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문제 정의
- 이러한 영향으로 인해 곡선교의 내측지점에서 부반력의 발생가능성이 높아지고, 이에 따른 상부구조의 현방향에 대한 회전에 따른 낙하의 가능성도 높아질 수 있다. 따라서 본 논문에서는 다양한 영향인자들에 의해 상대적으로 복잡한 응답특성을 보일 것으로 예상되는 곡선교의 지진응답 특성을 효과적으로 분석하기 위하여 곡선교의 지진응답을 반영할 수 있는 합리적인 모형화 방법을 개발하도록 한다. 또한, 개발된 모형을 이용하여 단경간 곡선교와 연속 곡선교를 대상으로 다양한 곡선반경, 받침배치형식, 지진하중의 작용방향 등에 따른 지진응답을 평가하여 곡선교의 합리적인 내진설계를 위한 참고자료로서 활용할 수 있도록 한다.
- 곡선교의 모형화 방법의 편리성을 위해 일반적으로 설계 실무에서 사용되는 간략모형의 경우에는 지점부를 보강하지 않고 있다. 그러나 간략모형의 경우 모형의 구조적인 특징으로 인하여 실제 교량에서 발생하는 변위보다 과도한 변위가 발생할 수 있을 것으로 판단되므로 본 논문에서는 간략모형의 문제점을 보완시킨 모형을 제시하고자 한다.
- 또한, 연속 곡선교의 경우 정의된 2방향으로만 지진하중을 작용시킨다면 실제로 발생하는 지진에 의해서 교량에 발생하는 응답을 충분히 반영할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 단경간 곡선교와 연속 곡선교에 대하여 지진응답해석을 수행하여 분석하였다. 곡선교의 형상에 따른 응답의 변화를 관찰하기 위해 대상교량의 곡선반경을 변화시키면서 이에 따른 곡선교의 지진응답을 비교하였으며 받침배치 형식을 그림 12와 같이 접선방향 받침배치와 현방향 받침배치(한국건설기술연구원, 2001)로 구분하여 분석하였다.
- 본 논문에서는 곡선교의 지진응답 특성분석을 통하여 합리적인 해석기법을 개발하기 위하여 다양한 형식의 곡선교에 대해 지진응답해석을 수행하였다. 곡선교의 지진응답특성을 분석하기 위하여 합리적인 곡선교의 모형화 방법을 제시하였으며, 곡선교의 지진응답에 영향을 미치는 곡선반경이나 받침배치 형식 등 다양한 인자들을 고려하여 지진응답특성을 분석하였다.
가설 설정
- 지점변위는 설계기준에서 제시하는 최소받침지지길이에 의해서 결정되기 때문에 검토하지 않았다. 단경간교량의 경우 교축방향 응답은 교대의 영향으로 인하여 제한되기 때문에 교축직각방향으로만 지진하중이 작용하는 것으로 가정하였다.
제안 방법
- 또한 교량에 작용하는 지진하중의 작용방향을 특정한 방향으로 정의하기 어렵기 때문에 현재의 설계기준에서 제시하는 방법으로는 실제 발생하는 지진하중의 영향을 효과적으로 반영하는데 어려움이 있을 수 있다. 따라서 본 논문에서는 단경간 곡선교 및 연속 곡선교에 대하여 응답스펙트럼 해석을 수행하여 지진응답을 분석하였으며, 특히 연속 곡선교에 대해서는 지진하중의 작용방향을 변화시키면서 이에 따른 응답의 변화를 분석하였다.
- 현재 일반적으로 사용되는 간략모형은 지점부를 보강하지 않고 있는데 이러한 경우 간략모형의 구조적인 특징으로 인하여 정밀모형과는 횡방향 응답 등이 다를 것으로 예상된다. 따라서, 본 논문에서는 대상교량 지점부의 단면을 그림 5와 같이 쉘모형, 정밀 프레임 모형, 간략 프레임 모형으로 각각 모형화하고 각각의 모형에 횡방향 하중 10 kN을 작용시켜 이때 발생하는 교축직각방향 가동받침의 횡방향(교축직각방향) 변위를 표 1에 나타내었다.
