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프리팹 부재 생산성 향상 등을 위한 원형기둥

규격 표준화 방안 검토

설계처-3554

(2022.11.02.)

1 검 토 배 경

 2022년 뉴딜 50대 과제로서 프리팹 부재 적용 활성화를 위해 추진

중에 있는 바, 그 일환으로 교량 원형 기둥의 규격을 표준화하여

프리팹 부재 생산성 및 현장 시공성을 제고하고자 함

2 현 실태 및 검토방향

 국내 고속도로 교량 교각에 사용되는 교각 형태는 대부분이 원형

기둥* 형태로 설계되고 있음.

* 원형기둥은 각형기둥에 비해 풍하중 및 유수에 의한 영향이 작고,

단면의 방향성이 없으므로 지진하중에 대한 저항성이 우수함.

o 설계 실무에서는 원형기둥의 경제성을 고려하여 위해 상대적으로

가격이 저렴한 콘크리트 규격을 조정하는 방식으로 시행함.

o 그로 인해 현장에서 다양한 규격의 기둥 강재거푸집이 사용 중이며,

프리팹으로 시행할 경우에도 공장에서 다양한 몰드가 필요하게 되어

생산성이 저하됨.

 검토 방향

o 기둥의 규격은 개수는 최소화하고

o 이를 위해 기둥 저항단면 설계를 철근량으로 조정

: 경제성‧시공성을 고려 시 설계 지배인자는 최소 철근량임

☞ 프리팹 부재 생산성 향상 및 시공업체 실행 여건 개선

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3 검 토 내 용

 최근 설계 노선(대산~당진 외 2개 노선) 원형기둥 조사 결과

o 총 157개의 원형기둥이 설계되어 있으며, 기둥 지름은 1.5~3.0m로

10개 규격 존재

- 지름 규격(m) 종류 : 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 2.0, 2.2, 2.3, 2.5, 2.6, 3.0

- 지름 2.2 및 2.5 규격이 86개이며, 유사 규격(2.0m, 2.3m, 2.6m)을

포함할 경우(18개 추가) 104개로서 전체의 67%에 해당됨.

 기둥 철근량에 대한 유효단면적 관련 국내‧외 기준

(국내 기준)

o KDS 24 14 21 콘크리트교 설계기준(한계상태설계법, 2021) --- 기준 ①

- 최소 철근량 : 



   



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* 유효 단면적 규정3)은 없음

- 최대 철근량 : 

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   



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≤   

and 

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≤ 

※ 원형기둥에 적용하는 철근규격(fy=500MPa) 및 콘크리트설계기준강도(fck=40MPa) 적용 시

→ 철근비(ρg) = 1.08% ∼ 8%

o KDS 24 17 11 교량 내진설계 기준(한계상태설계법, 2021) --- 기준 ②

- 최소 철근량 : 1%

- 최대 철근량 : 6%

3) 콘크리트 단면적( )은 하중에 의한 계산으로 산출될 수 있는 단면적으로 적용 가능하되, 그 면적은 실제 단면적

의 1/2이상이어야 함.

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(국외 기준 - 미국)

o AASHTO LRFD Bridge Design Specifications(2020) --- 기준 ③

- 최소 철근량 : 



   

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- 최대 철근량 : 

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≤   

and 

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 

≤ 

※ 국내 기준과 동일하되, 지진구역1(低지진구역)과 현저한 콘크리트

크리프가 크지 않은 곳에서 유효 단면적 사용 가능.

(붙임#1 국내․외 관련 기준 발췌 참조)

 기둥 유효 단면적 적용 관련 기술자문 내용

o 강진구역에서는 기둥의 유효 단면적 적용 불가

o 유효단면적 적용을 위한 설계응답스펙트럼 산정 및 분석 결과

- 고속도로 교량 내진설계에서 가장 많이 적용되는 S2, S3 지반의

내진1등급 및 AASHTO LRFD의 지진구역 비교 시 Seismic

Zone Ⅱ에 해당 {유효단면적은 低지진구역(Seismic Zone Ⅰ)에서 사용}

o 국내 설계기준(한계상태설계법)의 유효단면적 기준은 없어진

상태로서, 현재 실무에서는 유효단면적 개념 없이 기둥 설계 중

o 국외 설계기준을 준용하고자 지진구역을 비교할 경우에도 국내

여건이 불리하여 유효단면적 개념 사용 불가

∴ 유효단면적 적용 설계는 현재로서는 사용 곤란

(붙임#2 기술자문 내용 요약 참조)

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 원형 기둥 규격 개수 최소화를 위한 설계 개선(안)

o 최소 직경을 코핑 두께와 연계한 미관 및 시공성을 고려하여

2.2m로 지정(붙임#3 교각 3D 형상도 참조)

※ 코핑부 상단 폭원(두께)

- 코핑의 저항 단면 고려 시 단주식 기둥은 3m 내외로 설계됨

- 받침규격, 연단거리 확보 및 철근량 배근 고려

ex) 주철근 H29@100으로 2단 배근되는 것으로 가정할 경우

코핑부 상단 평면도 코핑부 주철근 배근 구조도

o 그 외 기둥 규격은 2.5m, 2.8m로 정하되, 공구별로 원칙적으로

2개 규격을 초과하지 않도록 설계 유도

※ 현장 여건에 따라 타 규격 사용 가능

o 필요한 저항 단면은 철근량 증감으로 조정하되, 설계기준에서

제시하는 최소철근량 1.08%4)이상 배근

당 초 개 선

최소철근량 배치 후

콘크리트량(직경)으로 저항단면 결정

콘크리트량(직경) 선정 후

철근량으로 저항 단면 결정

(붙임#4 철근량 조정에 따른 저항 단면 영향 검토 참조)

4) 콘크리트 압축기준강도 40MPa, 철근 공칭강도 500MPa 기준

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4 검토결론 및 적용

 원형기둥 규격 표준화

o 직경 2.2m, 2.5m, 2.8m를 원칙*으로 하되, 직경 종류는 공구별로

가급적 2개 단면 이하가 되도록 설계 유도

* 여건에 따라 그 외 직경으로 설계 가능

o 철근량 조정으로 필요한 저항단면 설계

(최소 철근량 1.08% 이상 배근)

 적 용

o 세종~청주 고속도로 등 설계 중 노선부터 적용

※붙 임 #1 국내․외 관련 기준 발췌 (별첨)

#2 기술자문 결과 요약 (별첨)

#3 교각 3D 형상도 (별첨)

#4 철근량 조정에 따른 저항 단면 영향 검토 (별첨)