강합성 교량 및 이를 가설하기 위한 하이브리드 주탑{COMPOSIRE BRIDGE AND HYBRID TOWER FOR CONSTRUCTION COMPOSITE BRIDGE}
본 발명은 강합성 교량 및 이를 가설하기 위한 하이브리드 주탑에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 주탑을 구성하는 강재 지지부의 내부에 폐단면을 이루고 콘크리트가 충진된 합성부재를 장착하여 강재량을 줄이면서 효과적으로 압축력 및 휨 모멘트 지지력을 확보할 수 있는 강합성 교량 및 이를 가설하기 위한 하이브리드 주탑에 관한 것이다.
일반적으로 강재 주탑의 내부에는 판형의 강재를 사용한 보강재를 이용하여 보강된다. 이러한 판형의 보강재로 보강되는 강재 주탑은 다수의 보강재의 용접이 요구된다. 특히, 사장교에 적용되는 주탑에는 정착구가 설치되는데 집중하중에 대한 보강구조가 소요되며 이때 다량의 강재량이 소요되고 매우 비싼 가공 및 제작 과정이 소요되어 교량의 가설이 용이하지 못한 문제점이 있다.
교량의 강재 주탑의 내부에 U 형상을 갖는 중공리브를 장착하고 중공리브의 내부에 콘크리트 재질의 보강재를 충전한 폐단면 합성부재를 구성하여 강재 주탑을 보강하여 강재의 소요량을 저감하여 원가 절감이 가능하고 안정적인 교량 지지가 가능하도록 하는 하이브리드 주탑을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 주탑은, 내부에 공간이 형성되는 강재 지지부와, 강재 지지부의 길이 방향을 따라 강재 지지부의 내부에 장착되며, 강재 지지부와의 사이에서 폐단면 형상을 갖도록 장착되어 하중을 분산 지지하며 교량의 슬래브와 케이블로 연결되는 폐단면 합성부재를 포함한다. 폐단면 합성부재는, 강재 지지부의 내부에 돌출되게 장착되며 내부에 충진 공간을 갖는 중공리브와, 중공리브의 내부에 충진되는 보강재를 포함한다. 중공리브는 고인성(HSB) 강의 소재로 성형된다. 보강재는 콘크리트부재로 충진될 수 있다. 폐단면 합성부재는 강재 지지부의 내부에 복수개로 장착될 수 있다. 폐단면 합성부재들 간에는 강재 지지부에 지지력을 보강하는 연결부재가 장착될 수 있다. 연결부재는 막대 형상의 강재로 장착될 수 있다. 폐단면 합성부재는 강재 지지부의 길이 방향을 따라 곡면을 갖도록 장착될 수 있다. 폐단면 합성부재는 강재 지지부의 길이 방향을 따라 직선 형상을 갖도록 장착될 수 있다.
첫째, 교량을 지지하는 주탑의 내부에 고인성 (HSB) 강재를 이용한 중공리브를 장착하고, 중공리브의 내부에 콘크리트 보강재를 충진하여 주탑에 소요되는 강재를 절감할 수 있다. 둘째, 주탑의 내부에 중공리브 및 보강재로 구성된 폐단면 합성부재를 장착함에 따라, 교량의 좌굴 압력 및 인장력 등에 대해 효율적인 지지가 가능하게 되어 교량의 안정성이 향상된다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 강합성 교량 및 이를 가설하기 위한 하이브리드 주탑을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 하이브리드 주탑이 가설된 교량을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 하이브리드 주탑의 요부를 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 도면이고, 도 4는 도 3의 중공리브를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 주탑(100)은, 내부에 공간이 형성되는 강재 지지부(10)와, 강재 지지부(10)의 길이 방향을 따라 강재 지지부(10)의 내부에 장착되며 교각(12)의 슬래브(11)와 케이블(13)로 연결되는 폐단면 합성부재(20)를 포함한다. 강재 지지부(10)는 사장교 등의 교량에 가설되어 교량의 상측을 구성하는 슬래브(11)에 케이블(13)로 연결된다. 