176 ❙ 구조물공

56

구조물공

유지관리를 고려한

교량 하부구조 연단거리 설계 개선 방안

설계처-4054

(2016.11.17)

1 검토배경

기존의 교량 받침 연단거리는 작용하중의 검토 없이 교량의

경간만으로 산정하여 유지관리시 교량 받침부에 균열 발생

우려에 따라 작용하중 및 유지관리를 고려하여 연단거리를

설계하고자 함

※ 연단거리란 : 하부구조(코핑부)에 있어서 교축방향 및 교축직각방향의

받침 앵커볼트 중심과 코핑 단부 사이의 거리

<연단거리 적용 목적>

o 상부구조의 연직 또는 수평하중에 의한 교량 코핑 상부 전단파괴 방지

o 지진시 수평변위에 따른 낙교 방지 및 유지보수 공간 확보

설계행정

구조물공 ❙ 177

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

2 관련기준

국 내

□ 교좌장치 받침부 형하공간 및 보강철근 설계기준 검토 (설이 16210-220, ‘94)

: 경간길이에 따른 연단거리 기준 제시

o 거더의 경간길이 100m 이하 : S = 200 + 5L

o 거더의 경간길이 100m 이상 : S = 300 + 4L (L은 경간길이, m)

□ 도로교설계기준(2010) : 경간길이에 따라 연단거리 산정

o 하부구조 정부(頂部)의 교량받침부는 받침으로부터 전달되는 연직력과

수평력에 대하여 충분한 강도를 갖도록 설계해야 한다.

o 연단거리(S)가 다음 값 이상인 경우 연직력과 수평력에 대한 교량받침부의

강도검토를 생략 가능하다.

① 거더의 경간길이 100m 이하 : S = 200 + 5L

② 거더의 경간길이 100m 이상 : S = 300 + 4L (L은 경간길이, m)

※ 강도검토를 통해 연단거리 조정이 가능함을 제시

□ 도로교설계기준(한계상태설계법, 2015) : 연단거리 규정 없음

국 외

□ 일본(도로교시방서 동해설 1996, 2002) : 경간길이에 따라 산정

o 교축 방향의 받침 연단과 하부구조정부연단 사이의 거리 (받침연단거리)

S(m)는 다음에 나타내는 값 이상을 갖도록 한다.

(2002) : S(m) = 0.2 + 0.005L(m)

(1996) : 거더의 경간길이 100m 이하 : S(mm) = 200 + 5L

거더의 경간길이 100m 이상 : S(mm) = 300 + 4L (L : 지간장, m)

178 ❙ 구조물공

□ EUROCODE 1992-2 : 하중재하 지점~부재 자유단의 최소거리 제시

Annex J. Detailing rules for particular situations

J.104.1 Bearing zones of bridges

하중 재하 영역의 끝에서 콘크리트 부재의 자유단 거리는 하중재하 방향

으로 측정된 치수의 1/6보다 작지 않아야 한다. 또한 어떠한 경우

라도 자유단의 거리는 50mm보다 적어서는 안된다. (S = D/6≧ 50mm)

□ AASHTO LRFD : 연단거리를 별도로 규정하는 것이 아닌 연직력과

수평력에 콘크리트가 저항하도록 설계

o 연직력 저항방법 : 콘크리트의 지압력으로 검토.

AASHTO_5.7.5 Bearing

     ,     ′

여기서 :   콘크리트 지압시 : 0.7

  

 



≤ 

o 수평력 저항방법 : 콘크리트 파괴 형상별 검토(ACI-318R)

앵커 강재의 전단 :

앵커볼트의 근입깊이와

연단거리가 충분한 경우

콘크리트 파열 :

앵커볼트의 근입깊이가

깊지 않고 연단거리가

짧은 경우 발생

프라이 아웃 :

앵커볼트의 근입깊이가

매우 짧은 경우 발생

설계행정

구조물공 ❙ 179

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

3 검토내용

1. 검토방향

현 설계기준

o 거더의 경간길이 100m 이하 : S = 200 + 5L

o 거더의 경간길이 100m 이상 : S = 300 + 4L (L= 경간길이, m)

개 선

o 작용하중에 따른 연단거리 산정

o 유지관리를 고려한 안전성 추가 검토

2. 작용하중에 따른 연단거리 산정

* 「교량받침부 설계 지침(안), (도로교통연구원, 2011)」준용

□ 받침부 제원 검토

o 받침콘크리트 및 무수축콘크리트 크기

- 받침콘크리트 단부~하부판

사이 거리 ≥받침콘크리트

높이×2 + 10cm

- 무수축콘크리트 최대높이 : 5cm

o 받침면 길이 허용오차 산정 [별첨1]

