174 ❙ 구조물공

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구조물공

한계상태설계법 시행에 따른

콘크리트 거더교 최소피복 적용(안) 검토

설계처-454

(2015.03.02)

1 검토배경

□ 2015년 1월 1일부로 한계상태설계법이 전면 시행되었으며,

□ 기준 대부분은 미국 LRFD를 기반으로 준용하고 있으나

“콘크리트교”는 유로코드 기반으로 제작하여 다소 생소하고,

□ 특히, 최소피복기준 적용이 복잡하여, 설계자 실무 적용시 혼선을

방지하기 위해 콘크리트 거더교에 대한 세부 적용(안)을 마련하고자 함

2 검토내용

□ 현 설계기준 (도로교 설계기준 2010)

◦ 일반콘크리트와 프리스트레스트 콘크리트로 구분하여 제시

※ 별첨 #1 도로교 설계기준 발췌본(4.3.3 및 4.6.4.2) 참조

구 분 최소피복두께

일반콘크리트

노출환경, 철근위치 및 기능에 따라 최소 피복두께는

최소 30mm∼최대 100mm 제시

프리스트레스트

콘크리트

철근위치 및 기능에 따라 최소 피복두께는 최소 30mm

∼최대 50mm 제시

☞ 복부 최소 피복두게 : 30mm

□ AASHTO LRFD Bridge Design Specifications 2014

◦ 프리텐션 프리스트레싱 스트랜드, 앵커 장비, 철근 기계적 연결 또는

포스트텐션 프리스트레싱 스트랜드는 철근과 동일한 값 적용

※ 별첨 #2 AASHTO LRFD 발췌본 참조

◦ 덕트 관점 : Max [주철근 지름, 1/2(덕트지름)]

◦ 철근 관점 : Max [주철근 지름, 25mm(특별한 환경1) 제외)]

☞ 복부 최소 피복두게 : 일반적으로 철근기준 25mm 적용

1) 직접적인 염화물 노출, 해안가, 흙에 노출되는 현장 치기 콘크리트 등을 말한다.

구조물공 ❙ 175

구조물공

□ 한계상태설계법(2015)

◦ 기본개념 및 공칭피복두께 결정 절차

- 콘크리트 부착과 부식 관련 환경에 따른 최소피복 결정 후

- 시공조건, 콘크리트 강도, 품질관리 조건에 따라 최소피복 감소

- 설계편차를 추가하여 공칭피복두께 결정

※ 별첨 #3 한계상태설계법 발췌본 참조

min  maxmin  min      

   min - Δ + Δ 

․min = 최소 피복 두께(mm)

․min = 부착의 요구사항 만족하는 최소피복두께(mm)

․min = 환경조건에 의한 요구사항 만족하는 최소피복두께(mm)

․ = 고부식성 노출환경에서 피복두께 증가값(mm)

: 5 mm(ED1/ES1), 10 mm(ED2/ES2), 15 mm(ED3/ES3)

․ = 강도, 품질관리 등에 따른 피복두께 감소값(mm)

․ = 공칭 피복 두께(mm)

․ = 설계 편차 허용량(mm)

□ 기준상세 적용(안) 검토

(피복두께 관련 규정)

◦ 고부식성 환경에서의 피복두께 추가 기준 [5.10.4.2 (2)]

- 염화물 또는 해수에 노출되는 고부식성 환경에서는 추가적 안전을

위해 최소 피복두께 만큼 증가

   = 5mm(ED1/ES1), 10mm(ED2/ES2), 15mm(ED3/ES3)

☞ PS강재는 철근 안쪽에 배치되므로 추가 피복두께기준을

적용하지 않아도 무방할 것으로 판단됨

◦ 최소피복두께 감소 기준 [5.10.4.2 (6)]

- 환경조건의 기준강도보다 설계강도가 일정량 큰 경우 : 5mm 감소

☞ 피복이 부족한 경우 거더의 강도 상향 검토

176 ❙ 구조물공

- 시공 중 철근 위치 변동 없는 슬라브 형상 부재 : 5mm 감소

☞ PS강재는 일반적으로 복부 중앙에 위치하고, 그에 따른

철근 배치 변동이 없는 것으로 판단하여 피복두께 감소 가능

- 콘크리트 제조의 특별한 품질관리방안이 확보된 경우 : 5mm 감소

☞ 레미콘 공장을 관리(공급원 승인 제도)하므로 피복두께 감소 가능

◦ 설계 편차 허용량 [5.10.4.3]

