284 ❙ 구조물공

512

구조물공

한계상태설계법에 의한

교량 상부구조 발주자 결정사항 확정(안) 보고

설계처-2391

(2015.09.01)

1 추 진 배 경

□ 한계상태설계법에서는 설계변수 등 일부 항목을 발주자가

결정해 주어야 하며,

□ 교량 상부구조 설계를 위해, 그와 관련된 발주자 결정사항을

확정하고자 함

2 그간 추진 내용

□ 한계상태설계법 구조 전문가 회의 실시 (설계처-30, 2015.01.06)

o 한계상태설계법 개념설명 및 질의응답, 개선사항 토의 등

* 총 80명(도공 10, 설계사 70)

□ 한계상태설계법 고속도로 교량 세부설계지침(안) 통보

(도로교통연구원 구조물연구실-158, 2015.03.02)

o 노출환경에 따른 설계등급, 피복두께, 콘트리트강도, 하중수정

계수 등 발주자 결정사항 적용(안)

□ 콘크리트 거더교 최소피복 적용방안 수립 (설계처-454, 2015.03.02)

o 거도 공칭피복 두께 상향, 강연선 면적에 따른 덕트 규격 최소화

* 공칭피복 : 30mm→40mm, 덕트규격 : 88mm→73mm

□ 한계상태설계법 적용 추진방안 검토 (설계처-467, 2015.03.03)

o 실시설계 중인 노선 교량 일부를 한계상태설계법 설계 실시

* 노선 : 포항-영덕 등 2개, 교량 : 6개교(포스트텐션, 프리텐션, 강교 등)

* 본 설계 과정에서 도출된 문제점은 설계자문, 심의 등 을 통해 방침 수립 예정

구조물공 ❙ 285

구조물공

□ 교량 바닥판 설계 적용방안 검토 (설계처-1418, 2015.05.21)

o 최소 순피복 및 공칭강도 변경, 경제성을 고려한 설계방법 검토

* 유효지간, 경제성 등에 따라 전통적설계법 및 경험적설계법 선택

□ 압축철근 겹이음길이 산정 관련 설계기준 건의

(도공→한국도로협회, 설계처-1736, 2015.06.18)

o 현 기준의 모호한 내용을 명확히 하도록 건의

* (보정계수) 압축철근 = 1.0 적용(독일 DIN)

* 겹이음 길이는 압축이 인장보다 길지 않도록 규정(영국 BS 규정)

□ 철근 겹이음길이 산정(안) 검토 (설계처-1736, 2015.06.18)

o 철근강도 활용 유무에 따라 압축철근 세부 분류로 겹이음 길이 감소

* (당초) 압축철근 → (변경) 압축부 구조용 철근, 압축부 비구조용 철근

* 겹이음 길이(기초 상단) : (당초) 1,140mm → (변경) 290mm

□ 국토부 주관 한계상태설계법 관련 전문가 회의 참석(2015. 06. 19.)

o 신설계기준 적용에 따른 애로사항 건의 및 우리공사 추진현황 공유

* 그간의 방침 내용(거더교 최소피복 적용방안 등) 제출

□ 교량구간 방호벽 및 방음벽 기초개선 (설계처-1880, 2015.07.06)

o 한계상태설계법에 따른 방호벽 방음벽 압축강도 및 피복두께 변경

구 분 콘크리트 압축강도 철근 피복두께 비 고

교량 방호벽 30MPa → 35MPa 7cm →전면9cm, 배면7cm

교량 방음벽 기초 24MPa → 35MPa 5cm →전면9cm, 배면7cm

□ 중간성과물 설계 자문 시행 (설계처-1932, 2015.07.08)

o 상부형식(PSC 및 강교)에 대한 중간성과물 설계 자문

* 연세대 김상효 교수 외 4인

286 ❙ 구조물공

3 시험 설계 결과 요약

상부구조 설계 후 설계자문을 완료하였고, 자문결과를 반영한 결과임

□ PSC거더

◦ 교량개요 : 반일체식 PSC I형 거더(6@35=210m)

종

단

면

도

횡

단

면

도

중앙부 단 부

◦ 바닥판 : “교량 바닥판 설계 적용방안 검토”에 의거 설계(설계처-1418, 2015.05.21)

