2011년도 설계실무자료집 - 부대공

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7-1 강풍지역 방풍시설 설계기준 개선 설 계 처-258

(2011. 2. 9)

I 목 적

강풍지역에 설치되는 방풍시설에 대하여 기준풍속과 판단절차 등

설치기준을 검토, 개선함으로써 주행차량의 교통안전을 증진코자 함

II 추진경위

□ ‘02. 3 : 강풍대비 안전대책 수립【도로도09123-40】

- 강풍예상지역 전광판, 주의표지판 및 바람자루 설치

□ ‘02. 12 : 영동선 224.6km 성산1교(L=1,000m, H=3m) 방풍벽 설치

□ ‘03. 12 : 고속도로 강풍지역 차량주행 안전성 확보방안 연구【도교원】

- 방풍벽 설치 판정기준(안)

․일반구간 : 재현기간 1/6년 10분 평균풍속 25m/s 초과

․터널통과후구간 : 재현기간 1/6년 3초 평균풍속 25m/s 초과

□ ‘05. 7 : 감사지적 (감사실-1059)

- 강풍 발생구간은 공사시 풍속을 계측하여 방풍벽을 설치할 수

있도록 방풍벽 설치방안에 대한 기준수립이 필요

□ ‘08. 2 : 방풍벽 설치 지침 수립 (설계처-431)

□ ‘10. 1 : 방풍벽 설치지역 선정 지침 제정【도로교통연구원】

․위험풍속 개선 : 순간풍속(3초평균풍속) 30m/s 초과시

․현장측정풍속을 근거로 한 방풍시설 판단절차 규정

※ 설계자문위원회 심의(기술심사처-3201, 2009.12)

【고속도로 방풍벽 설치 현황】

◦ 2002년 영동선 확장 개통 이후 17개소/15km 설치 (단위 : 개소/m)

 

구분	계	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008
계	17/15,000	1/1,000	2/1,900	3/2,800	5/3,500	3/3,800	2/1,600	1/400
영동선	12/8,800	1/1,000	2/1,900	3/2,800	3/1,700	1/200	1/800	1/400
동해선	2/2,900					1/2,100	1/800
중앙선	3/3,300				2/1,800	1/1,500

 

 

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III 현 설계 및 문제점

현 설 계

강풍지역은 방풍벽을 설계시 반영하고 공사시 풍속실측을 통해

설치여부 판단

□ (설계시) 방풍벽 반영

 

산악지역	연장 200m 이상, 교고 40m 이상 계곡부 교량
해안지역	연장 200m 이상, 강풍발생지역의 교량
기 타	현지 기상, 지형여건을 고려하여 필요한 구간

 

 

※ 계측용역비 반영

□ (공사시) 계측결과에 의거 방풍벽 설치

 

구 분	판 정 기 준	비 고
일반구간	25m/s(10분 평균풍속) 초과시	재현기간 1/6년
터널통과후 높은 풍속구간	25m/s( 3초 평균풍속) 초과시

 

 

□ 설치형식

- 팽창메탈형, 유공절판형 등의 다양한 제품 중 풍속, 조망권, 미관 등

현장여건에 따라 효과적이라 판단되는 형식 적용

팽창메탈형 유공절판형 벌집형

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문 제 점

□ 현재의 위험풍속 기준은 바람의 순간적인 변동성을 미고려함으로써

주행안전성이 다소 미흡

o 현재 방풍벽 설치기준풍속은 10분간 풍속의 평균치이므로 주행

차량의 안전에 실질적으로 영향을 미치는 돌풍 등 순간적 풍속의

변화가 미고려됨

☞ 강풍에 의한 주행경로 이탈시 사고 유발, 쾌적한 주행환경 저해

□ 방풍벽 설치판단 절차 불명확

o 현장계측된 풍속자료의 오차에 대한 검증과정이 없고, 풍속계측

방법, 재현주기 1/6년 풍속의 산정방법 등 계측기준과 판단절차가

명확치 않음

□ 방풍벽 규격 및 기초 등 설치기준 부재

o 방풍벽 규격, 기초 등에 대한 세부 기준이 없어 설계 및 시공시

혼란을 유발할 우려가 있음

o 강풍구간 주행안전성 확보를 위해 방풍벽 설치구간이 점차 확대

됨에 따라 방풍벽 설치규격 등에 대한 일관성 있는 기준 제시 필요

강풍지역의 주행안전성 향상을 위한

방풍벽 판단절차 및 세부기준 정립 필요

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IV 검토내용

1. 방풍벽 설치 기준풍속 개선

o 강풍지역 주행차량의 위험도를 분석하여 풍속의 변동성을 고려한

최대순간풍속을 주행위험풍속(강풍으로 인한 주행 이탈풍속)으로

적용함으로써 주행안전성 향상

o 차량이 횡풍에 의해 경로를 이탈하여 옆 차선을 침범하는 경우를

사고 위험상황으로 보고 차량속도-풍속-위험도지수의 상관관계를

통해 주행 위험풍속 산정 [방풍벽 설치지역 선정지침(도로교통연구원)]

