www.police.go.kr_ 219

제 1 절 | 설계계산시 고려사항

1. 사하중 (Dead Load)

교통신호등은 측주식 폴리카보네이트 함체와 부착기구를 포함하여 1색등 중

량을 4㎏로 간주하여 계산한다.

2. 풍하중 (Wind Load)

교통신호기 지주에 미치는 풍하중의 영향은 공기의 밀도 및 속도, 구조물의

형상 및 강도, 그리고 평면의 조도 등에 좌우된다. 풍하중 계산시 다음식에 따

른다.

P= 12

×ρ×V 2×C d

= 0.06232×V 2×C d

≒ P= 1

16

×V 2×C d

여기서, ρ 는 공기의 밀도로 ρ=0.12464kg/m3이고 Cd 항력 계수로 신

호등 및 표지판 1.2 지주 0.7의 값을 사용한다.

V : 기본 풍속 (㎧)으로는 <표 5-4>를 참고하되 지주 설치형식을

고려하여 적용한다.

부록3 교통신호기 설치․관리 매뉴얼 교통신호기 지주설계 계산예

220 _경 찰 청

3. 설하중 (Ice Load)

우리나라에서는 적설량이 적고 또 신호기에 강봉을 사용함으로 실제 눈이

쌓이는 면적은 적은 편이기 때문에 특별한 경우를 제외하고는 고려하지 아니

한다. 만약, 고려시에는 다음 식을 이용한다.

S=p×h×C

여기서, S : 적설하중

p : 눈의 평균 단위중량(적설깊이 1cm당 Kg/㎡)

h : 적설량

C : 계수(지붕의 경사도 및 형상등에 따른계수)

제 2 절 | 교통신호등 지주설계

교통신호기 지주 설계예는 가장 일반적인 지주와 부착대를 이용한 방법

([그림 3-1] 참조)에 대하여 설계예를 제시한다.

사양 철 주 보 신 호 등

h1 h2 h3 l1 l2 l3 L n등수 가로 세로

[그림 3-1] 교통신호기 지주설계 예시도

부록 3 교통신호기 지주설계 계산예

www.police.go.kr_ 221

1. 사하중

사용재료에 대한 사하중 (자중)은 사용재료의 단위 길이당 무게를 이용하여

각 재료의 길이를 곱하여 구한다. 강관의 무게 및 단면력 (KS D 3566 내응력

표 참조) 참조와 교통신호등의 경우는 신호등면 (signal section)에 따라 위의

1절 1항의 사하중을 참고로 하여 계산에 포함한다.

2. 풍하중

풍하중 계산식은 다음과 같다.

P= 1

16 ×V 2×C d V는 설계 풍속으로 풍하중 참조

C는 항력 계수 파이프 0.7 신호등 1.2

◦단위면적당 풍하중 계산

파이프 Ph0 (Kg/㎡), 신호등 Ph1 (Kg/㎡)라고 단위를 정의하면 풍하중

은 단위면적당 풍하중×면적이 된다.

∙신호등의 풍하중계산 : w2(Kg)= Ph1×(B×D)

∙가로재(보) : w2a (Kg/m)= Ph0×지름

w2b ,w2c 도 마찬가지로 구함.

w3 와이어는 미소하므로 생략

∙지주재 : w4(Kg/m)= Ph0×지름

222 _경 찰 청

3. 응력계산

가. 가로재(보)의 산정

(1) 하중 조건

수직 하중 : W1, W1a, W1b, W1c 수평 하중 : W2, W2a, W2b, W2c

W3a=

W1a×l 1

sinθ 1

W 3b=

W 1b×l 2

sinθ 2

W 3c=

W 1c×l 3

sin θ 3

θ 1 24.34°

∴ Wire는 미관과

안전을 고려

ψ8mm이상으로 한다.