- 전통적설계법을 적용하였으며, 하중 영향 감소로 공사비 감 2%

◦ 거더

- 거더 본수를 동일하게 적용하여 공사비 증감은 없음

- 설계법 비교

기존설계법(허용응력설계법) 한계상태설계법

※거더 상연에서 PS도입 직후

허용응력 : -1.41(인장) ~ 19.2(압축)

작용응력 : 0.98(압축)

※거더 상연에서 PS도입 직후

허용응력 : -2.29 ~ 19.2

작용응력 : 1.10(압축)

거더 상연에서 기존설계법보다 한계상태설계법에서 약간의 여유는 있으나,

차이가 크지 않아 의미 있는 값으로 볼 수는 없음

※ 공사비 감 0.4%(당초 : 1,889백만원 → 변경 : 1,881백만원, 감 8백만원)

구조물공 ❙ 287

구조물공

□ 강교

◦ 교량개요 : 복합트러스용 강교(57+95+57=209m)

종

단

면

도

횡

단

면

도

중앙부(박스부) 지점부(트러스부)

◦ 바닥판 : “교량 바닥판 설계 적용방안 검토”에 의거 설계(설계처-1418, 2015.05.21)

- 경험적설계법을 적용하였으며, 하중 영향 감소로 공사비 감 8%

◦ 거더

- 기존설계법은 허용응력설계법이었으나,

한계상태설계법은 소성설계법으로 단면력을 높게 평가함.

- 최소보강재 적용으로 공사비 감 12%

- 설계법 비교

기존설계법(허용응력설계법) 한계상태설계법

※다수 보강재 적용한 허용응력 단면설계 ※최소 보강재 적용한 극한강도 단면설계

※중앙부(박스부)

허용응력안전율 : 80%(휨), 9%(전단)

합성응력안전율 : 65%

※지점부(트러스 상현재)

허용응력안전율 : 73%(인장), 8.4%(압축)

합성응력안전율 : 54%

※중앙부(박스부)

극한한계안전율 : 84%(휨), 12%(전단)

※지점부(트러스 상현재)

극한한계안전율 : 49%(인장),

61%(인장+휨)

박스부는 기존설계법과 설계안전율을 비슷하게 적용하여 설계에 반영함.

트러스부는 추가 단면 감소 가능하나, 시범설계 감안하여 10%내외 감소로 수행함.

※ 공사비 감 11.3%(당초 : 5,258백만원 → 변경 : 4,661백만원, 감 597백만원)

288 ❙ 구조물공

구 분 설 계 기 준 우리공사 결정 사항

제1장

총칙

1.1 적용범위

이 설계기준은 교육이나 설계자의 판단을 대신하기

위한 것이 아니고 단지 공공의 안전을 위해 필요한 최소

필요조건을 기술한 것이다. 발주자 또는 설계자는

최소필요조건보다 높은 수준의 설계나 재료 및 시공의

품질을 요구할 수 있다.

도로교설계기준 및 우리

공사 방침 준수

제1장

총칙

1.3.5 구조물의 중요도

이 절은 극한한계상태와 극단상황한계상태에만 적용

한다.

발주자는 특정교량 또는 그 교량의 구조요소 및

접합부를 중요한 구조로 지정할 수 있다.

• 극한한계상태 :

 ≥ 1.05 : 중요 교량

= 1.00 : 일반 교량

≥ 0.95 : 상대적으로 중요도가 낮은 교량

하중수정계수() 적용

·연성계수( ) = 1.0

·여용성계수( ) = 1.0

·중요도계수( ) = 1.0

제1장

총칙

1.4 교량의 등급

3.6.1.3에 규정된 설계 차량활하중 KL-510으로 설계하

는 교량을 1등교로 한다.

2등교는 1등교 활하중효과의 75%를 적용하며, 3등교는

2등교 활하중효과의 75%를 적용한다.

교량의 등급은 원칙적으로 발주자가 정한다.

