지침 한국도로공사_설계실무자료집_2009년_5-11_전단연결재(스터드) 설계 최적화 방안 검토
2024.02.29 10:23
5-11 전단연결재(스터드) 설계 최적화 방안 검토
기술심사실-1327
(2008. 7. 29)
1. 검토목적
콘크리트 바닥판과 합성작용을 위한 강합성 교량의 전단연결재인 스터드의 직경과 배치간격을 최적화하여 시공성 및 경제성 향상을 도모하고자 함
※ 대상교량 : Steel Box Girder교, 소수주형교, 개구제형교, PCT거더교 등
전단연결재(스터드)란?
교량바닥판에서 강재거더로 수평전단력이 전달될 때 충분한 내하력을 가짐과 동시에 바닥판이 들뜨는 것을 방지하기 위해 설치하는 것으로 일반적으로 머리와 줄기를 가지는 스터드(stud)를 사용한다.
2. 현 황
설계기준
|
구 분 |
내 용 |
|
- 도로교설계기준(2005) - 강도로교 상세부 설계지침(2006) |
스터드 줄기지름 : 19, 22, 25mm 적용 스터드 배치간격 : 바닥판 두께의 3배, 600mm 이하 |
현 설계
도로교 설계기준(2005년), 강도로교 상세부지침(2006년)상 스터드 직경을 φ25mm까지 적용할 수 있으나, 대부분 φ22mm를 적용하고 있음
스터드 배치간격(교축방향)은 지점부(내부포함)를 제외한 중앙부를
대부분 500mm로 설계하고 있음
3. 문제점
원자재 값(원유, 강재, 고철 등) 상승으로 인한 건설환경 악화 대부분 스터드 직경은 φ22mm, 배치간격(중앙부)은 500mm로 설계하고 있어 경제적인 측면에서 불리함. 슬래브 철근배근시 스터드와의 간섭으로 인하여 시공성 저하
4. 검토(안)
검토조건
1) Steel Box Girder교량 (가정)
- 단순교 : L=50m, 2차로(B=12.6m), 직선교
- 연속교 : L=130m(40m+50m+40m), 2차로(B=11.1m), 곡선교(R=300m)
2) 직경 및 배치간격 (단위:mm)
|
구 분 |
당 초 |
검토안 |
|
직 경 |
φ22 |
φ25 |
|
최대 배치간격 |
500 |
600 |
검토내용
1) 강도로교 설계 최적화를 위한 설계자문 (2008. 5. 14)
|
자문위원 : 경기대학교 조재병교수외 6인
자문결과 : 스터드 직경은 φ25mm까지는 구조적으로 문제가 없어
직경을 상향하여 스터드 수량 축소 의견제시 |
2) 구조적 안정성
- 수평전단력 대비 허용전단력 검토 (배치간격 산정)
- 피로강도를 고려한 전단연결재 간격 검토 (배치간격 적정성 검토)
- 극한강도 검토 (필요․설치개수 산정)
⇒ 스터드 직경을 φ25mm까지 적용하여 검토한 결과, 구조적으로 안정함. (별첨 : 구조 안정성 검토자료)
3) 공사비 및 시공성
▪공사비
|
구 분 |
당 초 (φ22mm) |
개 선 (φ25mm) |
||
|
최대간격 500mm |
최대간격 600mm |
|||
|
단 순 교 |
수 량 (개) |
3,982 |
- |
2,400 (▼40%) |
|
공사비(천원) |
1,990 |
- |
1,590 (▼20%) |
|
|
연 속 교 |
수 량 (개) |
8,930 |
5,580 (▼37%) |
- |
|
공사비(천원) |
4,460 |
3,690 (▼17%) |
- |
|
▪시공성
5. 검토결과
스터드 직경은 구조적 안정성에 문제가 없고 공사비, 시공성측면에서도 유리하여 φ25mm를 적용
스터드 최대 배치간격(교축방향)은
단순교 : 지점부는 구조계산에 의거 배치간격을 산정하고
중앙부는 대부분 500mm 적용 ⇒ 600mm까지 적용
연속교 : 지점부(내부포함)는 대부분 125mm 적용
⇒ 구조계산을 통하여 배치간격을 최대한 확대 적용
6. 적용방안
설계중 또는 VE시행 노선 : 본 방침 적용
공사중인 노선 : 공사주관부서 판단 하에 적용
※ 별 첨 : 구조 안정성 검토자료
【별 첨】
구조안정성 검토 자료
1. 단순교 【L=50m, 2차로, B=12.6m】
|
구 분 |
검 토 내 용 |
|
|
당 초 ∅22mm |
|
|
|
설계기준 |
(교직)최소 52mm, (교축)최소 100mm, 최대 600mm |
|
|
적 용 |
(교직)지점부 60mm, (교축)지점부 115mm, 중앙부 500mm |
|
|
STUD개수 |
11 EA (교직방향) |
|
|
개 선 ∅25mm |
|
|
|
설계기준 |
(교직)최소 55mm, (교축)최소 100mm, 최대 600mm |
|
|
적 용 |
(교직)지점부 100mm, (교축)지점부 110mm, 중앙부 600mm |
|
|
STUD개수 |
8 EA (교직방향) |
|
[단순교 구조검토 결과]
|
구 분 |
허용전단력 검토결과 |
피로설계 검토결과 |
극한강도 검토결과 |
배치 간격 |
비 고 |
|||||||||
|
직 경 (배열) |
콘크리트강도 (MPa) |
검토 위치 |
수평 전단력 (N/mm) |
허용 전단력 (N) |
소요 간격 (mm) |
수평 전단력 (N/mm) |
허용 전단력 (N) |
소요 간격 (mm) |
거더당 필요 개수 (ea) |
거더당 설치 개수 (ea) |
소요 간격 (mm) |
설계 기준 (mm) |
적용 간격 (mm) |
판정 |
|
φ22 (11본) |
27 |
지점부 |
2197.4 |
