❚2022년도 설계실무지침

구 조 물 공 04

4-1 프리캐스트 바닥판 및 PSC 거더 배치간격 검토

4-2 GFRP 보강근 잠정 설계·시공지침 제정

4-3 고로슬래그를 활용한 콘크리트 내염성 강화 방안

4-4 조합형 방호울타리 개선사항 반영

4-5 프리팹 부재 생산성 향상 등을 위한 원형기둥 규격 표준화 방안 검토

4-6 개착식 구조물 분류기준 정립

4-7 교량접속부 가드레일 안전계단 설치기준

4-8 구조물 균열 저감을 위한 매스콘크리트 품질관리 방안 검토

 

구조물공 ❙ 135

구조물공

41

구조물공

프리캐스트 바닥판 및 PSC 거더 배치간격 검토 설계처-2136

(2022.07.07.)

1 검 토 배 경

 그간 말뚝기초 설계 시 수평지지력은 관행적으로 탄성지반반력법과

극한평형법에 의해 산정하여, 불리한 값으로 설계됨.

* [수평지지력 : min(탄성지반반력법, 극한평형법)] ≥ 수평력 ---- O.K

 또한, 수평변위 산정 시 말뚝머리 결합 조건에 대한 허용수평변위량

기준 제시가 모호하여, 이에 대한 합리적 설계 방안을 도출하고자 함.

(본 검토는 기성말뚝에 해당되며, 현장타설말뚝은 제외됨)

2 현 실태

 PSC 거더

o 2003년 이후 민간의 기술 개발로 경제성, 미관 등이 우수하며 다양한

개량형 PSC 거더가 고속도로에 적용 중에 있음.

※ 최근 설계 완료한 대산-당진 고속도로에는 PSC 거더교 22개소에 11개

공법이 설계에 반영되는 등 다양한 공법이 적용 중임

 프리팹 바닥판

o 2005년 설계처 방침1) 이후 부분단면 바닥판이 적용 되었고, 2010년

부천고가교 화재 복구공사에 전단면 바닥판을 사용하였으며,

o 최근 프리팹 활성화2)를 위해 전 교량을 프리팹 바닥판으로 설계

중에 있음(전단면 바닥판 3개소 이상, 그 외 교량 부분단면 바닥판)

 PSC거더와 프리팹 바닥판 관련 주변 여건

o 개요도

1) 프리캐스트 콘크리트 패널의 교량 바닥판 적용검토(설계처-1220, 2005.05.10.)

2) 건설 현장 안전사고 예방을 위한 교량 설계 추진방안 검토(설계처-3805, 2021.12.14.)

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o PSC 거더와 프리팹 바닥판은 교량 상부 연결 부재로서 밀접한

관계에도 불구하고 개별 기술 영역으로 발전되어 왔으며,

o 다양한 거더 형상으로 인해 다수 규격의 프리캐스트 바닥판이 필

요하여 프리캐스트 공장에서 제작 기피

다양한 거더 형상 → 다수의 바닥판 순간격 종류 → 다수의 프리캐스트

바닥판 제작 몰드 필요 → 제작 효율성 저하로 단가 상승 → 토목분야 대신

규격이 정형적인 건축 등 타 분야 프리캐스트 제작 선호

o 거더별(13개 거더) 바닥판 순간격 조사 결과

- 2차로 : 9개 종류 순간격

- 4차로 : 8개 종류 순간격

☞ 중복 고려 시 14개 규격 필요

: 1.86, 1.88, 1.90, 1.96, 2.00, 2.03, 2.05, 2.08, 2.10, 2.15, 2.20, 2.30, 2.40, 2.45m

바닥판 순간격 종류를 최소화 ☞

프리팹 부재 시공 효율성 향상을 위한 환경 여건 조성

3 개선방안 검토

 바닥판 순간격 최소화를 위한 대안별 검토

o 바닥판 순간격 조정(안)

(1안) 거더 간격 조정 (2안) 상부플랜지 폭원 조정

구조물공 ❙ 137

구조물공

o 대안별 비교 검토

구 분 (1안) 거더 간격 조정 (2안) 상부플랜지 폭원 조정

설계

별도 검토항목의 추가 없이

거더 안전성 및 바닥판 검토를

시행하여, 구조계 변화는 미미

별도 검토항목의 추가 없이

거더 안전성 및 바닥판 검토를

시행하며, (1안) 대비 구조계

변화가 큼

시공

바닥판 거푸집이 변경되므로

사양변경 비용 저렴

거더 강재 거푸집이 변경되므로

사양변경 비용 고가

검토

결론

☞ 설계단계 변경이 미미하고 시공단계 비용 수반이

최소화되는 (1안)으로 개선 방안 마련

 유사 규격의 바닥판 순간격을 일정 규격 조정으로 바닥판 규격

종류 최소화 가능 : 14개 → 5개

당 초(m) 변 경(m)

