Transcript 교량의 - (주)대지건설

2007. 9.11
김세열
목 차
1. 설계현황
2. 교량 계획 및 형식선정
3. 주형 배치계획
4. 상세설계
5. H형강 거더의 거동 특성
6. 주요공정 현장사진
7. 맺음말
1. 설계현황
과업위치 : 전북 익산시 금마면 동고도리∼충남 논산시 연무읍 죽평리
발 주 처 : 익산지방 국토관리청
대상교량 : 동고도교
(금마-연무대간 도로와 금마면 도시계획 지역 연결도로상 교량)
주요고려사항 : - 금마면 도시계획 구역내 위치
- 기존도로와의 접속연계성 (민원접수상태)
- 하천상 교각 설치 배제 (하천국 요청사항)
동고도교 횡단면도
2. 교량계획 및 형식선정
교량설계조건
설계속도
교량폭원
사
각
종단선형
:
:
:
:
80㎞/h
11.0m
46˚
(+)0.500%
도로등급
지간구성
횡단조건
평면선형
:
:
:
:
지방지역 보조간선도로
단경간 24.0m
익산천
직선
2. 교량계획 및 형식선정
1차 설계
구
분
비교1안 : R.C Slab교
도시계
비교2안 : Rahmen교
종 점 k 62.585
교량
+2
STA.0
획 구간
획구간
STA.0
+237.4
85
도시계
획구간
STA.0
종 점 k 62.300
교량
+2
STA.0
획구간
+237.8
0
도시계
도시계
0
31.3
평면도
31.3
BB-24
BB-24
31.6
31.6
30.4
29.8
S
30.4
S
29.8
31.1
31.1
31.7
31.7
BB-25
BB-25
종 점
k
85
교 량 TA.0+262.0
S
획구간
도시계
획구간
STA.0
+
238.0
00
종단면도
도시계
S=+0.5%
F
획구간
종 점
k
00
교 량 TA.0+262.3
S
획구간
계
시
도
STA.0
+
237.8
00
S=+0.5%
M
P1
세굴방지용
암채움
개략공사비
도 시계
183만원/㎡
세굴방지용
암채움
220만원/㎡
2. 교량계획 및 형식선정
교량 형식 선정 과정
낮은형고
경제성
2경간
R·C SLAB교
RAHMEN교
사각 : 46°
기초형식
: 말뚝기초
검토결과
낮은 형고 ⇒ 기존도로와 접속성 우수
독립 교대 ⇒ 교대부 배면토압 안정성 유리
교량 받침 ⇒ 연약지반상 부등침하 대응성
2경간
R·C SLAB교
2. 교량계획 및 형식선정
2차 설계
변경 설계 사유
하천설계 기준에 부적합
설계 유량 산정 오류
하천 수리 검토(익산천, 지방2급)
설계유량 Qd (50년) = 137.5㎥/s
홍수여유고
0.6m 이상 < 설계 여유고 0.668m
최소경간장 20.7m 이상 < 설계 경간장
24.0m
OK
OK
설계 기본 방향
하천상 교각 설치 배제(하천국 요구) ⇒ 단경간 계획
기존도로와 접속성 고려(민원사항) ⇒ 종단상승 최소화
홍수여유고 확보
⇒ 최소 형고 적용
2. 교량계획 및 형식선정
교량형식 비교안
구
분
평면도
비교1안 : H형 강교
도시계
획구간
S
비교2안 : Preflex교
종점 k
085
교량
+262.
STA.0
획구 간
TA.0+
238.00
5
도 시계
획구간
도시계
STA.0
종점 k
085
교량
+262.
STA.0
획구간
도시계
+238.