2.6E+05 |
120 |
333.7 |
2.1E+05 |
622 |
522 |
1991 |
120 |
100 |
115 |
OK |
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.6E+05 |
853 |
264.7 |
2.1E+05 |
784 |
784 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
φ25 (6본) |
지점부 |
2197.4 |
1.9E+05 |
84 |
333.7 |
1.5E+05 |
438 |
404 |
1146 |
84 |
100 |
80 |
NG |
|
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
1.9E+05 |
601 |
264.7 |
1.5E+05 |
553 |
553 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
φ25 (7본) |
지점부 |
2197.4 |
2.2E+05 |
98 |
333.7 |
1.7E+05 |
511 |
404 |
1232 |
98 |
100 |
95 |
NG |
|
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.2E+05 |
701 |
264.7 |
1.7E+05 |
645 |
645 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
지점부 |
2197.4 |
2.2E+05 |
98 |
333.7 |
1.7E+05 |
511 |
404 |
1141 |
98 |
100 |
95 |
NG |
||
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.2E+05 |
701 |
264.7 |
1.7E+05 |
645 |
645 |
600 |
600 |
OK |
||||
|
φ25 (8본) |
지점부 |
2197.4 |
2.5E+05 |
112 |
333.7 |
2.0E+05 |
584 |
404 |
1304 |
112 |
100 |
110 |
OK |
|
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.5E+05 |
801 |
264.7 |
2.0E+05 |
737 |
737 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
지점부 |
2197.4 |
2.5E+05 |
112 |
333.7 |
2.0E+05 |
584 |
404 |
1200 |
112 |
100 |
110 |
OK |
||
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.5E+05 |
801 |
264.7 |
2.0E+05 |
737 |
737 |
600 |
600 |
OK |
||||
|
φ25 (9본) |
지점부 |
2197.4 |
2.8E+05 |
126 |
333.7 |
2.2E+05 |
657 |
404 |
1395 |
126 |
100 |
125 |
OK |
|
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.8E+05 |
902 |
264.7 |
2.2E+05 |
829 |
829 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
지점부 |
2197.4 |
2.8E+05 |
126 |
333.7 |
2.2E+05 |
657 |
404 |
1278 |
126 |
100 |
125 |
OK |
||
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.8E+05 |
902 |
264.7 |
2.2E+05 |
829 |
829 |
600 |
600 |
OK |
||||
|
구 분 |
허용전단력 검토결과 |
피로설계 검토결과 |
극한강도 검토결과 |
배치 간격 |
비 고 |
|||||||||
|
직 경 (배열) |
콘크리트강도 (MPa) |
검토 위치 |
수평 전단력 (N/mm) |
허용 전단력 (N) |
소요 간격 (mm) |
수평 전단력 (N/mm) |
허용 전단력 (N) |
소요 간격 (mm) |
거더당 필요 개수 (ea) |
거더당 설치 개수 (ea) |
소요 간격 (mm) |
설계 기준 (mm) |
적용 간격 (mm) |
판정 |
|
φ25 (6본) |
30 |
지점부 |
2197.4 |
2.0E+05 |
89 |
333.7 |
1.5E+05 |
438 |
448 |
1116 |
89 |
100 |
85 |
NG |
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.0E+05 |
634 |
264.7 |
1.5E+05 |
553 |
553 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
φ25 (7본) |
지점부 |
2197.4 |
2.3E+05 |
104 |
333.7 |
1.7E+05 |
511 |
448 |
1190 |
104 |
100 |
100 |
OK |
|