1.86, 1.88, 1.90 1.85

1.96, 2.00, 2.03, 2.05 2.00

2.08, 2.10, 2.15, 2.20 2.15

2.30 2.30

2.40, 2.45 2.45

※ 편의상 0.15m 간격으로 규격화

 바닥판 순간격 조정에 따른 검토

o 거더 안전성

- 거더 간격 증가 시 : 내측거더 하중 증가로 구조안전성 확인 필요

- 거더 간격 감소 시 : 외측거더 하중 증가로 구조안전성 확인 필요

o 바닥판 안전성

: (중앙부) 경험적 설계법 - 별도 검토 불필요

전통적 설계법 - 지간장 변화에 따른 검토필요

(캔틸레버부) 전통적 설계법 - 지간장 변화에 따른 검토필요

138 ❙ 구조물공

 (검토 예시) 바닥판 순간격 증가 조정 ※ A거더(2차로, 거더 4본)

o 거더 안전성

- 거더 간격조정에 따른 응력차이 미미(0.01~0.16MPa)

응력(MPa)

하중단계

거더

상연 하연

당초 변경 당초 변경

사용한계 Ⅲ3)

내측 14.14 14.23 2.63 2.52

외측 14.06 13.99 2.00 2.15

허용응력

압축 인장

18.0 -2.6

- 바닥판 순간격 증가(3.20 → 3.24m) 시

· (내측 거더 - 분담하중 증가) 상연 압축응력 증가 및 하연 압축응력 감소

· (외측 거더 - 분담하중 감소) 상연 압축응력 감소 및 하연 압축응력 증가

o 바닥판 안전성

- 중앙부 필요 철근량 증가, 현재 철근량이 충분하여 변경 불필요

구 분 당 초 변 경

중앙부

작용모멘트(kN·m) 61.3 62.2

소요 철근량(mm2) 933.2 948.1

- 거더 유효지간 변화(2.46 → 2.50m)에 따른 하중 증가 약 1%

- H16@200 = 993mm2 철근 배근으로 철근량 증가 불필요

캔틸레버부

작용모멘트(kN·m) 54.0 43.8

소요 철근량(mm2) 873.4 701.2

- 모멘트 팔길이 변화(0.73 → 0.67m)에 따른 하중 감소 약 19%

- H16@200 = 993mm2 철근 배근으로 철근량 증가 불필요

3) 포스트텐션 부재의 한계균열폭 0.2mm에 대응하는 설계 등급에서의 하중조합(사하중 + 0.8×활하중)

구조물공 ❙ 139

구조물공

 (검토 예시) 바닥판 순간격 감소 조정 ※ B거더(4차로, 거더 8본)

o 거더 안전성

- 거더 간격조정에 따른 응력차이 미미(0.02~0.26MPa)

응력(MPa)

하중단계

거더

상연 하연

당초 변경 당초 변경

사용한계 Ⅲ

내측 15.25 15.18 2.57 2.66

외측 14.64 14.83 2.96 2.65

허용응력

압축 인장

18.0 -2.6

- 바닥판 순간격 감소(3.10 → 3.07m) 시

· (내측 거더 - 분담하중 감소) 상연 압축응력 감소 및 하연 압축응력 증가

· (외측 거더 - 분담하중 증가) 상연 압축응력 증가 및 거더 압축응력 감소

o 바닥판 안전성

- 캔틸레버부 필요 철근량 증가, 현재 철근량이 충분하여 변경 불필요

구 분 당 초 변 경

중앙부

작용모멘트(kN·m) 59.2 58.5

소요 철근량(mm2) 1098.4 950.0

- 거더 유효지간 변화(2.37 → 2.34m)에 따른 하중 감소 약 1%

- S16@150 = 1,324mm2 철근 배근으로 철근량 증가 불필요

캔틸레버부

작용모멘트(kN·m) 44.9 61.9

소요 철근량(mm2) 719.6 1007.4

- 모멘트 팔길이 변화(0.69 → 0.795m)에 따른 하중 증가 약 38%

- S16@150 = 1,324mm2 철근 배근으로 철근량 증가 불필요

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 개선방안 검토

o 거더 간격 조정으로 바닥판 순간격을 변경하여도 구조계 변경이

미미하여 거더 및 바닥판 응력차가 작고, 추가 철근량 불필요

o 프리캐스트 바닥판 거푸집 일부 변경으로 투입비용이 저렴하여

바닥판 순간격 규격화로 인한 설계 및 시공 변경 부담 최소화

o 상기예시와 같이 모든 거더는 간격 조정에 따라 상세 설계 시

구조 안전성 등 별도 검토 필요

4 검토결론 및 적용

 검토결론

o 바닥판 순간격은 편의상 0.15m 간격으로 규격화하였으며,

o 현장 여건(곡선교, 방사형 빔 배치 등)에 따라 다른 규격 적용 가능

※ 거더 간격 조정에 따른 바닥판 순간격 규격(안)

당 초(m) 변 경(m)

1.86, 1.88, 1.90 1.85

1.96, 2.00, 2.03, 2.05 2.00

2.08, 2.10, 2.15, 2.20 2.15

2.30 2.30

2.40, 2.45 2.45

 적 용

o 설계 중 노선부터 본 방침 적용

붙임 #1 교량별 거더 간격 조사 현황(별첨)

#2 거더 간격 증가에 따른 구조계산 일부 발췌(별첨)

#3 거더 간격 감소에 따른 구조계산 일부 발췌(별첨)