※ 도로교설계기준(2015), 5.13.1.6 프리캐스트 요소의 연결부와 받침

d = c +△a₂= 150mm

<받침면 순간격의 오차에 대한 허용값 △a₂>

지지 재료 △a₂

강재 또는

프리캐스트 콘크리트

10≤L/1,200≤30mm

벽돌쌓기 부재 또는

현장타설 콘크리트

15≤L/1,200≤40mm

- △a₂는 50mm 적용 : 현장타설 콘크리트

최대허용값(40mm) + 여유값(10mm)

- 순피복두께(C)는 100mm

* PSC빔은 표준화된 시공이 가능하므로 프리캐스트 요소로 간주하여 적용

180 ❙ 구조물공

□ 받침콘크리트 안전검토

o 지압 및 수평력에 대한 검토

: 받침콘크리트 단부 ~ 하부판사이 거리 ≥ 받침콘크리트 높이×2 + 10cm

적용으로 받침콘크리트의 안전검토 생략

□ 코핑 콘크리트 안전검토

o 지압강도 검토 : 확장면에 대한 지압강도 평가

·     > 계수 연직하중(1,555kN)

·  ×    (지압면적)

·  ×    (확장면적)

·m =   ≤  ,   

·  ×  ×  ×  ×   

☞ Fd = 12,165 kN > 1,555 kN ∴O.K

o 수평력에 대한 검토 : 앵커에 대한 콘크리트 파열 강도로 검토

수평력



  

   



 

파열 검토

투영면적

·   

 

 

  > 계수 수평하중(101kN)

·Avo = 2×(1.5c1)×(1.5c1) = 2,531,250㎟

·Av = (1.5c1)×(c3+s2+c2) = 1,406,250㎟

·  

 

  

 = 650kN

 : 연단거리 영향에 대한 수정 계수, 0.8

 : 콘크리트의 균열 발생 유무에 따른 수정계수, 1.4

do : 앵커직경, l : 하중지지길이(몰탈제외)

☞   = 391 kN > 101 kN ∴O.K

o 부반력에 대한 검토 : 콘크리트 프라이아웃 강도 평가

* 곡률반경이 작은 곡선교량, 사교 또는 폭이 좁은 교량에서 부분적으로 부반력 발생 가능

평 면 정 면

설계행정

구조물공 ❙ 181

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

※ 작용하중에 따른 연단거리 설계 적정성 자문 결과 [별첨2]

- 자문위원 : 서울시립대학교 임성순 교수 등 6명

- 주요 자문의견

· 적용하중에 따른 연단거리 산정방법 타당함 (전원 동의)

· 유지관리 시 교량 받침 교체를 위한 유압잭 설치 공간 확보 필요

· 유지관리 위치를 미리 표시하는 방안 검토

· 지압강도 검토 시 한계상태설계법 적용

3. 유지관리(잭업 등)를 고려한 안전성 검토

※ 받침 유지관리시 연단부 균열 및 파괴 발생 우려

□ 받침 인상부 지압검토 [별첨3]

o 유지관리시 지압면적 감소에 따른 설계 지압강도 감소 (약 1/5배)

o 교량받침 재하시와는 달리 교체시에는 부분영역에 큰 압축력이

작용하므로 국부적 압축파괴 한계 검토 필요

<도로교설계기준 2015, 5.7.6 지압부 설계>

교량 받침부 지압면적 잭(Jack) 지압면적

- Aco = 550 × 500 = 2.75 × 10⁵ (mm²)

- Ac1 = 1,000 × 950 = 9.50 × 105 (mm²)

- Aco = 200 × 200 = 4.0 × 104 (mm²)

- Ac1 = 500 × 500 = 2.5 × 105 (mm²)

Fd = 0.65×(0.85×40)×2.75×10⁵

×√3.45 = 11,296kN

Fd = 0.65×(0.85×40)×4.0×10⁴

×√6.25 = 2,210kN

182 ❙ 구조물공

□ 상부거더 전단력 검토

o 편측 인상시 잭업 위치에 따라 극한 전단력(Vu) 변화

o 받침 유지관리시 전단강도 검토 추가 [별첨4]

공용중 유지관리시(Jack-up)

구 분 Vcd Vu ratio 구 분 Vcd Vu ratio

A-A 5,068 1,665 0.33 A-A 5,068 1,717 0.34

B-B 1,261 1,169 0.93 B-B 1,261 1,284 1.02(N.G)

※ 잭 위치에 따라 극한 전단력 3∼9% 증가

□ 하중편기에 따른 인장력 검토

o 받침 인상시 하중 편기로 인장력 증가 [별첨5]

o 인장력 방향의 전단철근량 검토 후 필요시 철근량 증대

받침 인상 전 받침 인상 시(Jack-up)