케이블(13)은 강재 지지부(10)의 양측에서 연결되어 슬래브(11)의 하중을 지지하는 부재를 말한다. 강재 지지부(10)는 내부에 장착 공간이 형성되어 교량이 길이 방향의 중앙 위치 또는 교량의 양측에 각각 장착될 수 있다. 이러한 강재 지지부(10)의 내부 장착 공간에는 케이블로 전달되는 좌굴 압력 또는 인장 압력을 견디도록 폐단면 합성부재(20)가 장착된다. 폐단면 합성부재(20)는 강재 지지부(10)의 길이 방향을 따라 강재 지지부(10)의 내부에 장착된다. 폐단면 합성부재(20)는 강재 지지부(10)의 내부에 강재 지지부(10)의 길이 방향을 따라 복수개로 장착될 수 있다. 이러한 폐단면 합성부재(20)는 강재 지지부(10)의 내부에 돌출되게 장착되며 내부에 충진 공간을 갖는 중공리브(21)와, 중공리브(21)의 내부에 충진되는 보강재(23)를 포함한다. 중공리브(21)는 일측이 개방되며, 개방된 측이 강재 지지부(10)의 내부면과 함께 폐단면을 이루도록 장착된다. 중공리브(21)는 이음새 없이 하나의 부재가 냉간 성형으로 폐단면을 이루도록 성형됨을 위해, 고인성(HSB) 강재를 이용한 냉간 성형으로 제조될 수 있다. 중공리브(21)의 외측면은 이음새 없는 성형으로 제작됨에 따라 모서리 없는 라운드 형상이 가능하다. 즉, 중공리브(21)는 'U' 형상을 이루어 강재 지지부(10)의 내부에 장착된다. 참고적으로, HSB는 High Performance Steel for Bridge를 말하는 것으로서, 강판 100mm 까지는 두께에 관계없이 동일한 강도를 갖고 용접이 용이한 강재를 말한다. 이러한 HSB는 기존의 강재에 대비하여 강도 및 용접성 및 시공성이 우수하고 강판의 두께에 따른 강도 손상이 없는 장점을 갖는다. 중공리브(21)는 고인성 강재인 HSB를 이용한 냉간 휨 가공시에 기존의 강재를 이용한 휨 가공 방법에 비교하여, 최소 곡률 반경이 크게 저감됨이 가능하다. 전술한 폐단면 합성부재(20)의 근접 위치에는 보강재가 충진되지 않은 중공리브(21)가 복수개로 장착될 수 있다. 즉, 케이블(13)이 연결되지 않는 부분에는 보강재의 충진없이 중공리브(21) 만을 장착하여 강재 지지부(10)를 보강할 수 있다. 또한, 폐단면 합성부재(20)는 강재 지지부(10)의 내부에서 곡면을 갖도록 장착됨이 가능하다. 즉, 직선 형상의 강재 지지부(10)의 내부에 아치 형상을 갖는 폐단면 합성부재(20)의 장착을 통해, 주탑에 작용하는 좌굴 압력 또는 인장 압력에 대응하여 효과적인 지지 작용이 이루어지게 한다. 도 5a는 기존의 강재를 이용한 냉간 가공시에 곡률 반경을 도시한 도면이고, 도 5b는 본 발명의 중공리브에 적용되는 고인성 HSB 강재를 이용한 냉간 휨 가공시의 곡률 반경을 도시한 도면이다. 도 5a에 도시된 바와 같이 고인성(HSB) 강재를 사용하지 않고 기존의 강재를 이용한 냉간 휨 가공시에는 라운드 부분의 두께가 15t 이상으로 형성되고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 고인성 HSB 강재를 이용한 냉간 휨 가공시에는 라운드 부분의 최소 두께는 5t로 구현이 가능하다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 고인성 HSB 강재를 사용시에 소재의 최소 단면 두께를 5t 이상으로 구현 가능함으로써 중 공리브(21)의 라운드 부분의 최소 곡률 반경을 크게 저감할 수 있게 된다. 따라서, 중공리브(21)를 제작시에 최소한의 강재량으로 제작이 가능하여 원가절감이 가능하게 된다. 또한, 중공리브(21)를 이용하여 강재 지지부(10)의 보강 작업이 가능하게 되어, 강재 지지부(10)의 보강을 위한 강재의 사용량을 현저하게 감소시킬 수 있게 된다. 이러한 중공리브(21)의 장착을 통한 강재 사용량의 저감을 후술하는 보강재를 설명하면서 보다 상세하게 설명한다. 중공리브(21)의 내부에는 보강재(23)가 충진된다. 