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콘크리트 곡선 거더교 적용 검토 설계처-2553

(2014.10.21)

1 검 토 배 경

□ IC와 JCT 등 곡선반경이 작은 구간에 건설되는 교량은 대부분

건설비가 높은 강박스거더형식 교량으로 시공되고 있음.

※ 강합성계열(2,536천원/m2), PSC거더계열(1,756천원/m2), 2014도로업무편람

□ 국내․외 시공사례 및 설계기준 분석을 통하여 곡선 구간에

경제적인 콘크리트 곡선거더 교량2) 적용방안을 검토하고자 함.

100約원가절감 실천과제(원가-18)

신개념 콘크리트 곡선 거더 적용 검토

구 분 강박스거더교 콘크리트거더교

형 상

공법개요

공장에서 제작한 강박스 세그

먼트를 현장으로 운반하여

고장력볼트, 용접 등을 이용

하여 현장에서 조립 및 가설

하는 공법

콘크리트 단면내에 배치된

PS강연선을 긴장, 압축력을

도입한 곡선 PSC 거더를 공장

또는 현장에서 제작하여 가설

하는 공법

적용지간 40～70m 25～70m

특 징

․강판재를 이용한 공장제작

으로 평면선형, 종단경사

등의 제약조건을 수용할 수

있는 공법

․지속적인 도장, 점검 등으로

유지관리 필요

․거푸집을 이용한 현장 제작

으로 평면선형, 지간장에

제약이 있으나, 경제적인

제작이 가능한 공법

․강교대비 공사비용 20%이상

절감 가능

2) 곡선 거더 교량 : 곡선반경이 200m 이내인 교량

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2 국․내외 시공사례

□ 국외 시공실적

o (미국) 2005년 이후 Colorado, Pennsylvania, Nebraska를 중심으

로 설계/시공이 활발하게 진행중

o (일본) 동경 디즈니랜드, 오키나와에서 모노레일을 건설하면서

일부 구간에 곡선 거더 적용

o (말레이시아) 쿠알라룸푸르 경전철 LRT KTM 모노레일 곡선구

간에 PSC 곡선 거더 적용

【I270bridge교, 미국】【디즈니랜드, 일본】【모노레일, 말레이시아】

□ 국내 시공실적

o 대구시 도시철도 3호선구간(모노레일 방식)에 국내 최초 시공

- 곡선 빔(373본)을 공장제작하여 현장 이동 후 가설

o 동대구역사에 시공중이며, 규암~청남간 지방도에 설계중

【도시철도3호선,대구】【PSC 궤도빔 단면】【PSC 궤도빔 제원】

․크기 : 850×1,800mm

․지간 : 30m

․곡선반경 : 219m

․콘크리트강도 : 45MPa

․철근강도 : SD300

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3 적용방안 검토

■ 콘크리트 곡선거더 적용성 분석

■ 콘크리트 곡선거더 설계 고려사항

■ 콘크리트 곡선거더 경제성 비교

【적용성 분석 】

□ 공용중인 곡선구간 교량 분석

o 곡선교 중 경간장 30m 미만은 라멘교, 30m 초과는 강박스교가

95%이며 그중 곡선반경 80m 이상이 전체의 85%임

구 분 계 L<30 L<40 L<50 L<60 L≤70

개 소 253 85 36 90 36 6

라멘교 71 71

강박스교 163 4 31 86 36 6

기타 19 10 5 4

구 분 계 R<50 R<80 L<120 L<160 L≤200

개 소 253 8 31 64 78 72

라멘교 71 3 11 22 15 20

강박스교 163 5 20 35 57 46

기타 19 7 6 6

□ 곡선교 국․내외기준

o (도로교 설계기준, 2010년) 곡선반경이 200m정도 이상, 한 경간의

곡선 원호각이 30°이하인 곡선 박스거더교인 경우에는 곡선장을

경간으로 하는 직교로 치환해서 설계해도 좋다.