 

구 분	기준풍속(주행위험풍속)		비 고
	기 존	변 경
일반구간	25m/s (10분 평균)	30m/s (3초 평균)
풍속급변구간	25m/s (3초 평균)	좌동

 

 

※ 과거 승용차 위험풍속인 25m/s(10분평균)는 38m/s(3초평균)로 환산되며 설치

기준을 30m/s(3초평균)로 강화하여 주행안전성을 높임

※ 수풍면적이 커서 승용차보다 위험한 버스기준으로 30m/s로 개선 적용

【차종별 주행위험풍속】

차 종 보장속도(제한속도) 주행위험풍속 비 고

승용차, 승합차

110km/hr

35m/s

버 스 30m/s

화물차 90km/hr 35m/s

〈버스, 화물차 〉

차량속도-풍속-위험도지수

화물차

버 스

풍속-차량위험속도

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2. 설치 판단 절차

□ 현장 단기풍속 측정후 장기 현장풍속을 추정하여 1/6년 재현풍속으로

설치여부 판단

“1/6년 재현풍속(V1/6) > 기준풍속” 일 경우 방풍벽 설치

1/6년 재현

풍속산정

현장풍속 확률모형

(GEV model)

현장 장기

풍속 추정

인근 기준점

풍속자료

현장단기

풍속 측정

V1/6 > 기준풍속

예

방풍벽설치

o 단기간의 특정지역 풍속자료만으로 풍속예측시 발생할 수 있는

오차를 줄이기 위해, 계측된 풍속데이터를 인근기준점(기상대,

AWS)의 장기풍속자료로 보정하여 현장 장기풍속을 산출

※ 현장단기풍속과 기준점의 풍속자료의 상관도가 낮을 경우(0.5미만), 현장단기

풍속자료를 이용하여 1/6년 재현풍속 산정

o 방풍벽 설치대상교량의 공사 착수 전, 현장풍속계측을 시행하여

방풍벽 설치여부 판단

3. 방풍벽 설계 조건

□ 설치높이는 세미트레일러 높이를 감안 4m[방풍벽(3m)+방호벽(1m)] 적용

□ 구조와 형식이 방음벽과 유사하므로 방음벽 설계기준을 준용

□ 방풍벽 설계풍하중

 

기본풍속 (m/sec)	항력계수	표준 풍화중(KN/㎡)		비 고
		토공부	교량부
30	0.8	0.45	0.60
35	0.8	0.65	0.80
40	0.8	0.80	1.00
45	0.8	1.05	1.30

 

 

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※ 방풍벽의 구조적 안전성 확보를 위해 방음벽 설계풍하중 검토[설계구10202-30086

(‘2002.3.7)]”에 따라, 지역별 기본풍속을 사용하고 토공부는 지표조도Ⅱ,

교량부는 지표조도Ⅱ와 고도20m를 기준으로 표준설계풍속 산정

※ 항력계수(Cd)는 “고속도로 강풍구간 주행안전성 확보를 위한 방풍벽 설치

지역 선정지침(도로교통연구원)”에 의거 토공부와 교량부에 0.8을 적용.

4. 방풍벽 세부 기준

□ 방풍벽 지주

 

구 분	내 용	비 고
지주간격	4.0m
지주규격	125×125×6.5×9
Base Plate	325×325×14
Rib Plate	90×150×6
앵커볼트	M22×500×4ea

 

 

□ 방풍벽 기초 형식

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□ 방풍벽 기초 규격

 

기본풍속 (m/sec)	표준풍화중 (KN/㎡)	L형옹벽 기초크기(m)	PILE+콘크리트 옹벽 파일간격
			직벽형 옹벽(m)	교량 방호벽형(m)
30	0.45	2.0×1.1	4.0	2.0
35	0.65	2.0×1.3	4.0	2.0
40	0.80	2.0×1.5	3.0	2.0
45	1.05	2.0×1.6	3.0	2.0

 

 