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.3E+05 |
739 |
264.7 |
1.7E+05 |
645 |
645 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
지점부 |
2197.4 |
2.3E+05 |
104 |
333.7 |
1.7E+05 |
511 |
448 |
1099 |
104 |
100 |
100 |
OK |
||
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.3E+05 |
739 |
264.7 |
1.7E+05 |
645 |
645 |
600 |
600 |
OK |
||||
|
φ25 (8본) |
지점부 |
2197.4 |
2.6E+05 |
118 |
333.7 |
2.0E+05 |
584 |
448 |
1288 |
118 |
100 |
115 |
OK |
|
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.6E+05 |
845 |
264.7 |
2.0E+05 |
737 |
737 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
지점부 |
2197.4 |
2.6E+05 |
118 |
333.7 |
2.0E+05 |
584 |
448 |
1184 |
118 |
100 |
115 |
OK |
||
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.6E+05 |
845 |
264.7 |
2.0E+05 |
737 |
737 |
600 |
600 |
OK |
||||
|
φ25 (9본) |
지점부 |
2197.4 |
2.9E+05 |
133 |
333.7 |
2.2E+05 |
657 |
448 |
1368 |
133 |
100 |
130 |
OK |
|
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.9E+05 |
950 |
264.7 |
2.2E+05 |
829 |
829 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
지점부 |
2197.4 |
2.9E+05 |
133 |
333.7 |
2.2E+05 |
657 |
448 |
1251 |
133 |
100 |
130 |
OK |
||
|
중앙부 (최대) |
308.0 |
2.9E+05 |
950 |
264.7 |
2.2E+05 |
829 |
829 |
600 |
600 |
OK |
||||
2. 연속교 【L=130m(40+50+40), 2차로, B=11.1m】
|
구 분 |
검 토 내 용 |
|
|
당 초 ∅22mm |
|
|
|
설계기준 |
(교직)최소 52mm, (교축)최소 100mm, 최대 600mm |
|
|
적 용 |
(교직)지점부 60mm, (교축)지점부 125mm, 중앙부 500mm |
|
|
STUD개수 |
11 EA (교직방향) |
|
|
개 선 ∅25mm |
<교축방향> |
|
|
설계기준 |
(교직)최소 55mm, (교축)최소 100mm, 최대 600mm |
|
|
적 용 |
(교직)지점부 90mm, (교축)지점부 140mm, 중앙부 500mm |
|
|
STUD개수 |
9 EA (교직방향) |
|
<
[연속교 구조검토 결과]
|
구 분 |
허용전단력 검토결과 |
피로설계 검토결과 |
극한강도 검토결과 |
배치 간격 |
비 고 |
|||||||||
|
직 경 (배열) |
콘크리트강도 (MPa) |
검토 위치 |
수평 전단력 (N/mm) |
허용 전단력 (N) |
소요 간격 (mm) |
수평 전단력 (N/mm) |
허용 전단력 (N) |
소요 간격 (mm) |
거더당 필요개수 (ea) |
거더당 설치개수 (ea) |
소요 간격 (mm) |
설계 기준 (mm) |
적용 간격 (mm) |
NG or OK |
|
φ22 (11본) |
27 |
지점부 |
1964.0 |
2.6E+05 |
134 |
449.9 |
2.1E+05 |
461 |
1824 |
4466 |
134 |
100 |
125 |
OK |
|
중앙부 |
512.7 |
2.6E+05 |
513 |
371.7 |
2.1E+05 |
559 |
513 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.6E+05 |
534 |
271.0 |
2.1E+05 |
766 |
534 |
600 |
125 |
OK |
||||
|
φ25 (6본) |
지점부 |
1964.0 |
1.9E+05 |
94 |
449.9 |
1.5E+05 |
325 |
1412 |
2628 |
94 |
100 |
90 |
NG |
|
|
중앙부 |
512.7 |
1.9E+05 |
361 |
371.7 |
1.5E+05 |
393 |
361 |
600 |
350 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
1.9E+05 |
376 |
271.0 |
1.5E+05 |
540 |
376 |
600 |
350 |
OK |
||||
|
φ25 (7본) |
지점부 |