005
31.3
31.3
BB-24
및
BB-24
31.6
31.6
30.4
29.8
S
30.4
29.8
S
31.1
31.1
종단면도
31.7
BB-25
31.7
BB-25
횡단면도
개략공사비
175만원/㎡
235만원/㎡
2. 교량계획 및 형식선정
강합성 H형강 거더교 적용사유
단경간 25m 적용 가능한 형식
→ 하천상 교각 배제, 유수흐름 및 세굴, 침식에 유리
낮은 형고
→ 바닥판 포함 1.1m(슬래브교 헌치부 두께 정도)
경제성
→ 175만원/㎡
타형식 검토
구 분
형고 (바닥판 포함)
단위공사비
P.S.C Beam
2.0m
170만원/㎡
R.P.F Beam
1.1m
235만원/㎡
3. 주형 배치계획
사용 프로그램 : iHbridge, SAP2000
응력 검토
CASE 1 : GIRDER 자중 + 바닥판 자중
CASE 2 : 고정하중 + 활하중 + 지점침하
CASE 3 : (고정하중 + 활하중 + 지점침하 + 크리프+ 건조수축) / 보정계수
CASE 4 : (고정하중+활하중+지점침하+크리프+건조수축+온도차)/ 보정계수
허용응력(MPa)
구분
압 축
인 장
비 고
콘크리트
10.8
1.89
fck = 27 MPa
H-BEAM
190
190
SM 490
3. 주형 배치계획
주형 9본 배치시
모델링
최대 응력 발생위치 : Girder 1
3. 주형 배치계획
허용응력 검토
(단위 : MPa)
구분
fcu
fcl
fsu
fsl
비고
CASE 1
93.345
- 93.345
49 %
(응력보정계수)
1.000
1.000
CASE 2
10.126
5.986
129.486
- 208.266
110 %
CASE 3
6.284
3.387
130.649
- 212.711
112 %
(응력보정계수)
1.000
1.000
1.150
1.000
CASE 4
6.552
4.684
139.411
- 186.152
(응력보정계수)
1.150
1.150
1.300
1.150
검토 결과
O.K
O.K
O.K
N.G
98 %
3. 주형 배치계획
주형 10본 배치시
모델링
최대 응력 발생위치 : Girder 5
3. 주형 배치계획
허용응력 검토
(단위 : MPa)
구분
fcu
fcl
fsu
fsl
비고
CASE 1
87.349
- 83.749
46 %
(응력보정계수)
1.000
1.000
CASE 2
7.769
4.362
112.431
- 182.067
96 %
CASE 3
6.412
3.131
113.989
- 183.323
96 %
(응력보정계수)
1.000
1.000
1.150
1.000
CASE 4
6.824
4.602
123.380
- 159.836
(응력보정계수)
1.150
1.150
1.300
1.150
검토 결과
O.K
O.K
O.K
N.G
84 %
3. 주형 배치계획
주형 12본 배치시
모델링
최대 응력 발생위치 : Girder 1
3. 주형 배치계획
허용응력 검토
(단위 : MPa)
구분
fcu
fcl
fsu
fsl
비고
CASE 1
75.537
- 75.537
40 %
(응력보정계수)
1.000
1.000
CASE 2
6.742
3.817
96.883
163.921
86 %
CASE 3
3.868
1.829
101.257
166.643
88 %
(응력보정계수)
1.000
1.000
1.150
1.000
CASE 4
4.796
3.569
109.545
145.0546
(응력보정계수)
1.150
1.150
1.300
1.150
검토 결과
O.K
O.K
O.K
N.G
77 %
3. 주형 배치계획
검토결과
SLAB
강 재
.
80
2500
fcu
fcl
fa
60
40
20
휨응력 (kgf/㎠)
.