V 적용방안

□ 설계중인 노선 : 본 방침 적용

□ 공사중인 노선 : 공사주관(시행)부서 판단 후 적용

□ 공용중인 노선 : 유지관리부서 판단 후 적용

붙 임 1. 방풍벽 설치검토 상세 절차

2. 현장 풍속측정 방법

3. 방풍벽 설치 형식 검토

4. 방풍벽 구조계산 결과

5. 방풍벽 표준도

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붙 임 #1

방풍벽 설치판단 상세절차

1/6년 재현주기 풍속이 주행위험풍속 이상인 지역에 설치

□ 방풍벽 설치검토 절차

 

현장단기풍속 측정							◦1시간 최대순간풍속 ◦측정기간 1년 이상(풍속이 큰 11～5월 포함)
⇩
인근 기준점 풍속자료 조사							◦최근 10년간 축적된 자료 ※설계시는 기준점 풍속자료만 조사
⇩
현장 장기풍속 추정							◦ MCP 방법 적용
⇩
현장풍속 확률 모형							◦GEV 분포모형 적용
⇩
1/6년 재현풍속 산정
⇩
							◦주행위험풍속 : 30m/s 단, 바람이 급격히 변하는 구간인 터널 출구 등에서는 25m/s 적용
	V1/6 〉30m/s
		⇩		YES
방풍벽 설치

 

 

 

※ 필요시 설치판단에 대한 검토를 도로교통연구원에 의뢰 가능

o 의뢰시 현장 단기풍속 및 인근 기준점 풍속자료 첨부

[방풍벽 설치판단 소프트웨어 활용(도로교통기술원 자체 개발)]

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붙 임 #2

현장 풍속측정 방법

□ 측정장소

o 관측하고자 하는 도로의 형상을 대표하는 지점으로 선정(계곡중앙 등)

o 기준면(노면, 바닥판)으로부터 7m 이상에서 측정을 권장

- 계측가능한 높이에 계측기를 설치하고 목표고도의 풍속으로 보정

하여 사용 가능

- 고도보정 방법

1. 고도 보정식 (simiu & scanlan,wind effect on structure 1996)

   log

 

log 

 

   × 

 

※오차를 줄이기 위해 풍속계를 가급적 높게 설치

- 수목, 주택 등 주변장애물보다 반드시 높아야 함

2. 조도지수( ) (도로교설계기준, 케이블강교량 설계지침)

지표구분 지표상황 조도지수( ) 비고

Ⅰ 해상․해안 0.12

Ⅱ

개활지, 농지, 전원

수목과 저층건축물 산재 지역

0.16

Ⅲ

수목과 저층건축물 밀집 지역 중․

고층건물 산재 지역, 완만한 구릉지

0.22

Ⅳ

중․고층건물 밀집 지역

기복이 심한 구릉지

0.29

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□ 측정기간

o 최소 풍속 측정기간은 1년 이상 측정을 원칙

- 계절풍의 영향에 따라 비교적 풍속이 큰 11~5월 사이의 풍속자료를 반드시 포함

□ 풍속계는 기상관측표준화법에 따라 검증 받은 제품 사용

□ 계측항목

o 1시간 최대순간풍향․풍속

- 1시간 동안 순간풍향․풍속 중에서 최대값을 1시간 최대순간풍향․

풍속으로 산출

o 자 료 단 위 : 풍향(0.1°), 풍속(0.1m/s)

o 샘플링 시간 : 1.0초 이하

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붙 임 #3

방풍벽 설치형식 검토

□ 방풍벽 성능시험에 의해 검증된 자재를 사용하되 현장여건(미관,

경제성, 조망권 확보 등)을 고려하여 가장 효율적이라 판단되는

형식을 적용

구 분 팽창메탈형(XS-33) 유공절판형 비 고

제품개요

규 격 0.5×4.0m 0.25×4.0m

풍속저감효과

55～62%

(도로교통기술원)

73～77%

(한양대학교)

특 징

△다양한 업체 생산

△조망권 확보 유리

△유지관리 용이

▾디자인 반영 곤란

△디자인도입 용이

☞친환경이미지

△풍속저감효과 우수

제작 및

설치업체

국내업체 다수 (주)인일엠씨피

관련특허 -

실용신안 등록

디자인 등록

설치비

(m)

409,572 412,205

※ 특정제품 설계적용 지침(설계처-1731, 2010. 4. 9)에 따라 일반공법

(방풍벽)으로 설계하고 단가산출시는 최저단가를 적용

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붙 임 #4

방풍벽 구조계산 결과

□ 방풍벽 지주부

 