1964.0 |
2.2E+05 |
110 |
449.9 |
1.7E+05 |
379 |
1412 |
2695 |
110 |
100 |
105 |
OK |
|
|
중앙부 |
512.7 |
2.2E+05 |
421 |
371.7 |
1.7E+05 |
459 |
421 |
600 |
400 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.2E+05 |
439 |
271.0 |
1.7E+05 |
630 |
439 |
600 |
400 |
OK |
||||
|
φ25 (8본) |
지점부 |
1964.0 |
2.5E+05 |
126 |
449.9 |
2.0E+05 |
433 |
1412 |
2784 |
126 |
100 |
125 |
OK |
|
|
중앙부 |
512.7 |
2.5E+05 |
481 |
371.7 |
2.0E+05 |
525 |
481 |
600 |
450 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.5E+05 |
502 |
271.0 |
2.0E+05 |
720 |
502 |
600 |
450 |
OK |
||||
|
φ25 (9본) |
지점부 |
1964.0 |
2.7E+05 |
141 |
449.9 |
2.2E+05 |
488 |
1412 |
2790 |
141 |
100 |
140 |
OK |
|
|
중앙부 |
512.7 |
2.7E+05 |
542 |
371.7 |
2.2E+05 |
590 |
542 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.7E+05 |
564 |
271.0 |
2.2E+05 |
809 |
564 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
φ25 (6본) |
30 |
지점부 |
1964.0 |
2.0E+05 |
99 |
449.9 |
1.5E+05 |
325 |
1504 |
2604 |
99 |
100 |
95 |
NG |
|
중앙부 |
512.7 |
2.0E+05 |
381 |
371.7 |
1.5E+05 |
393 |
381 |
600 |
350 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.0E+05 |
397 |
271.0 |
1.5E+05 |
540 |
397 |
600 |
350 |
OK |
||||
|
φ25 (7본) |
지점부 |
1964.0 |
2.3E+05 |
116 |
449.9 |
1.7E+05 |
379 |
1504 |
2639 |
116 |
100 |
115 |
OK |
|
|
중앙부 |
512.7 |
2.3E+05 |
444 |
371.7 |
1.7E+05 |
459 |
444 |
600 |
400 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.3E+05 |
463 |
271.0 |
1.7E+05 |
630 |
463 |
600 |
400 |
OK |
||||
|
φ25 (8본) |
지점부 |
1964.0 |
2.6E+05 |
132 |
449.9 |
2.0E+05 |
433 |
1504 |
2528 |
132 |
100 |
130 |
OK |
|
|
중앙부 |
512.7 |
2.6E+05 |
507 |
371.7 |
2.0E+05 |
525 |
507 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.6E+05 |
529 |
271.0 |
2.0E+05 |
720 |
529 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
φ25 (9본) |
지점부 |
1964.0 |
2.9E+05 |
149 |
449.9 |
2.2E+05 |
488 |
1504 |
2637 |
149 |
100 |
145 |
OK |
|
|
중앙부 |
512.7 |
2.9E+05 |
571 |
371.7 |
2.2E+05 |
590 |
571 |
600 |
550 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.9E+05 |
595 |
271.0 |
2.2E+05 |
809 |
595 |
600 |
550 |
OK |
||||
|
구 분 |
허용전단력 검토결과 |
피로설계 검토결과 |
극한강도 검토결과 |
배치 간격 |
비 고 |
|||||||||
|
직 경 (배열) |
콘크리트강도 (MPa) |
검토 위치 |
수평 전단력 (N/mm) |
허용 전단력 (N) |
소요 간격 (mm) |
수평 전단력 (N/mm) |
허용 전단력 (N) |
소요 간격 (mm) |
거더당 필요개수 (ea) |
거더당 설치개수 (ea) |
소요 간격 (mm) |
설계 기준 (mm) |
적용 간격 (mm) |
NG or OK |
|
φ22 (11본) |
27 |
지점부 |
1964.0 |
2.6E+05 |
134 |
449.9 |
2.1E+05 |
461 |
1824 |
4466 |
134 |
100 |
125 |
OK |
|
중앙부 |
512.7 |
2.6E+05 |
513 |