θ 2 15.08°

θ 3 10.35°

(2) 가로재 c의 단면

◦고정지점의 반력 및 휨모멘트

∙반력 [V=0 ↓+]

R z1=[n ×W1]+[W1a× l 1 ]+[W1b× l 2 ]+[W1c× l 3 ]-[W3a ×sin θ 1]

-[W3b×sinθ 2]-[W3c×sin θ 3]

부록 3 교통신호기 지주설계 계산예

www.police.go.kr_ 223

∙휨모멘트

ΣM z1=[W1×( (L 1+L 2)+L 1]+[W1a ×

l 1

2

2 ]+[W1b×l 2×(l 1+

l 2

2 )]

+[W1c ×l 3×(l 1+l 2+

l 3

2 )]-[W3a×sin θ 1×(l 1-0.5)]

-[W3b×sin θ 2×(l 1+l 2-0.15)]-[W3c×sin θ 3×(l 1+l 2+l 3-0.5)]

◦고정 및 적재풍하중

∙반력

R x1=[n ×W2]+[W2a× l 1 ]+[W2b×( l 2-B)]+[W2c ×( l 3-B)]

∙휨모멘트

M x1=[W2×( (L 1+L 2)+L 1]+[W2a ×

l 1

2

2 ]+[W2b×(l 2-B)×(l 1+

l 2-B

2 )]

+[W2c ×(l 3-B)×(l 1+l 2+

l 3-B

2 )]

◦합성응력

∙전단력(剪斷力) : S 1= R z1

2+ R x1

2

∙휨 모멘트 : M 1= M z1

2+ M x1

2

◦단면 검토 시도

Pipe D = 바깥지름

d = 안지름

t = 두께

A = 면적

∙단면 계산

- 단면 2차 모멘트 : (I= π(D 4-d 4)

64 ) 또는 강관 내응력표 참조

224 _경 찰 청

- 단 면 계 수 : (Z= ID2

) 또는 강관 내응력표 참조

- 단면 2차 반경 : (r = IA

) 또는 강관 내응력표 참조

∙단면 가정

- 휨응력 : σ b=

M 1

Z σ b

f a×1.5 =? < 1

f a =1.6 값이 1보다 작을 경우 OK, 1보다 클 경우 단면을 늘리거나 하

중을 줄인다.

- 전단응력 : τ=

2×S 1

A , τ

f s×1.5 = < 1 , f s=0.924 위와 동일

f a 및 f s는 강재의 허용응력도 참조

(3) 가로재 b의 단면

∙반력 [V=0 ↓+]

R z2=[n ×W1]+[W1b× l 2 ]+[W1c× l 3 ]-[W3b×sin θ 2]-[W3c×sin θ 3]

∙휨모멘트

ΣM z2=[W1×(l 2+l 3-L 2-L 3)]+[W1×(l 2+l 3-L 3)]+[W1b×

l 2

2

2 ]

+[W1c ×l 3×(l 2+

l 3

2 )]-[W3b×sin θ 2×(l 2-0.15)]

-[W3c ×sin θ 3×(l 2+l 3-0.5)]

◦고정 및 적재풍하중

∙반력 : R x2=[n ×W2]+[W2b×( l 2-B)]+[W2c ×( l 3-B)]

∙휨모멘트

M x2=[W2×(l 2+l 3-L 2-L 3)]+[W2×(l 2+l 3-L 3)]+[W2b×

( l 2-B ) 2

2 ]

+[W2c ×(l 3-B)×(l 2+

l 3-B

2 )]

부록 3 교통신호기 지주설계 계산예

www.police.go.kr_ 225

◦합성응력

∙전단력 : S 2= R z2

2+ R x2

2

∙휨 모멘트 : M 2= M z2

2+ M x2

2

◦단면 검토 시도

Pipe D = 바깥지름

d = 안지름

t = 두께

A = 면적

◦단면 계산

- 단면 2차 모멘트 : (I= π(D 4-d 4)

