5-14 PSCI거더교 전단철근 배근방법 개선

기술심사처-2639

(2008. 11. 28)

Ⅰ

검토배경

 

◦ PSCI거더교(PSC빔교)시공시 거더상단 전구간에 조밀하게 돌출되어 있는 전단연결재 때문에 거더 거치 후 후속작업 시 작업성이 떨어질 뿐만 아니라 작업 중 안전사고의 우려가 있으며, 전단연결재가 폐합형상(⊓)으로 배근되어 있어 바닥슬래브 배력철근 조립이 어려움.

◦ 또한, 구조계산값 보다 과다하게 배근되고 있는 전단철근(전단연결재 포함)에 대한 상세 검토를 통해 합리적인 배근방안을 제시하고자 함.

 

 

※ 용어설명   (1) 전단철근 - 휨응력과 전단응력의 합성에 의해 부재축에 경사지게 발생하는 인장응력(斜引張應力)에 대하여 거더 단면에 수직으로 배근하는 철근으로 사인장철근 또는 복부철근이라고도 하며 스터럽과 굽힘철근이 있다. (2) 전단연결재 - 거더와 바닥슬래브 접촉면에 발생하는 수평전단력에 저항하도록 배근하는 철근으로 현재 시공되고 있는 PSCI거더교에는 전단철근(스터럽)을 슬래브 내로 연장하여 전단연결재를 대신하여 사용한다. 따라서, 현 표준도상의 전단철근은 전단철근+전단연결재를 말한다.

 

 

 

Ⅱ	현 설계기준 및 문제점

 

□ 현행 설계기준

◦ 철근배근 : PSCI거더 표준도(한국도로공사, 2005)

◦ 설계기준 : 도로교설계기준(국토해양부, 2005)

◦ 전단철근 간격: C.T.C 200mm ~ 400mm

◦ 전단연결재 : 전단철근(스터럽)을 바닥슬래브까지 연장하여 사용

 

 

 

 

 

□ PSCI거더 전단연결재 개정 이력

 

◦ 2000년(건이이13105-57, 2000.06) - 철 근 량 : D16@4ea ➡ D16@2ea (철근량을 1/2로 감소) - 노출길이 : 14cm ➡ 19cm (슬래브두께(25cm) 감안 길이 연장)   ◦ 2005년(설계처-542, 2005.03) - 노출길이 : 19cm ➡ 18cm (슬래브두께(24cm) 조정에 따라 길이 변경)

 

 

 

 

□ 문제점

◦ PSCI거더 거치 후 후속공정(거푸집설치, 가로보설치, 철근조립 등)을 위하여 거더 상면으로 작업자의 통행이 불가피하며, 거더 상면 전구간에 걸쳐 조밀하게 노출되어 있는 전단연결재 때문에 거더 상면의 공간이 협소하고 작업자의 통행안전성 및 작업성이 불량하여 안전사고 발생이 우려됨.

- 간 격 : C.T.C 200mm~400mm

- 노출길이 : h=18cm

 

 

☞ 현장 작업자 대상 구두설문 조사 시 개선 요구

 

 

◦ 전단연결재가 교축직각방향으로 배치되어 있어 바닥슬래브 종방향철근 배근 시 폐합된 전단연결재 사이로 삽입해야 하므로 작업성이 불량함.

 

 

 

 

◦ 돌출된 전단연결재 때문에 거더 상면 면마무리 어려움.

◦ 전단철근이 구조계산상 산출된 소요철근량 보다 과다하게 배근됨.

 

 

 

 

 

Ⅲ

개선안 검토

 

1. 대상교량

◦ 최근 설계된 경간장 35m 이하의 PSCI거더 교량의 구조계산서 검토

◦ 5m의 방음벽을 가정한 35m의 PSCI거더 교량을 대상으로 구조계산 실시

 

경간장	차로수	거더간격	방음벽	설계하중	비 고
35m	3차로	2.70m	5m	DB24	첨부 4.