- 지진응답 분석에 적용할 모형의 검증을 위하여 정밀모형과 간략모형에 대하여 단일모드스펙트럼해석을 수행하였으며, 내진설계 시 이용되는 지점의 변위와 지진력을 비교분석하였다. 대상교량의 정밀모형은 3차원 뼈대요소를 이용하여 그림 6과 같이 프레임요소들을 곡선으로 연결하여 절점에서 강결된 격자로 모형화하였다(Hambly, 1991).
- 지진응답 분석에 적용할 모형의 검증을 위하여 정밀모형과 간략모형에 대하여 단일모드스펙트럼해석을 수행하였으며, 내진설계 시 이용되는 지점의 변위와 지진력을 비교분석하였다. 대상교량의 정밀모형은 3차원 뼈대요소를 이용하여 그림 6과 같이 프레임요소들을 곡선으로 연결하여 절점에서 강결된 격자로 모형화하였다(Hambly, 1991). 3차원 뼈대요소를 횡방향과 종방향으로 구분하여 요소가 단면의 제원을 갖도록 모형화였으며, 교량의 질량은 일관성질량으로 모형화하였다.
- 대상교량의 정밀모형은 3차원 뼈대요소를 이용하여 그림 6과 같이 프레임요소들을 곡선으로 연결하여 절점에서 강결된 격자로 모형화하였다(Hambly, 1991). 3차원 뼈대요소를 횡방향과 종방향으로 구분하여 요소가 단면의 제원을 갖도록 모형화였으며, 교량의 질량은 일관성질량으로 모형화하였다. 교량 받침부의 상부구조와 하부구조는 상대구속조건(constraint)을 이용하여 이상화였으며, 하부구조에 포함되는 코핑은 질량이 없고 강성이 매우 높은 강체요소를 사용하였으며, 코핑의 높이차를 고려하여 모형화하였다.
- 3차원 뼈대요소를 횡방향과 종방향으로 구분하여 요소가 단면의 제원을 갖도록 모형화였으며, 교량의 질량은 일관성질량으로 모형화하였다. 교량 받침부의 상부구조와 하부구조는 상대구속조건(constraint)을 이용하여 이상화였으며, 하부구조에 포함되는 코핑은 질량이 없고 강성이 매우 높은 강체요소를 사용하였으며, 코핑의 높이차를 고려하여 모형화하였다.
- 그림 7의 간략모형은 정밀모형과 같이 직선의 프레임 요소를 곡선으로 연결하여 절점에서 강결된 격자로 모형화한 3차원 뼈대요소모형을 사용하였다. 가로보를 제외한 횡방향 부재의 질량을 종방향 부재에 포함시켜 모형화 하였으며 상부구조의 중립축과 교량받침부의 높이차를 고려하기 위하여 강체요소를 사용하였다. 받침부의 구속조건과 하부구조의 모형화 방법은 정밀모형 방법과 동일하게 하였다.
- 전체적으로 단경간 곡선교와 연속 곡선교에 대하여 정밀모형과 간략모형을 비교한 결과, 각 모형의 지진응답 특성이 유사하게 나타났다. 따라서, 모형화의 용이함을 고려한다면 간략모형을 곡선교의 지진하중에 대한 응답특성을 분석하기 위한 모형으로 간략모형을 적용하여도 충분하다고 판단되므로 본 논문에서는 모형화에 많은 시간과 노력을 대폭 줄일 수 있는 간략모형을 이용하여 곡선교의 지진하중에 의한 응답을 분석하였다.
- 따라서 본 논문에서는 단경간 곡선교와 연속 곡선교에 대하여 지진응답해석을 수행하여 분석하였다. 곡선교의 형상에 따른 응답의 변화를 관찰하기 위해 대상교량의 곡선반경을 변화시키면서 이에 따른 곡선교의 지진응답을 비교하였으며 받침배치 형식을 그림 12와 같이 접선방향 받침배치와 현방향 받침배치(한국건설기술연구원, 2001)로 구분하여 분석하였다. 또한, 곡선반경의 변화에 따른 곡선교의 지진응답 특성을 비교·분석하기 위하여 곡선반경이 다른 교량을 추가로 선정하였으며, 선정된 단경간 곡선교와 연속 곡선교의 제원은 표 2와 3에 각각 나타내었다.