64 ) 또는 강관 내응력표 참조

- 단 면 계 수 : (Z= ID2

) 또는 강관 내응력표 참조

- 단면 2차 반경 : (r = IA

) 또는 강관 내응력표 참조

∙단면 가정

- 휨응력 : σ b=

M 1

Z , σ b

f a×1.5 = < 1 f a =1.6

- 전단응력 : τ=

2×S 1

A , τ

f s×1.5 = < 1 f s=0.924

f a 및 f s는 강재의 허용응력도 참조

(4) 가로재 a의 단면

∙반력 [V=0 ↓+], R z3=[n ×W1]+[W1c× l 3 ]-[W3c×sin θ 3]

226 _경 찰 청

∙휨모멘트

ΣM z3=[W1×(l 2-L 3)]+[W1c×

l 3

2

2

]-[W3c×sin θ 3×(l 3-0.5)]

◦고정 및 적재풍하중

∙반력 R x3=[n ×W2]+[W2c×( l 3-B)]

∙휨모멘트 : M x3=[W2×(l 3-L 3)]+[W2c ×

( l 3-B ) 2

2 ]

◦합성응력

∙전단력 : S 3= R z3

2+ R x3

2

∙휨 모멘트 : M 3= M z3

2+ M x3

2

◦단면 검토 시도

Pipe D = 바깥지름

d = 안지름

t = 두께

A = 면적

∙단면 계산

- 단면 2차 모멘트 : (I= π(D 4-d 4)

64

) 또는 강관 내응력표 참조

- 단 면 계 수 : (Z= ID2

) 또는 강관 내응력표 참조

- 단면 2차 반경 : (r = IA

) 또는 강관 내응력표 참조

∙단면 가정

- 휨응력 : σ b=

M 3

Z , σ b

f a×1.5 = < 1 f a =1.6

부록 3 교통신호기 지주설계 계산예

www.police.go.kr_ 227

- 전단응력 : τ=

2×S 3

A , τ

f s×1.5 = < 1, f s=0.924

f a 및 f s는 강재의 허용응력도 참조

나. 지주의 산정

(1) 하중 조건

◦사하중

∙가로재(보)의 반력 : R z1

∙가로재(보)의 휨모멘트 : M z1

∙지주(post) : W 4

◦풍하중

∙가로재(보)의 반력 : R x1

∙가로재(보)의 휨모멘트 : M x1

∙지주(post) : W 4

(2) 지주(post)의 산정

◦지주응력의 산정

228 _경 찰 청

고정하중 및 등분포하중으로 지주 고정단의 응력을 산정한다.

∙수직력 : N 1=R z1+W4×h+W3a×sinθ 1+W3b×sin θ 2+W3c ×sin θ 3

∙수평력 : H 1=R x1+W4×h

∙사하중에 의한 휨모멘트

M zc=R z1 ×h 1+W4× h 2

2 +(W3a ×cos θ 1+W3b×cos θ 2+W3c ×cos θ 3)×(h-1)

∙풍하중에 의한 휨모멘트 : M xc=R x1 ×h 1+W4× h 2

2

∙풍하중에 의한 회전 모멘트 : M n

◦지주단면의 산정

Pipe D = 바깥지름

d = 안지름

t = 두께

A = 면적

∙단면계산

- 단면 2차 모멘트 : (I= π(D 4-d 4)

64

) 또는 강관 내응력표 참조

- 극 관 성 모멘트 : (I p= π(D 4-d 4)

32 ) 또는 강관 내응력표 참조

- 단 면 계 수 : (Z= ID2

) 또는 강관 내응력표 참조

- 단면 2차 반경 : (r = IA

) 또는 강관 내응력표 참조

- 좌 굴 장 : L A=2×h, λ= Lr

∴ 허용압축응력도 f c (t/㎠) (표에 의해 구함)