 

2. 검토내용

가. 전단연결재의 형상 및 배치

◦ 거더 상면의 작업공간 확보방안

◦ 갈고리형태의 전단연결재 배근방법

 

 

 

 

 

나. 전단철근 및 전단연결재 간격

◦ 최근 설계된 PSCI거더 교량 구조계산서의 소요 전단철근량 검토

◦ 거더 전구간 등간격 배근방안 검토

 

구 분	기존방법	개선(안)
배근간격	단 부: C.T.C 200mm 중앙부: C.T.C 300mm~400mm	전구간: C.T.C 400mm

 

 

※ 검토근거 : 도로교설계기준, 2005

□ 전단철근 설계기준

 

□ 전단연결재 설계기준

 

□ 전단연결재 배근방법 개선안

 

 

 

 

 

 

3. 설계자문

가. 시행일시 : 2008. 09. 24

나. 자문위원

 

성 명	소 속	직 위	비 고
유동호	(주)엔비코컨설탄트	대표이사	설계
나정우	(주)넥스엔지니어링	사장	설계
박선규	성균관대학교	교수	구조
조병완	한양대학교	교수	구조
박현진	동부엔지니어링	상임고문	시공
김남포	삼성물산(주)	부장	시공
박영하	도로교통연구원	수석연구원	구조

 

 

다. 자문결과

 

자문내용	자문결과	조치계획
전단철근 배근 간격	▷ C.T.C 400mm로 배근하는 것은 적절함 [나정우,박선규,조병완,김남포,박영하]  ▷ 전단철근의 직경을 16mm로 제한하지 않는 것이 바람직함 [유동호] ▷  인 경우에 별도 검토 필요	- - ▷ 하중조건이 특이한 경우 구조계산을 통해 철근직경 선택 가능 - -
전단연결재 배근 간격	▷ C.T.C 400mm로 배근하는 것은 적절함 [유동호,나정우,박선규,조병완,박영하] ▷ 접촉면 처리에 주의하여야 함 [김남포]	- - ▷ 접촉면 처리에 관한 사항은 도면에 명기함
전단연결재 형상 및 배근 방법	▷ 문제 없음 [유동호,박선규,박영하] ▷ 기존방법과 개선안 모두 사용할 수 있도록 하는 것이 바람직함 [나정우] ▷ 연결강성이 중요하므로 전단연결재사용 보다 기존방법 유지 [조병완] ▷ 실험 또는 이론적 검증 필요 [박현진] ▷ 시공성이 떨어질 수 있음 [김남포]	- - - ▷ 전단연결재의 매입길이가 충분하여 역학적으로 문제가 없는 것으로 판단됨 ▷ 전단연결재 설치에 따른 시공성 저하가 다소 있을 수 있으나 전체적으로 안전성과 작업성의 향상 효과가 더 큼

 

 

 

4. 시험시공

가. 목 적 : 개선된 전단연결재 및 전단철근의 작업성 및 안전성 검증

나. 일 시 : 2008년 10월 15일 ~ 10월 18일

다. 위 치 : 전주~남원 고속도로 제2공구

라. 수 량 : 35m PSCI거더 5본

마. 시험시공 결과

1) 전반적으로 철근조립에 문제는 없음.

2) 전단연결재 형상 및 제원 변경

➡ 철근가공 편의를 위해 갈고리 곡선부를 직선 절곡

➡ 거더 상면과 갈고리 끝단의 간격 6cm는 적정함.

3) 거더 거치 후 상부공 작업안전성 향상

 

 

5. 검토결과

1) 전단연결재의 형상 및 배치

◦ 거더 상면의 작업공간을 확보하기 위하여 전단철근(스터럽) 대신 별도의 전단연결재를 교축방향으로 배근

◦ 도로교설계기준에는 전단철근을 바닥슬래브까지 연장하여 전단철근의 일부가 전단연결재의 역할을 하도록 되어 있으나, PSCI거더교 설계시 유효높이(d)에 바닥슬래브의 두께는 고려하지 않으므로 본 검토에서 제안한 방법과 같이 별도의 전단연결재를 사용하여도 구조적으로 문제가 없음.