o (AASHTO, 미국) 고속도로 곡선 거더교는 지간 300ft(≒90m) 미

만, 곡선반경 100ft(≒30m) 이상으로 제한

☞ 곡선반경 200m미만 강박스 설계교량에 곡선 거더교 검토 필요

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【설계 고려사항 】

□ 직선거더교와 곡선거더교 차이점

구 분 【직선거더】

【곡선거더교 】

R=200m R=80m

개념도

특징점

․2D해석 수행

․비틀림검토 無

․추가적인 비틀림

보강 불필요

․3D해석 수행

․비틀림검토 수행

․비틀림철근 보강

(최소규정 적용)

․3D해석 수행

․비틀림검토 수행

․추가적인 비틀림

철근 보강 필요

□ 곡선 거더교 고려사항

구 분 직선거더교 곡선거더교 비고

단 면

․주축에 관한 휨설계

(I-Type)

․휨과 비틀림 설계

(□-Type)

바닥판 ․원심하중 적용 無․원심하중 적용

하중산정

․비틀림력 無

․설계차선폭(3.6m) 재하

․편심하중에 의한

비틀림 부재력 산정

․표준점유폭(3.0m) 재하

PS강선 ․종방향 마찰손실 ․종+횡방향 마찰손실

가로보 ․중간가로보 1개소

․중간가로보 다수설치

L≤12, t=200mm (R<240)

PS도입 ․동일한 솟음량

․긴장력 도입순서 및

크기 검토 필요

․솟음전도제어 필요

가 설

․외력에 따른 전도방지

장치 필요

․외력 및 거더형상에 따른

전도방지장치 필요

거푸집 ․동일한 거푸집

․곡률 조정이 가능한

이동식 거푸집 적용

☞ 곡선거더교 형상과 하중편심으로 발생되는 비틀림 영향 고려

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【경제성 비교 】

□ 곡선구간 경제성 비교

o 대상 : 서수원~오산~평택 고속도로 백봉 JCT Ramp-H교량

o 제원 : L=125(40+45+40)m, B=8.5m, R=80m

【단위 : 백만원】

구 분 강박스거더교 콘크리트거더교 비 고

단면도

상부공사비

․강박스(112톤/경간)

779

․콘크리트(417톤/경간)

519(감260)

1:0.67

하부공사비

․교량받침 : 8EA

․말 뚝 : 109EA

272

․교량받침 : 18EA

․말 뚝 : 124EA

331(증59)

1:1.22

공사비 1,051 850(감201) 1:0.80

유지관리비

(50년)

2,100 1,408(감692) 1:0.67

계 3,151 2,258(감893) 1:0.71

※ 유지관리비 회귀식 개발(2014. 7, 기술심사처)

【적용 검토 결과 】

o 곡선 거더교는 단면 형상 및 하중 편심로 발생하는 비틀림력에

대한 안전성 검토가 필요하며,

o 콘크리트 거더 적용시 공사비는 20% 절감, 유지관리비는 33%

절감으로 유지관리 포함 총 공사비는 29% 절감 예상

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4 검 토 결 론

□ 콘크리트 곡선 거더교는 나들목 및 분기점 연결로 등 곡선반경이

작은 구간에 적용되는 강박스거더교와 비교시 유지관리, 공

사비 측면에서 경제성이 우수하여 설계 적용 검토 필요

※ 강박스거더 교량 대비 공사비(20%) 및 유지관리비(33%) 절감

□ 설계중인 노선의 곡선부 강박스거더형식 선정 교량에 대하여

경간장, 곡선반경 등의 설계조건과 경제성 등을 검토하여

시범설계 및 설계심의 시행

경제성

☞ 콘크리트 곡선거더 교량 도입시 247억원 절감 예상

o 대상 : 함양～울산 등 설계중인 노선

※ 산출근거 : 8.9억/2차로/125m 교량

붙 임 : 적용효과 경제성 분석