설계행정

구조물공 ❙ 183

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

4 개선 및 적용방안

1. 개선방안

□ 작용하중에 따른 연단거리 산정

o 연단거리는 “받침부 상세설계[별첨6]”을 적용하여 설계

o 작용하중에 따른 안전성 검토는「교량받침부 설계 지침(안),

도로교통연구원, 2011」준용

□ 유지관리를 고려한 안전성 추가 검토

o 안전성 추가 검토는 도로교설계기준(2015, 한계상태설계법) 준용

① 잭업 위치에 따른 국부 지압검토 실시

⇒ 설계지압강도 부족시 잭 지압면적 증대 또는 연단거리 연장

② 편측 잭업시 PSC 거더 극한 전단력 증대

⇒ 받침 유지관리시 전단강도 검토 추가

③ 편심하중에 따른 코핑 균열발생 방지

⇒ 잭업을 고려한 인장력 산정 및 철근량 적정성 검증

□ 설계시 유지관리를 고려한 잭업 설치도(용량 및 위치) 작성 [별첨7]

o 단, 현장 유지관리시 잭 용량 또는 위치 변경시 재검토 실시

2. 적용방안

□ 실시설계 노선 : 김포~파주 고속도로부터 적용

□ 공사 중 노선 : 공사 주관부서 판단 후 적용

□ 공용 중 노선 : 유지관리 주관부서 판단 후 적용

별 첨 : 1. 잭 받침 연단거리 검토

2. 설계자문 조치계획

3. 받침 인상부 지압검토

4. 상부 거더 전단력 검토

5. 편심하중에 따른 인장력 검토

6. 받침부 상세설계

7. 잭업 설치도(예)

184 ❙ 구조물공

별 첨 1

잭 받침 연단거리 산정방안 검토

□ (1안) 「교량받침부 설계 지침(안), (도로교통연구원, 2011)」적용

o 코핑부 최외측 철근 상면 및 측면 피복두께 고려

o 연단거리 내 잭 설치 불가능구간 제시

일방향 편구배 발생

- 측면 피복에 대한 값은 일률적이나 상면피복은 받침부의 편경사 마다

다양한 값이 산출되어 실무적용에 혼선발생 및 코핑의 폭원 변화우려

- 잭 설치 불가능 구간 제시로 코핑폭 과다 산출 우려

□ (2안) 도로교설계기준(2015, 한계상태설계법) 적용

o 받침면 길이 허용오차 고려

※ 도로교설계기준(2015), 5.13.1.6 프리캐스트 요소의 연결부와 받침

d = c +△a₂= 150mm

<받침면 순간격의 오차에 대한 허용값 △a₂>

지지 재료 △a₂

강재 또는

프리캐스트 콘크리트

10≤L/1,200≤30mm

벽돌쌓기 부재 또는

현장타설 콘크리트

15≤L/1,200≤40mm

- △a₂는 50mm 적용 : 현장타설 콘크리트

최대허용값(40mm) + 여유값(10mm)

- 순피복두께(C)는 100mm

- 측면피복 및 오차만을 고려하므로 설계일관성 추구

설계행정

구조물공 ❙ 185

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

o 유지관리 여유공간 확보

교축

방향

교축

직각

방향

최외측 여유거리(75mm)는 Annex J. 104.1 적용하여 산정

(하중 재하 영역 끝 ∼ 콘크리트 부재의 자유단 거리는 50mm 이상)

연단거리 산정은 코핑폭 축소가 가능하며 유지관리시 받침

콘크리트의 균열발생 방지에 효과적인 “2안” 적용

186 ❙ 구조물공

설계행정

구조물공 ❙ 187

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

o 코핑폭 축소 : (교축) 2.6m → 2.5m, (교직) 12m → 11m

⇒ 교량 미관 우수 및 경제성 향상

188 ❙ 구조물공

별 첨 6

받침부 상세설계 (당초, 변경)

현

설

계

※ 기설계 도면 확인(35m 경간)

S= 200+5L=375mm

- 받침부 형하공간 400mm, 무수축모르타르 50mm 적용

- 받침콘크리트 단부~ 하부판 사이 거리 ≧ 받침콘크리트 높이 + 100mm

* 교좌장치 받침부 형하공간 및 보강철근 설계기준 검토(설이16210-220, ‘94.12.29) 적용

개

선

- 탄성받침 형하공간 250mm, 무수축모르타르 50mm 적용

- 받침콘크리트 단부~ 하부판 사이 거리 ≧ 받침콘크리트 높이×2 +100mm

* 「교량받침부 설계 지침(안), (도로교통연구원, 2011)」적용

설계행정

구조물공 ❙ 189

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

별 첨 7

유지관리를 고려한 잭업 설치도(예)