- 일반적인 경우 :  = 10mm

- 콘크리트 피복두께를 측정하는 품질보증시스템이 있는 경우 :

5mm ≤  ≤ 10mm

☞ 현장에서 피복을 검측하므로 5mm 감소 가능

◦ 복부 피복 관련 주요 항목 검토

표 5.10.2 환경조건에 따른 노출등급

노출등급 환경조건 해당 노출 등급이 발생할 수 있는 사례

3. 염화물에 의한 부식

ED1 보통의 습도 • 공기 중의 염화물에 노출된 콘크리트 표면

ED2 습윤, 드물게 건조한 상태 • 염화물을 함유한 물에 노출된 콘크리트 부재

ED3 주기적인 습윤과 건조 상태 • 염화물을 함유한 물보라에 노출된 교량 부위①

① 이것은 차도로부터 6M 이내 모든 난간, 벽체, 교각을 포함하며, 또한 차도로부터 배출

되는 물에 노출되기 쉬운 신축이음부 하부 교각의 윗부분과 같은 표면을 포함한다.

- ED1 또는 ED3 등급에 따라 피복두께 20mm 차이

- ED1 또는 ED3 등급 결정 검토

* 공용 중 노후 PSC 빔 열화는 신축이음부 누수로 인한 것임

- 따라서, 하부도로에 따른 피복두께 결정(ED3) 여부는 난간, 벽체,

교각에 한정하며 거더는 대상에서 제외함(바닥판은 추후 검토)

☞ 거더는 ED1 등급으로 공칭피복 두께 결정

구조물공 ❙ 177

구조물공

(덕트 규격 관련 규정)

◦ 강연선 면적에 따른 덕트 규격 최적화

- 한계상태설계법 : 덕트 규격 기준 제시 없음

- 기존 설계기준(도로교설계기준 2010)에서 덕트 면적은 PS강재

순단면적의 2배 이상이므로, 기존 덕트 규격 축소 가능

※ 별첨 #5 덕트규격 검토 참조

☞ 15.2mm 강연선 11가닥을 덕트 Φ88(외경기준)로 설계하는 경우

: 덕트 규격 축소 가능(당초 : 88mm → 변경 : 73mm)

◦ 덕트 추가 배치에 의한 규격 최소화

- 덕트 추가 후 강연선 배분 및 덕트 규격 축소

ex) ○○○거더

당 초 변 경

- 덕트 개수 : 3개

- 덕트 규격 : Φ105

- 강연선 :

18가닥×3개= 54가닥

- 최소피복

․철근 : 40mm

․PS강재 : 70mm

- 덕트 개수 : 3+1개

- 덕트 규격 : Φ73

- 강연선 :

13가닥×4개= 52가닥

- 최소피복

․철근 : 40mm

․PS강재 : 63.5mm

※ 별첨 #4 공칭 피복두께 산정 예시 참조

3 기준 상세 적용(안) 결과

구 분 상세내용 단면도 결 과

- PSC 빔

· L=30m

· =40MPa

· 하부도로 이격 고려 안 함

: ED1등급 적용

· 강도검토 : -5mm

· 철근변동無: -5mm

- 최소피복

· 철근 : 40mm

· PS강재 : 59mm

- 복부 변경 없음

- EX 거더

· L=35m

· =40MPa

· 하부도로 이격 고려 안 함

: ED1등급 적용

· 강도검토 : -5mm

· 철근변동無: -5mm

- 최소피복

· 철근 : 40mm

· PS강재 : 70mm

- 복부 변경 없음

※ 신형식 교량은 설계시 설계사 또는 개발업체에서 대안 제시 필요

178 ❙ 구조물공

4 적용방안

□ 한계상태설계법 기준 상세 적용(안)으로 공칭피복 결정

◦ 도로교설계기준(2010) 대비 피복두께 10mm 증가

☞ 거더 공칭피복 두께 : 40mm * 도로교설계기준(2010) : 30mm

◦ 덕트 면적 축소(강연선 대비 순단면적 최적화)

☞ 대부분의 복부 200mm 거더는 덕트 외경 73mm까지 가능

: 63 + 73 + 63 (좌측피복 + 덕트외경 + 우측피복)

◦ 덕트 외경 73mm로 만족 못할 경우 : 덕트 개수 추가

□ 2015년 실시설계 신규착수 노선부터 적용

◦ 광주~완도(광주~강진간), 김포~파주 고속도로 실시설계

별 첨 #1 : 도로교 설계기준 발췌본

#2 : AASHTO LRFD 발췌본

#3 : 한계상태설계법 발췌본

#4 : 공칭 피복두께 산정 예시

#5 : 덕트규격 검토

구조물공 ❙ 179

구조물공

[별첨 #4]