- 그러나 수평방향의 응답만을 고려하는 현행 단경간교의 내진설계 기준으로는 이와 같은 곡선교의 응답특성을 정확하게 반영하는 것이 현실적으로 어렵다고 볼 수 있다. 따라서 단경간 곡선교에 대하여 응답스펙트럼 해석을 수행하였으며, 지진하중의 작용에 따라 단경간 곡선교에서 저항력으로 작용하는 수직방향 우력을 중심으로 지진응답을 분석하였다. 지점변위는 설계기준에서 제시하는 최소받침지지길이에 의해서 결정되기 때문에 검토하지 않았다.
- 실제 지진하중은 교대와 교대사이의 현방향과 현에 수직한 방향으로만 작용하는 것이 아니라 다양한 방향에서 작용할 수 있기 때문에 이러한 지진하중의 작용을 반영하기 위해서는 지진하중의 작용방향을 달리하여 곡선교의 지진응답을 분석하는 것이 필요하다. 따라서, 본 절에서는 지진하중의 작용방향을 그림 14와 같이 0~180°까지 15° 간격으로 변화시키면서, 지진하중의 작용방향에 따른 곡선교의 응답과 설계기준에 의한 응답을 비교분석하였다. 지진하중은 교축방향 및 교축직각방향의 2방향으로 작용하는 것으로 하였으며 지진하중의 조합은 도로교설계기준(2005)에서 제시하고 있는 직교지진력의 조합방법을 이용하였다.
- 먼저, 곡선반경 120~200m인 연속 곡선교에 대하여 다중모드스펙트럼 해석을 수행하였다. 곡선반경 120~200m인 연속 곡선교의 경우 유사한 경향의 지진응답을 나타냈으며 그 중에서 가장 일반적인 곡선반경 150m인 교량의 결과만을 그림 15~16에 나타내었다.
- 곡선반경 55~93m인 교량은 중심각이 90° 이상인 교량으로서 본 절에서는 이에 대하여 다중모드스펙트럼 해석을 수행하였다. 분석결과 곡선반경 55~93m인 연속 곡선교의 경우 유사한 경향의 지진응답을 나타냈으며 그 중에서 가장 일반적인 곡선반경 75m인 교량의 결과만을 그림 18~19에 제시하였다.
- 본 논문에서는 곡선교의 지진응답 특성분석을 통하여 합리적인 해석기법을 개발하기 위하여 다양한 형식의 곡선교에 대해 지진응답해석을 수행하였다. 곡선교의 지진응답특성을 분석하기 위하여 합리적인 곡선교의 모형화 방법을 제시하였으며, 곡선교의 지진응답에 영향을 미치는 곡선반경이나 받침배치 형식 등 다양한 인자들을 고려하여 지진응답특성을 분석하였다. 곡선교의 곡선반경과 받침배치 형식에 따른 곡선교의 지진응답을 변위와 지진력을 중심으로 분석하였으며, 그 결과를 다음과 같이 정리하였다.
- 곡선교의 지진응답특성을 분석하기 위하여 합리적인 곡선교의 모형화 방법을 제시하였으며, 곡선교의 지진응답에 영향을 미치는 곡선반경이나 받침배치 형식 등 다양한 인자들을 고려하여 지진응답특성을 분석하였다. 곡선교의 곡선반경과 받침배치 형식에 따른 곡선교의 지진응답을 변위와 지진력을 중심으로 분석하였으며, 그 결과를 다음과 같이 정리하였다.
- 1. 곡선교의 합리적인 지진응답 분석을 위하여 일반적으로 설계시 사용하고 있는 단순모형의 지점부를 X자형으로 보강한 모형을 제안하였다. 제안된 간략모형의 적합성을 검증하기 위하여 정밀모형과의 응답비교를 수행한 결과 각각의 해석모형에 의한 변위나 지진력이 거의 유사한 수준인 것으로 평가되었다.