1등교 적용

제2장

설계개요

2.3.2 교량의 배치

(2) 교통안전

③ 구조규격기준

｢도로의 구조․시설기준에 관한 규칙(국토교통부)｣의

요구사항을 만족하여야 하며, 예외사항에 대해서는 그

사유가 정당화되어야 한다. 길어깨의 폭과 교통분리

대의 규격은 발주자의 시방서를 만족해야 한다.

도로의 구조․시설기준에

관한 규칙 및 우리공사 방

침 준수

4 발주자 결정사항 확정(안)

구조물공 ❙ 289

구조물공

구 분 설 계 기 준 우리공사 결정 사항

제3장

하중

3.1 적용범위

이 장은 교량의 설계에서 사용되는 하중들에 대한

최소한의 요구 조건, 적용한계, 하중계수 및 하중조합에

대해 규정한다. 또한 이 규정은 기존 교량의 구조적 안

전성 평가에도 적용될 수 있다. 이 규정들은 하중에 대

한 최소 요구조건이므로, 필요한 경우 발주자의 판단에

따라 이 기준 이상의 하중을 사용할 수 있다.

도로교설계기준 및 우리

공사 방침 준수

제3장

하중

3.4.2 하중계수와 하중조합

극한한계상태 하중조합Ⅱ - 발주자가 규정하는 특수

차량이나 통행허가차량을 고려한 하중조합. 풍하중은

고려하지 않는다.

도로교설계기준에서 제시

하는 표준하중 적용

제3장

하중

3.4.2 하중계수와 하중조합

온도구배에 대한 하중계수( )와 침하에 대한 하중계수

( )는 공사별 특별시방에 의해 결정하여야 한다.

온도구배 영향이 미미하여

구조적으로 무시하며, 

는 1.0을 적용

제3장

하중

3.4.3 가설시 하중에 대한 하중계수

구조물과 부속물의 중량에 대한 하중계수는 1.25이상

의 값을 택해야 한다.

발주자에 의해 특별히 제시되지 않은 경우에는 시공

하중, 설비하중 그리고 동적효과에 대한 하중계수는 1.5

이상의 값을 택해야 한다. 풍하중에 대한 하중계수는

1.25이상의 값이어야 한다. 모든 다른 하중계수들은 1.0

을 택한다.

도로교설계기준 및 우리

공사 방침 준수

제3장

하중

3.6.1.1 재하차로의 수

(1) 차량활하중의 재하를 위한 재하차로의 수 N은

식 (3.6.1)과 같다.

   

 의 정수부 (3.6.1)

여기서,  = 연석, 방호울타리 간의 교폭(m)

 =발주자에 의해 정해진 계획차로의 폭(m)

 =3.6m 적용

290 ❙ 구조물공

구 분 설 계 기 준 우리공사 결정 사항

제5장

콘크리트교

5.8.1.2 노출 환경과 한계 기준

(1) 교량과 그 부대 시설의 구성 요소는 표 5.8.1에 정해진

노출 환경으로 구분하여 설계하여야 한다. 부재에 발생

하는 균열폭은 노출 환경 상태에 따라 정해진 한계

균열폭을 초과하지 않아야 한다.

(2) 교량 구조물과 그 부재의 소요 사용 성능을 확보하기

위해서는 이 절에서 정한 노출 환경에 따른 응력과 균열폭

제한 규정을 시공 중인 임시 상황뿐만 아니라 운용중인

정상 상황에서 예측되는 적합한 하중조합에서 적용

하여야 한다.

(3) 부재 설계에 적용하는 영응력과 균열폭 한계 기준은

표 5.8.2에 주어진 값으로 하여야 한다. 이 표에 주어진

영응력 한계 기준과 균열폭 한계 기준을 동시에 만족

시키도록 설계하여야 한다. 여기서 영응력 상태란 인장측

연단 콘크리트가 압축인 상태를 의미한다.