기준 상세 적용(안)에 따른

공칭 피복두께 산정 예

(거더 및 도로 이격 6m 이상 난간, 벽체, 교각, 강도 40MPa)

o 철근 관점

① 환경조건(ED1)에 따른 최소피복 결정 : 45mm

② 고부식성 노출환경에 대한 최소피복 추가 : 5mm

③ 최소피복 감소

․환경에 따른 일정 강도 이상 : - 5mm

․콘크리트 제조 품질관리 : - 5mm

․시공 중 철근 이동 없음 : - 5mm

④ 설계편차 : 10mm

․콘크리트 피복두께를 측정하는 품질보증시스템 있는 경우

5mm 까지 가능

⇒ 공칭 피복두께 = 40mm (45+5-5-5-5+5)

☞ 복부 규격 = 181mm(40+16+69+16+40) ---------- O.K

o PS강재 관점

① 강재(외경 69mm 덕트) 부착에 따른 최소피복 결정 : 69mm

② {환경조건(ED1) + 고부식성 환경} 최소피복 : 50mm

→ max(①, ②) = 69mm

③ 최소피복 감소

․환경에 따른 일정 강도 이상 : - 5mm

․콘크리트 제조 품질관리 : - 5mm

․시공 중 철근 이동 없음 : - 5mm

④ 설계편차 : 10mm

․콘크리트 피복두께를 측정하는 품질보증시스템 있는 경우

5mm 까지 가능

180 ❙ 구조물공

⇒ 공칭 피복두께 = 59mm (69-5-5-5+5)

☞ 복부 규격 = 187mm(59+69+59) ---------- O.K

(도로 이격 6m 이내 난간, 벽체, 교각, 강도 40MPa)

o 철근 관점

① 환경조건(ED3)에 따른 최소피복 결정 : 55mm

② 고부식성 노출환경에 대한 최소피복 추가 : 15mm

③ 최소피복 감소

․콘크리트 제조 품질관리 : - 5mm

․시공 중 철근 이동 없음 : - 5mm

④ 설계편차 : 10mm

․콘크리트 피복두께를 측정하는 품질보증시스템 있는 경우

5mm 까지 가능

⇒ 공칭 피복두께 = 65mm (55+15-5-5+5)

☞ 복부 규격 = 231mm(65+16+69+16+65) ---------- N.G.

o PS강재 관점

① 강재 부착에 따른 최소피복 결정 : 69mm

② {환경조건(ED3) + 고부식성 환경} 최소피복 : 70mm

→ max(①, ②) = 70mm

③ 최소피복 감소

․콘크리트 제조 품질관리 : - 5mm

․시공 중 철근 이동 없음 : - 5mm

④ 설계편차 : 10mm

․콘크리트 피복두께를 측정하는 품질보증시스템 있는 경우

5mm 까지 가능

⇒ 공칭 피복두께 = 65mm (70-5-5+5)

☞ 복부 규격 = 199mm(65+69+65) ---------- O.K

구조물공 ❙ 181

구조물공

[별첨 #5]

강연선 개수에 따른 덕트 규격 검토

가닥수 강선순면적 2x강선면적 쉬스내경 쉬스외경

(ea) (mm2) (mm2) (mm) (mm)

1 138.7 277.4 19 22

2 277.4 554.8 27 30

3 416.1 832.2 33 36

4 554.8 1109.6 38 41

5 693.5 1387.0 42 45

6 832.2 1664.4 46 49

7 970.9 1941.8 50 53

8 1109.6 2219.2 53 56

9 1248.3 2496.6 56 59

10 1387.0 2774.0 59 62

11 1525.7 3051.4 62 65

12 1664.4 3328.8 65 68

13 1803.1 3606.2 68 71

14 1941.8 3883.6 70 73

15 2080.5 4161.0 73 76

16 2219.2 4438.4 75 78

17 2357.9 4715.8 77 80

18 2496.6 4993.2 80 83

19 2635.3 5270.6 82 85

20 2774.0 5548.0 84 87

21 2912.7 5825.4 86 89

22 3051.4 6102.8 88 91

- 강선은 SWPC 7BL 7연선 15.2mm(공칭단면적138.7mm2)을기준함.

- 도로교설계기준 2010을 준용함(별첨 제시)