100
휨응력 (kgf/㎠)
120
2000
fsu
fsl
fa
1500
1000
500
0
0
9본 배치시
10본 배치시
소요의 안전율
12본 배치시
9본 배치시
내 구 성
주형 12본 배치
10본 배치시
12본 배치시
구조안전성
4. 상세설계
주형설계
최대 정모멘트 단면 검토
합성전
Md1 = 63.384 tonf.m
S = 7.088 tonf
Md2 = 44.611 tonf.m
구 분
A(cm²)
Y(cm)
A․Y(cm³)
H Beam
307.600
40.400
12,427.040
합성후
바닥판 유효폭
B : 109.800cm
바닥판 콘크리트의 두께 : 24.000cm,
구 분
A(cm²)
Y(cm)
주 형
307.600
69.400
바닥판
329.400
12.000
A․Y(cm³)
21,347.44
0
3,952.800
25,300.24
lc(cm⁴)
Ml = 73.662 tonf.m
A․Y²(cm⁴)
lg(cm⁴)
339,000.000 502,052.416 841,052.416
n : 8.000
바닥판 콘크리트의 헌치높이 : 5.000cm
lc(cm⁴)
339,000.00
0
7,844.981
346,844.98
A․Y²(cm⁴)
1,481,512.33
6
47,433.600
1,528,945.93
lg(cm⁴)
1,820,512.33
6
55,278.581
1,875,790.91
4. 상세설계
응력 검토
(단위 : MPa)
NO.
STRESS
SLAB TOPCON'C
STEEL TOP
1
합성전
0
75.537
- 75,537
2
합성후
6.742
21.346
- 88.384
3
CREEP에 의한 영향
- 2.364
0.910
- 1.986
4
건조수축에 의한 영향
- 0.510
18.653
- 4.571
5
온도차에 의한 영향
1.647
25.963
- 0.736
(1)+(2)
6.742
96.883
- 163.921
ALLOWABLE
STRESS
10.800
190.000
190.000
(1)+(2)+(3)+(4)
3.868
101.257
- 166.643
ALLOWABLE
STRESS
10.800
190.000
190.000
(1)+(2)+(3)+(4)+(5)
4.796
109.545
- 145.546
ALLOWABLE
STRESS
10.800
190.000
190.000
6
7
8
전단
응력
SHEAR STRESS
5.923
ALLOWABLE
110
STEEL
BOTTOM
4. 상세설계
보강재
수직보강재 : 상하플랜지 순간격 748㎜ < 60t = 960㎜
그러므로 수직보강재를 설치 필요없음.
따라서, 가로보 연결부에만 보강재 설치
수평보강재 : b/130 = 748/130 = 5.753mm < 16mm이므로 필요 없음.
4. 상세설계
가로보
6m이하의 간격, 플랜지폭의 30배를 넘지않는 범위 : 5.0m 간격 -> OK
4. 상세설계
교량받침 용량 검토
격자 해석 결과와 비교, 안전측 설계
Modeling
콘크리트 바닥판 : Plate 요소
주
형 : Beam 요소
3D Modeling
4. 상세설계
검토결과
70.000
60.000
50.000
40.000
30.000
20.000
10.000
0.000
격자해석 Max
격자해석 Min
3D 해석 Max
3D 해석 Min
1 6 7 12 13 19 20 26 27 33 34 40 41 47 48 54 55 61 62 68 69 74 75 80
사용 교좌장치
둔각부 : 65tonf 탄성받침
그
외 : 55tonf 탄성받침 적용
5. H형강 거더의 거동 검토
직교의 경우
판형교
받침선을 따라 단부방향으로 응력흐름
H형 강교
5. H형강 거더의 거동 검토
사교의 경우
판형교
판형교에서는 둔각부방향으로 응력흐름
H형강교는 직교와 거의 차이 없음
H형강 거더의 소요강성 확보 확인
H형 강교
6. 주요공정 현장사진
제작공정(Stud Bolt 취부, 용접)
6. 주요공정 현장사진
제작공정(Main Girder 제작완료)
6. 주요공정 현장사진
제작공정(CROSS BEAM 제작완료)
6. 주요공정 현장사진
도장공정(하도, 중도, 상도 도장작업)
6. 주요공정 현장사진
설치공정(SOLE PLATE 설치작업 A2측)
6. 주요공정 현장사진
설치공정(G-12 GIRDER 설치전경)
6. 주요공정 현장사진
설치공정(CROSS BEAM 볼팅, 용접작업)
7. 맺음말
20m내외의 소규모 교량에 적용가능한 교량형식이 최근에 와서 많이 검토되어지고 있
으나 아직까지 설계적용은 활발하지 못한 것이 사실이다.