부록 3 교통신호기 지주설계 계산예

www.police.go.kr_ 229

◦합성응력

∙휨모멘트 : M= M zc

2+ M xc

2

◦단면산정

∙압축응력(compression stress) : σ c=

N 1

A

∙굽힘응력(Bending strees) : σ b= Mz

∙합성응력 : σ=σ c+σ b

σ c

f c×1.5 +

σ b

f b×1.5 = < 1

∙비틀림 전단응력 : τ=

M n

I p

× D2

∙최대 전단 응력 : τ MAX= 12

× σ 2+4×τ 2, τ MAX

f b×1.5 = <1

∙최대 주응력 : σ MAX= σ2

+τ MAX , τ MAX

f b×1.5 = <1

(3) 지주와 가로재(보)의 설계

보 강 판 t 0

h 0

플 랜 지

t 1

D 1

D 2

볼 트

M16

n : 6 EA

A

230 _경 찰 청

◦존재응력

∙전단력 : S 1

∙휨모멘트 : M

1

◦볼트설계 M16 A=2.01㎠ n = 6EA

∙단면검토

- 볼트 1본당 인장력 T=

4×M 1

n×D 1

- 볼트 1본당 전단력 S=

S 1

n

- 인장응력 : σ t= TA

, τ t

f b×1.5

◦plate 설계 : 리브플레이트로 둘러싸인 부분을 장방형으로 한 3변 고정단

으로 계산

∙자유단 길이 L y=D 1 ×sin ( 180°

n )

∙고정단 길이 L x= 12

×(D 2-φ)

∙응력 산정

- 단위 압축응력 : W5= T

L y×L x

- 삼변 고정단 : L y

L x

철근 콘크리트 구조 설계규준(일본)의 슬래이브 응력도에 의해

α 0=0.166

- 자유단 모멘트 M 0=W5 × L x

2×α 0

∙단면산정

- Plate 두께 t 1=

6×M 0

f b1×1.5

부록 3 교통신호기 지주설계 계산예

www.police.go.kr_ 231

- Plate 두께는 15t로 결정

∙Rib plate 설계

- 응력 산정

전단력 S 0=W5 × L x

2×2

- 단면 산정

길이 : h 0, 두께 : t 0

- 전단응력 : τ=

S 0

t 0×h 0

, τ

f s×1.5 <1

◦용접

∙단면 산정

- 필 렛 : s 1

- 목 두 께 : a t=0.7×L

- 용접길이 : L

- 전단응력 : τ 0=

Q 0

2×a t×L , τ 0

f s×1.5 = < 1

(4) 주각부 설계

플랜지

외경(D0)

Center(D1) 두께(t1)

d

d0

보강판 높이(h1) 두께(t1)

볼 트

M

n 8EA

A 4.91㎠

232 _경 찰 청

◦응력 산정

∙수직력 : N1

∙수평력 : H1

∙휨모멘트 : M2

∙비틀림 모멘트 : Mn

∙중립축의 산정

- 편심 거리 : e 0=

M 2

N1

- 영계수 : n 0

∙Anchor Bolt 산정 (M25) : A = 4.91㎠ n=8EA

- 인장 볼트 단면적 at = A× n3

X n

3+3×(e 0-

D 0

2 ) X n

2-

6×n 0×a

b ×(d-X n )=0

∴ 중립축 Xn

◦콘크리트의 최대 압축응력 산정

σ c'=2×N 1×

e 0+

D 0

2

-d t

b×X n×(d-

X n

3 )

, σ c'

f d×1.5 = < 1

부록 3 교통신호기 지주설계 계산예

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◦Anchor Bolt의 산정

∙단면 산정

- 인장력 T 1=

N 1×(e 0-

D 0

2

-

X n

3

)

d-

X n

3

- 인장응력 : σ t=

T 1

A , σ t

f×1.5 = < 1

∙Anchor 길이 산정 : L= σ t×φ

6×f × 1

1.5 = < 180cm

∙Plate 설계: 리브 플레이트로 둘러싸인 부분을 장방형으로 한 3변 고

정단으로 계산

- 자유단 길이 : Ly1

- 고정단 길이 : Lx1

∙응력산정 : 압축반력을 평균 등분포로 작용시켜서

∙단위 압축응력 W6=

σ c× σ c'