본 실시예에서 중공리브(21)는 강재 지지부(10)의 길이 방향을 따라 강재 지지부(10)의 형상에 대응하여 직선 형상으로 장착될 수 있다. 보강재(23)는 중공리브(21)의 내부에 충진되어, 교량으로부터 전달되는 좌굴 압력 또는 인장 압력을 지지한다. 본 발명의 실시예에서 보강재(23)는 콘크리트부재로 충진된다. 그러나 이에 한정하지 않고, 섬유 보강재로 충진됨도 가능하다. 보강재(23)의 충진은 중공리브(21)의 일 위치에 주입홀을 형성하여 콘크리트 소재의 보강재의 충진이 이루어진다. 이러한 콘크리트 소재의 보강재(23)의 충진시 중공리브(21)는 거푸집의 역할도 겸한다. 이러한 보강재(23)를 중공리브(21)에 충진함에 따라 슬래브(11)와 케이블(13)로 연결되어 하중을 분산 지지하게 된다. 한편, 중공리브(21)의 내부에는 다수개의 전단 연결부재(30)가 장착되어, 보강재(23)와 중공리브(21) 간의 결합력 및 지지력을 더욱 견고하게 할 수 있도록 한다. 전술한 바와 같이, 보강재(23)가 충진된 중공리브(21)를 포함하는 폐단면 합성부재(20)는 강재 지지부(10)의 내부에 복수개로 장착될 수 있다. 폐단면 합성부 재(20) 간에는 지지력 보강을 위한 연결부재(30)가 장착된다. 연결부재(30)는 일단은 하나의 폐단면 합성부재의 내부에 삽입되고, 연결부재(30)의 타단은 다른 하나의 폐단면 합성부재의 내부에 삽입된다. 이에 따라 연결부재(30)는 두 개의 폐단면 합성부재(20) 간을 연결하여 견고한 지지력을 부여한다. 본 발명의 실시예에서 연결부재(30)는 하나로 두 개의 폐단면 합성부재를 연결함을 예시하였지만, 복수개의 연결부재의 적용도 가능함은 물론이다. 본 발명이 실시예에서 연결부재(30)는 막대 형상의 강재로 구성될 수 있다. 상기 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 주탑의 가설을 이하에서 보다 상세하게 설명한다. 먼저, 하중이 가해지는 슬래브(11)에 케이블(13)로 연결되는 하이브리드 주탑(100)의 가설을 위해 강재 지지부(10)를 설치한다. 이어서, 강재 지지부(10)의 내부에 강재 지지부(10)의 길이 방향을 따라 폐단면 합성부재(20)를 설치한다. 여기서 폐단면 합성부재(20)의 설치는 먼저, 중공리브(21)가 강재 지지부(10)의 내부에 용접 결합이 이루어진다. 이러한 중공리브(21)는 강재 지지부(10)의 내부면과 함께 'U' 형상의 폐단면을 이루도록 장착된다. 다음, 중공리브(21)의 내부에 콘크리트 소재의 보강재(23)를 충진한다. 보강재(23)의 충진은 중공리브(21)에 주입홀을 형성하여 충진됨이 가능하다. 그리고, 중공리브(21)와 보강재(23)가 결합된 폐단면 합성부재(20)들 간을 막대 형상의 강재로 구성되는 연결부재(30)를 통하여 연결한다. 이에 따라, 강재 지지부(10)와 폐단면 합성부재(20)의 견고한 결합이 가능하여, 교량의 케이블(13)로 전달되는 좌굴 압력 및 인장 압력을 용이하게 분산 지지할 수 있도록 한다. 이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 하이브리드 주탑이 가설된 교량을 도시한 도면이다. 도 2는 도 1의 하이브리드 주탑의 요부를 도시한 도면이다. 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 도면이다. 도 4는 도 3의 중공리브를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5a는 기존의 강재를 이용한 냉간 가공시에 곡률 반경을 도시한 도면이다. 도 5b는 본 발명의 중공리브에 적용되는 고인성(HSB) 강재를 이용한 냉간 휨 가공시의 곡률 반경을 도시한 도면이다. <도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> 10...강재 지지부 11...슬래브 13...케이블 20...폐단면 합성부재 21...중공 리브 23...보강재 30...연결부재 |