 

2) 전단철근 간격

◦ 구조계산서 검토 결과 전단철근의 간격이 400mm 이상 가능한 것으로 나타남.

◦ 전단철근 배근간격은 현행 200mm를 400mm로 배근 가능.

 

3) 전단연결재 간격

◦ 구조계산서 검토 결과 전단연결재의 간격은 400mm 이상 가능하나 최소철근 규정에 의해 배근 간격은 400mm를 넘지 않도록 함.

◦ 거더 상단의 바닥슬래브와의 접촉면은 마찰저항력 증대를 위하여 거친면마무리(대략 6mm 깊이로 일부러 거칠게 함)를 하고 전단연결재의 배근간격은 C.T.C 400mm로 함. (도로설계편람 제5편 교량(국토해양부, 2008) 508.2 PSC 합성거더교 설계편 참조)

◦ 다만, 전단연결재를 400mm 간격으로 배근하고 아래 도로교설계기준 ②항을 만족하는 경우에는 접촉면에 거친면마무리는 생략할 수 있음.

 

※ 하중조건이 특수한 경우 전단철근과 전단연결재는 구조계산 결과에 따라 거더 단부구간에

C.T.C 400mm 이하로 배근할 수 있다.

 

 

 

 

Ⅳ

개선방안

 

 

적용대상 구분	경간장 35M 이하	경간장 35M 초과
전단철근	- 스터럽(D16)을 전구간 C.T.C400㎜로 배근	구조계산 결과에 따라 철근량 산정
전단연결재	- 갈고리철근(D16)을 교축방향으로전단 철근 배근간격에 따라 동일하게 C.T.C 400㎜로 배근
전단연결재 노출길이	- 노출길이는 바닥슬래브 주철근 배근 시 간섭을 피할 수 있도록 16cm로 함 - 갈고리철근 끝단과 거더 상면과의 간격 은 6cm로 함
접촉면 처리	- 거더 상단의 바닥슬래브와의 접촉면은 거친면마무리 처리 (대략 6㎜ 깊이로 일부러 거칠게 함)

 

 

 

 

Ⅴ

기대효과

 

□ 전단연결재가 거더 상면의 양 외측에 배치되므로 거더 상면의 중앙부에 이동공간 확보

➡ 작업자의 안전성 향상

□ 전단철근 배근 시 일정 간격으로 배근하므로 철근 배근 작업성 향상 및 검측 용이

□ 전단연결재가 갈고리형상이므로 바닥슬래브 철근 배근작업 용이

□ 작업공간이 확보되어 상면의 표면처리작업 용이

➡ 바닥슬래브와의 접합력 증대

 

 

□ 품질향상 및 공사비 절감

➡ 공사비 절감 : 660,000원/본(총공사비), L=35m 기준

(예: 동해-삼척, 충주-제천 고속도로 PSC Beam 수 : 531본,

660,000원/본 × 531본 = 350,460,000원)

 

 

 

Ⅵ

적용방안

 

□ 설계중인 노선 : 본 방침 적용

□ 공사중 또는 미발주 노선 : 공사(설계)주관부서에서 적용여부 판단

 

 

첨 부 : 1. PSC Beam 일반도 및 구조도

2. 공사비 산출 근거

3. 시험시공 사진첩

4. 전단철근 구조계산서. 끝.

 

 

 

첨부 #2

공사비 산출 근거 (PSC BEAM 35.0M)

 

 

 

 

첨부 #3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PSCI거더 전단철근 개선 시험시공

 

사 진 첩

 

 

 

 

 

사 진 대 지

 

 

 

 

 

사 진 대 지

 

 

 

 

 

사 진 대 지

 

 

 

 

 

사 진 대 지

 

 

 

 

 

첨부 #4 전단설계 구조계산서

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

※ D16 철근을 사용하는 경우 : 전단력이 작은 중앙부에도 최소 수평전단철근 규정에 의해

C.T.C. 400mm로 배근함

 

최소철근량(Amin) :