2 = t/㎠

∙삼변고정단 L y1

L x1

철근 콘크리트구조 설계 규준(일본)의 슬래브 응력도에 의해 α=0.12

∙자유단 모멘트 M 3=w 6 × L x1

2×α

∙단면 가정

- Base Plate 두께, fb1 = 면외하중에 대한 허용휨응력

t 2=

6×M 3

f b×1.5 = < 1.5cm

- Rip Plate 설계

응력 산정 : 전단력 Q 2=w 6 × L x1

2×u

단면산정 높이(h4), 두께(t4)

전단 응력 : τ=

Q 2

t 4×h 4

, τ

f s×1.5 = < 1

234 _경 찰 청

◦용접

∙단면 산정

- 필 렛 : s2

- 목 두 께 : a 2=0.7×L

- 용접길이 : L

∙전단응력 : τ=

Q 2

2×a 2×L , τ

f s×1.5 = < 1

◦처짐

사하중에 의한 처짐은 부재 단면의 변경 또는 처짐량 만큼 미관을 고려 강

선 (wire)을 당기거나, 지주를 기울여서 설치하는 등의 조치가 필요하다.

∙보의 처짐 (가로재) = 강선으로 당겨서 처짐량을 조절하므로 생략

y1a = 0.00cm

∙지주의 처짐각 : θ=

R z1× h 1

2

2×E×I

∙지주의 휨에 따른 보의 처짐 : y2 = L×θ

∙보의 총처짐 : Σ y=y 1+y 2

라. 기초 계산

부록 3 교통신호기 지주설계 계산예

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(1) 존재 응력

◦압축력 : N1

◦수평력 : H1

◦휨모멘트 : M

(2) 저면 지반 응력도

◦수평방향 지반 반력 계수 : K H=K HO ×(

B H

30

) -3/4

여기서, KH : 수평방향 지반 반력 계수

KHO : 1

30 ×a×E0 (시험계수)

BH : A h (기초환산재우폭)

E0 : 28×N (지반변형계수 N=10)

a : 2 (지반반력계수)

AH : 16920㎠ (기초환산재우면적)

◦수직 방향 지반 반력계수

K V=K VO ×(

B V

30 ) -3/4

여기서, KV : 수직방향 지반 반력 계수

KVO : 1

30 ×a×E0 (시험계수)

BV : A V (기초환산재우폭)

E0 : 28×N (지반변형계수 N=10)

a : 2 (지반반력계수)

AH : 11280㎠ (기초환산재우면적)

236 _경 찰 청

◦β의 계산

2a×2b×L× γ c =Kv×a3×θ×v1 (β를 85°로 가정, 단위: t,m)

v1 = n×(1+n×cotβ)2, v2 = n3

×(2-n×cotβ)×(1+n×cotβ)2

여기서 n= 2b

2a , K1 = b×Kh×L, K2 = 23

×b×Kh×L2,

K3 = 12

×b×Kh×L3 +Kv×a4×v2

θ= M×K 1+H×K 2

K 1×K 3- K 2

2

Kv ×a3×θ×v1 = 2a×2b×L× γc에 의해서 ≒β 값 산정

여기서 γ c (기초 콘크리트 중량) : 2.35t/㎡

γ (지반 단위체적 중량) : 1.7t/㎡

KP (토압계수) : 3.53

◦안전 점검

h×θ≤2.4L× γ× K P

K H

, h×θ= M×K 2+H×K 3

M×K 1+H×K 2

×θ, 2.4×L× γ× K P

K H

◦계산치와 실시공상의 비교 검토

2a = 120㎝ ≤ 120㎝

2b = 94㎝ ≤ 120㎝

L = 180㎝ ≤ 180㎝ ∴ 적정함

본 매뉴얼에 대한 의견이나 문의가 있을 때

에는 아래로 연락주시면 감사하겠습니다.

문의처

경찰청 교통운영담당관실 교통운영계

전 화 : 02)3150-2753, 경비 2653,

2753

F A X : 02)3150-3853, 경비 3853

교통신호기 설치․관리 매뉴얼

2011년 12월 인쇄

2011년 12월 발행

발 행 처 : 경 찰 청

02)3150-2753

인 쇄 : (주)범 신 사

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