일반적인 경우 본 주제발표 대상이었던 동고도교와 같은 여건에서 2경간 Rahmen교
나 슬래브교, 아니면 25m P.S.C Beam교를 적용하고 있는데 이는 하천 중앙부에 교
각 설치로 유수흐름에 저해되거나 높은 형고로 종단상승이 불가피하여 적합성에 문제
를 야기하고 있다.
일반적으로, 강재를 사용하는 교량에서의 부담이 되었던 부분인 경제성 측면에서 유
리하고 H형강 거더의 거동 검토에서 보았듯이 거더교로써 소요의 강성 확보가 가능할
뿐만아니라 판형교 수준의 낮은 형고로 적합성 측면에서도 유리하므로 동고도교와 같
은 여건에서는 적용성이 뛰어난 교량 형식으로 판단된다.
공법개요
타공한 H형강을 가설한후 WEB에 횡형철근을 관통시켜 콘크리트와 일체화
한
SRC구조의 상판교
무조인트 구조
종래 구조 예시
무조인트 구조 예시
현장시공사진
안전성 검증 공개실험
일본김택대학 공학부 토목건설 공학과 대형실험실
정적파괴시험중
하중분배시험중
실험 결과
(정적파괴 시험)
荷重～たわみ曲線図
破壊試験（その１：静的載荷）
1000
900
コンクリート上面：圧壊
載荷荷重：Ｐu＝913KN（計算値855KN）
たわみ量：δu＝56.78mm
800
載荷荷重（kN）
700
設計値　Pu＝582KN
Ｈ鋼桁下フランジ：降伏
載荷荷重：Ｐy＝700KN（計算値714KN）
たわみ量：δy＝24.86mm
600
count-1
count-2
count-3
本試験
設計値　Py＝458KN
500
400
載荷荷重：Ｐ＝259KN
たわみ量：δ＝8.11mm
300
200
残留たわみ量：δ＝30.14mm
100
0
0
10
残留たわみ量：δ＝1.16mm
20
30
40
支間中央たわみ量　（mm）
50
60
70
200만회 반복하중재하 시험
荷重～たわみ曲線図
疲労試験（繰り返し荷重載荷）
cycle-50
300
cycle-100
cycle-200
250
cycle-500
cycle-1000
cycle-2000
載荷荷重（kN）
200
cycle-5000
cycle-10000
150
cycle-20000
cycle-50000
200万回載荷後増
加たわみ量
δ=1.52mm
100
cycle-100000
cycle-200000
cycle-500000
50
cycle-1000000
cycle-1500000
cycle-2000000
0
0
2
4
6
支間中央たわみ量　（mm）
8
10
12
반복하중재하 후 정적파괴 시험
荷重～たわみ曲線図
破壊試験（その２：疲労試験終了後静的載荷）
1000
900
800
コンクリート上面：圧壊
載荷荷重：Ｐ＝917KN（計算値855KN）
たわみ量：δ＝61.62mm
700
載荷荷重（kN）
設計値　Pu＝582KN
600
count-1
count-2
count-3
本試験
Ｈ鋼桁下フランジ(G2)：降伏
載荷荷重：Ｐ＝601KN（計算値714KN）
たわみ量：δ＝20.64mm
500
設計値　Py＝458KN
400
載荷荷重：Ｐ＝261.3KN
たわみ量：δ＝8.71mm
300
200
残留たわみ量：δ＝32.57mm
100
0
0
10
20
30
40
支間中央たわみ量　（mm）
50
60
70
ESB의 구조특징
상하부일체구조
재활용
형강의 재이용
코스트 절감
환경부하의 저감
ＣＯ２감소
(쿄토의정서）
내진성의 향상
건설코스트 절감
유지관리
코스트 절감
무조인트
소음/진동의 방지
주행성의 개선
내구성 향상