371.7 |
2.1E+05 |
559 |
513 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.6E+05 |
534 |
271.0 |
2.1E+05 |
766 |
534 |
600 |
125 |
OK |
||||
|
φ25 (6본) |
지점부 |
1964.0 |
1.9E+05 |
94 |
449.9 |
1.5E+05 |
325 |
1412 |
2628 |
94 |
100 |
90 |
NG |
|
|
중앙부 |
512.7 |
1.9E+05 |
361 |
371.7 |
1.5E+05 |
393 |
361 |
600 |
350 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
1.9E+05 |
376 |
271.0 |
1.5E+05 |
540 |
376 |
600 |
350 |
OK |
||||
|
φ25 (7본) |
지점부 |
1964.0 |
2.2E+05 |
110 |
449.9 |
1.7E+05 |
379 |
1412 |
2695 |
110 |
100 |
105 |
OK |
|
|
중앙부 |
512.7 |
2.2E+05 |
421 |
371.7 |
1.7E+05 |
459 |
421 |
600 |
400 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.2E+05 |
439 |
271.0 |
1.7E+05 |
630 |
439 |
600 |
400 |
OK |
||||
|
φ25 (8본) |
지점부 |
1964.0 |
2.5E+05 |
126 |
449.9 |
2.0E+05 |
433 |
1412 |
2784 |
126 |
100 |
125 |
OK |
|
|
중앙부 |
512.7 |
2.5E+05 |
481 |
371.7 |
2.0E+05 |
525 |
481 |
600 |
450 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.5E+05 |
502 |
271.0 |
2.0E+05 |
720 |
502 |
600 |
450 |
OK |
||||
|
φ25 (9본) |
지점부 |
1964.0 |
2.7E+05 |
141 |
449.9 |
2.2E+05 |
488 |
1412 |
2790 |
141 |
100 |
140 |
OK |
|
|
중앙부 |
512.7 |
2.7E+05 |
542 |
371.7 |
2.2E+05 |
590 |
542 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.7E+05 |
564 |
271.0 |
2.2E+05 |
809 |
564 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
φ25 (6본) |
30 |
지점부 |
1964.0 |
2.0E+05 |
99 |
449.9 |
1.5E+05 |
325 |
1504 |
2604 |
99 |
100 |
95 |
NG |
|
중앙부 |
512.7 |
2.0E+05 |
381 |
371.7 |
1.5E+05 |
393 |
381 |
600 |
350 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.0E+05 |
397 |
271.0 |
1.5E+05 |
540 |
397 |
600 |
350 |
OK |
||||
|
φ25 (7본) |
지점부 |
1964.0 |
2.3E+05 |
116 |
449.9 |
1.7E+05 |
379 |
1504 |
2639 |
116 |
100 |
115 |
OK |
|
|
중앙부 |
512.7 |
2.3E+05 |
444 |
371.7 |
1.7E+05 |
459 |
444 |
600 |
400 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.3E+05 |
463 |
271.0 |
1.7E+05 |
630 |
463 |
600 |
400 |
OK |
||||
|
φ25 (8본) |
지점부 |
1964.0 |
2.6E+05 |
132 |
449.9 |
2.0E+05 |
433 |
1504 |
2528 |
132 |
100 |
130 |
OK |
|
|
중앙부 |
512.7 |
2.6E+05 |
507 |
371.7 |
2.0E+05 |
525 |
507 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.6E+05 |
529 |
271.0 |
2.0E+05 |
720 |
529 |
600 |
500 |
OK |
||||
|
φ25 (9본) |
지점부 |
1964.0 |
2.9E+05 |
149 |
449.9 |
2.2E+05 |
488 |
1504 |
2637 |
149 |
100 |
145 |
OK |
|
|
중앙부 |
512.7 |
2.9E+05 |
571 |
371.7 |
2.2E+05 |
590 |
571 |
600 |
550 |
OK |
||||
|
내부지점 |
491.9 |
2.9E+05 |
595 |
271.0 |
2.2E+05 |
809 |
595 |
600 |
550 |
OK |
||||
