 판부재로 이루어진 경우, 단부결합판(3)의 전면에 돌출결합재(36)가 구비되지 않은 상태에서 하현재(13)가 직접 단부결합판(3)의 전면에 용접이나 기타 방법에 의해 일체로 부착될 수 있다. 그리고 상기 하현재(13)를 이루는 수평한 판부재의 상면에 정착부재(130)가 구비될 수 있으며, 연속 긴장재(6)가 결합된 상태로 지나갈 수 있도록 하현재(13)를 이루는 수평한 판부재의 하면에는 연속 긴장재(6)가 관통하게 되는 통과결합부재(135)가 구비될 수 있다. 합성형 거더(100)에 종방향으로 긴장력을 도입하기 위하여 배치되는 연속 긴장재(6)가 도 5a 내지 도 5c에 도시된 강관형 하현재(13)의 경우는 하현재(13)의 강관 내부를 관통하여 배치되었으나, 도 8 및 도 9a 내지 도 9c에 도시된 것처럼 판형 하현재(13)의 경우에는 통과결합부재(135)를 관통하여 하현재(13)의 하면을 지나가는 형태로 종방향 배치되는 것이다.

도 10에는 트러스부(1)의 또다른 실시예를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 앞서 살펴본 도 2에 도시된 실시예의 경우, 트러스부(1)의 트러스 복부(12)를 이루는 사재(斜材)가 종방향으로 바라보았을 때, 연직하게 배치되는 형태로 되어 있으나, 도 10에 도시된 것처럼, 종방향으로 바라보았을 때, 2개의 사재가 영문자 V자 형태를 이루어서 배치되어 트러스 복부(12)를 이룰 수도 있다. 이 경우, 상현재(11) 역시 횡방향으로 분할되어 2개로 구비될 수 있다. 한편, 도 11에는 하현재(13)가 두 개의 강관으로 이루어진 실시예를 보여주는 도 10에 대응되는 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 도 10에 도시된 실시예의 경우 하현재(13)가 1개의 강관으로 이루어진 구성을 가지는데 반하여 도 11에 도시된 실시예의 경우에는 하현재(13)가 2개의 강관으로 구성되어 있다. 이와 같이, 본 발명의 합성형 거더(100)에 있어서 트러스 복부(12)를 이루는 사재의 형태는 다양하게 변화될 수 있으며, 더 나아가 하현재(13)가 강관으로 이루어진 경우, 강관의 개수도 필요에 따라 복수개로 할 수 있는 것이다. 물론 하현재(13)가 복수개의 강관으로 이루어진 경우, 이와 결합되는 돌출결합재(36) 역시 그에 대응하여 복수개가 된다. 도 10 및 도 11에 도시된 실시예에 대한 기타 구성 및 작용 효과 등은 앞서 살펴본 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.

위에서 살펴본 것처럼, 본 발명에 따른 합성형 거더(100)는, 지간의 중앙부는 경량의 트러스부(1)로 구성되어 있고 양측은 견고한 프리캐스트 콘크리트부(2)로 이루어진 분절형태이므로, 각 부분을 별도로 제작하여 이송한 후 현장에서 일체 조립할 수 있으며, 따라서 교량 등의 시공에 이용될 때, 그 규모를 필요에 맞게 크게 할 수 있다는 장점이 있으며, 더 나아가 경량의 트러스부(1)를 이용하므로 거더 전체의 자중 감소, 그에 따른 경간장 증대 가능 등의 장점을 가질 뿐만 아니라, 트러스의 개방 구조를 통해서 풍하중의 영향 최소화, 공용중의 점검 관리 용이성, 미관 향상 등의 효과도 가지게 된다.

또한 본 발명의 합성형 거더(100)에서는 양단의 프리캐스트 콘크리트부(2)와 중앙의 트러스부(1)에 걸쳐 종방향으로 연속 긴장재(6)가 긴장 배치되어 합성형 거더(100) 전체에 종방향으로 긴장력이 도입되므로 합성형 거더(100)의 강성이 크게 증가되는 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에서는 트러스부(1)와 프리캐스트 콘크리트부(2)를 결합함에 있어서, 트러스부(1)의 하현재(13)에 대해 프리캐스트 콘크리트부(2)의 방향으로 인장결속 긴장재(7)를 당기는 힘을 부여하므로, 휨하중 등으로 인하여 하현재(13)에 인장응력이 발생하여 하현재(13)를 프리캐스트 콘크리트부(2)로부터 분리시키려는 힘(분리력)이 발생하더라도, 위의 인장결속 긴장재(7)에 의해 이러한 분리력에 저항하게 되어, 트러스부(1)와 프리캐스트 콘크리트부(2)의 분리 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있으며 따라서 트러스부(1)와 프리캐스트 콘크리트부(2)가 일체로 결합된 상태를 견고하게 유지할 수 있게 된다.

1: 트러스부
2: 프리캐스트 콘크리트부
6: 연속 긴장재
7: 인장결속 긴장재
11: 상현재
12: 트러스 복부
13: 하현재