구분		설 계 풍 하 중(KN/㎡)							비고
		0.45	0.60	0.65	0.80	1.00	1.05	1.30
지주	휨응력	61.0Mpa < 210.0Mpa	80.8Mpa < 210.0Mpa	87.45Mpa < 210.0Mpa	107.3Mpa < 210.0Mpa	133.8Mpa < 210.0Mpa	140.39Mpa < 210.0Mpa	173.5Mpa < 210.0Mpa	O.K
	전단응력	7.76Mpa < 120.0Mpa	10.35Mpa < 120.0Mpa	11.22Mpa < 120.0Mpa	13.80Mpa < 120.0Mpa	17.25Mpa < 120.0Mpa	18.12Mpa < 120.0Mpa	22.43Mpa < 120.0Mpa	O.K
	합성응력	0.089Mpa < 1.2Mpa	0.156Mpa < 1.2Mpa	0.182Mpa < 1.2Mpa	0.274Mpa < 1.2Mpa	0.426Mpa < 1.2Mpa	0.470Mpa < 1.2Mpa	0.717Mpa < 1.2Mpa	O.K
용접 접합부	합성응력	0.015Mpa < 1.0Mpa	0.026Mpa < 1.0Mpa	0.031Mpa < 1.0Mpa	0.047Mpa < 1.0Mpa	0.073Mpa < 1.0Mpa	0.08Mpa < 1.0Mpa	0.122Mpa < 1.0Mpa	O.K
	전단응력	7.75Mpa < 80.0Mpa	10.33Mpa < 80.0Mpa	11.19Mpa < 80.0Mpa	13.77Mpa < 80.0Mpa	17.21Mpa < 80.0Mpa	18.07Mpa < 80.0Mpa	22.38Mpa < 80.0Mpa	O.K
앵카 볼트	인장력	45.46Mpa < 210Mpa	61.54Mpa < 210Mpa	66.90Mpa < 210Mpa	82.99Mpa < 210Mpa	104.43Mpa < 210Mpa	109.80Mpa < 210Mpa	136.59Mpa < 210Mpa	O.K
	전단응력	3.55Mpa < 90.0Mpa	4.74Mpa < 90.0Mpa	5.13Mpa < 90.0Mpa	6.31Mpa < 90.0Mpa	7.89Mpa < 90.0Mpa	8.29Mpa < 90.0Mpa	10.26Mpa < 90.0Mpa	O.K
	매입길이	138.91mm < 500mm	188.05mm < 500.0mm	204.43mm < 500mm	253.57mm < 500.0mm	319.09mm < 500.0mm	335.47mm < 500mm	417.36mm < 500.0mm	O.K
Base Plate	지압판 응력	26.45Mpa < 210.0Mpa	35.81Mpa < 210.0Mpa	38.93Mpa < 210.0Mpa	48.28Mpa < 210.0Mpa	60.76Mpa < 210.0Mpa	63.879Mpa < 210.0Mpa	79.47Mpa < 210.0Mpa	O.K
	지압응력	0.37Mpa < 7.385Mpa	0.48Mpa < 7.385Mpa	0.52Mpa < 7.385Mpa	0.64Mpa < 7.385Mpa	0.79Mpa < 7.385Mpa	0.83Mpa < 7.385Mpa	1.02Mpa < 7.385Mpa	O.K

 

 

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□ 토공부 기초

o L형 옹벽형

 

구분	설 계 풍 하 중(KN/㎡)				비고
	0.45	0.65	0.80	1.05
전도	2.433 > 2.0	2.345 > 2.0	2.505 > 2.0	2.191 > 2.0	O.K
활동	5.932 > 1.5	5.842 > 1.5	5.969 > 1.5	5.421 > 1.5	O.K
지지력	95.377KN/㎡ <138.031KN/㎡	92.019KN/㎡ <139.735KN/㎡	83.211KN/㎡ <142.507KN/㎡	89.761KN/㎡ <142.062KN/㎡	O.K

 

 

o 직벽형 옹벽

 

구분	설 계 풍 하 중(KN/㎡)				비고
	0.45	0.65	0.80	1.05
연직 지지력	85.846KN < 96.667KN	85.846KN < 96.667KN	64.85KN < 96.667KN	64.85KN < 96.667KN	O.K
수평 지지력	37.004KN < 93.419KN	44.635KN < 93.419KN	36.338KN < 93.419KN	43.491KN < 93.419KN	O.K
수평변위	8.70mm < 15.00mm	10.70mm < 15.00mm	8.78mm < 15.00mm	10.65mm < 15.00mm	O.K

 

 

o 교량방호벽형

 

구분	충돌하중만 고려시	풍하중만고려시	비고
연직 지지력	40.196KN < 96.667KN	40.196KN < 96.667KN	O.K
수평 지지력	44.390KN < 93.419KN	23.377KN <93.419KN	O.K
수평변위	10.38mm < 15.00mm	5.75mm < 15.00mm	O.K

 

 

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붙 임 #5

방 풍 벽 표 준 도

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