노출환경 조건은 ED1 또는

ES1으로서, 포스트텐션의

경우 설계등급 "C"로 적용

연속지점부는 슬래브 연속

화되는 RC부재이므로 설계

등급 "E"로 적용

표 5.8.1 노출 환경에 따라 요구되는 최소 설계 등급

노출 환경

최소 설계 등급

포스트 텐션 프리 텐션

비부착

프리스트레싱

철근콘크리트

건조 또는 영구적 수중 환경 (EC1) D D E E

부식성 환경 (습기 또는 물과 장기간 접촉

환경; EC2, EC3, EC4 )

C C E E

고부식성 환경 (염화물 또는 해수에 노출된

환경; ED1, ED2, ED3, ES1, ES2, ES3)

C B E E

표 5.8.2 설계 등급에 따른 사용 한계값

설계 등급

한계상태 검증을 위한 하중조합

표면 한계균열폭(㎜)

영(0)응력 한계상태 균열폭 한계상태

A 사용하중조합-I - -

B 사용하중조합-III/IV 사용하중조합-I 0.2

C 사용하중조합-V 사용하중조합-III/IV 0.2

D - 사용하중조합-III/IV 0.3

E - 사용하중조합-V 0.3

구조물공 ❙ 291

구조물공

구 분 설 계 기 준 우리공사 결정 사항

제5장

콘크리트교

5.10 내구성 및 피복두께

5.10.1 일반 사항

(6) 5.10은 콘크리트 교량의 설계내구수명 확보를 위

한 최소한의 요구조건이다. 그러나, 가설 혹은 기념비적

인 구조물, 극한 혹은 비정상적 하중을 받는 구조물의

경우는 5.10의 요구조건을 수정할 수 있다. 또한, 신뢰

할 수 있는 특별한 방법으로 내구성을 검증할 수 있다

면 5.10의 요구조건을 수정할 수 있다.

우리공사 방침 준수

·콘크리트 거더교 최소피

복 적용검토(설계처-454, 2015)

·교량바닥판 설계 적용방

안 검토(설계처-1418, 2015)

노출

등급 환경 조건 해당 노출 등급이 발생할 수 있는 사례

1. 부식이나 침투 위험 없음

E0

• 철근이나 매입금속이 없는 콘크리트 :

동결/융해, 마모나 화학적 침투가 있는

곳을 제외한 모든 노출

• 철근이나 매입금속이 있는 콘크리트 :

매우 건조

• 공기 중 습도가 매우 낮은 건물 내부의

콘크리트

2. 탄산화에 의한 부식

EC1 건조 또는 영구적으로 습윤한 상태

• 공기 중 습도가 낮은 건물의 내부

콘크리트

• 영구적 수중 콘크리트

EC2 습윤, 드물게 건조한 상태 • 장기간 물과 접촉한 콘크리트 표면

• 대다수의 기초

EC3 보통의 습도인 상태

• 공기 중 습도가 보통이거나 높은 건물의

내부 콘크리트

• 비를 맞지 않는 외부 콘크리트

EC4 주기적인 습윤과 건조 상태 • EC2 노출등급에 포함되지 않는 물과

접촉한 콘크리트 표면

3. 염화물에 의한 부식

4. 해수의 염화물에 의한 부식

5. 동결/융해 작용

6. 화학적 침식

표 5.10.1 노출환경등급에 따른 최소 콘크리트강도(MPa)

노출환경

(표 5.8.2)

부식

탄산화에 의한 부식 염화물에 의한 부식 해수의 염화물에 의한 부식

EC1 EC2 EC3 EC4 ED1 ED2 ED3 ES1 ES2 ES3

최소 콘크리트

기준압축강도

(MPa)

21 24 30 30 35 30 35

노출환경

(표 5.8.2)

콘크리트의 손상

위험없음 동결/융해 침투 화학적 침투

E0 EF1/EF2 EF3/EF4 EA1 EA2 EA3

최소 콘크리트

기준압축강도

(MPa)

18 24 30 30 35

표 5.10.2 환경 조건에 따른 노출 등급

292 ❙ 구조물공

5 적용 및 향후 추진계획

□ 적 용

◦ 상부 구조 발주자 결정사항은 2015년 설계 착수 광주-강진

및 김포-파주 교량부터 적용

□ 향후추진 계획

◦ 하부구조 시험설계 및 설계자문(9월)

◦ 자문결과 검토 반영 및 하부구조 발주자 결정사항 확정(10월)

◦ 한계상태설계법 교량설계 편람 제작(11월 이후)

붙 임 #1 : 설계도면 각 1부.

#2 : 예산절감액 산출근거 1부.