대상 데이터
- 곡선교 통계자료를 분석한 결과, 단경간 곡선교의 경우 교장 50m의 교량이 가장 일반적인 것으로 나타났고 연속 곡선교의 경우 3경간 연속교가 가장 일반적인 것으로 나타났다. 따라서, 모형화방법 개발을 위한 단경간 곡선교로 지간장 50m, 교폭 9m, 곡선반경 150m인 교량을 선정하였으며 평면도와 단면도는 그림 3과 같다. 연속 곡선교는 단경간 곡선교와 동일한 교폭, 거더의 수높이폭, 및 곡선반경을 갖고 있는 교장 40+50+40m의 교량으로 선택하였으며 대상교량의 평면도와 교각일반도는 그림 4와 같다.
- 따라서, 모형화방법 개발을 위한 단경간 곡선교로 지간장 50m, 교폭 9m, 곡선반경 150m인 교량을 선정하였으며 평면도와 단면도는 그림 3과 같다. 연속 곡선교는 단경간 곡선교와 동일한 교폭, 거더의 수높이폭, 및 곡선반경을 갖고 있는 교장 40+50+40m의 교량으로 선택하였으며 대상교량의 평면도와 교각일반도는 그림 4와 같다.
이론/모형
- 그러나, 표 1에서 알 수 있듯이 간략모형의 경우 지점부를 보강하지 않았을 경우 좌우 받침간 상대변위가 쉘모형이나 정밀 프레임모형보다 과도하게 발생하는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 간략모형이 쉘모형이나 정밀 프레임모형과 유사한 응답을 나타낼 수 있도록 지점부를 X형으로 보강한 간략 프레임모형을 사용하였다.
- 그림 7의 간략모형은 정밀모형과 같이 직선의 프레임 요소를 곡선으로 연결하여 절점에서 강결된 격자로 모형화한 3차원 뼈대요소모형을 사용하였다. 가로보를 제외한 횡방향 부재의 질량을 종방향 부재에 포함시켜 모형화 하였으며 상부구조의 중립축과 교량받침부의 높이차를 고려하기 위하여 강체요소를 사용하였다.
- 따라서, 본 절에서는 지진하중의 작용방향을 그림 14와 같이 0~180°까지 15° 간격으로 변화시키면서, 지진하중의 작용방향에 따른 곡선교의 응답과 설계기준에 의한 응답을 비교분석하였다. 지진하중은 교축방향 및 교축직각방향의 2방향으로 작용하는 것으로 하였으며 지진하중의 조합은 도로교설계기준(2005)에서 제시하고 있는 직교지진력의 조합방법을 이용하였다. 또한, 일반적으로 수직방향 지반운동은 교량에 영향을 줄만큼 강하지 못한 것으로 알려져 특별한 주의가 요구되지 않으므로 본 논문에서는 연속 곡선교에 대하여 수직방향의 응답은 고려하지 않았다.
성능/효과
- 곡선교 통계자료를 분석한 결과, 단경간 곡선교의 경우 교장 50m의 교량이 가장 일반적인 것으로 나타났고 연속 곡선교의 경우 3경간 연속교가 가장 일반적인 것으로 나타났다. 따라서, 모형화방법 개발을 위한 단경간 곡선교로 지간장 50m, 교폭 9m, 곡선반경 150m인 교량을 선정하였으며 평면도와 단면도는 그림 3과 같다.
- 전체적으로 단경간 곡선교와 연속 곡선교에 대하여 정밀모형과 간략모형을 비교한 결과, 각 모형의 지진응답 특성이 유사하게 나타났다. 따라서, 모형화의 용이함을 고려한다면 간략모형을 곡선교의 지진하중에 대한 응답특성을 분석하기 위한 모형으로 간략모형을 적용하여도 충분하다고 판단되므로 본 논문에서는 모형화에 많은 시간과 노력을 대폭 줄일 수 있는 간략모형을 이용하여 곡선교의 지진하중에 의한 응답을 분석하였다.
- 먼저 고정하중에 의한 반력을 살펴보면, 곡선반경이 작아짐에 따라서 곡선내측 지점의 반력은 감소하고 곡선외측 지점의 반력은 증가하는 경향을 보였다. 곡선반경 100m인 교량과 같이 곡선반경이 작은 교량의 경우, 고정하중에 의해서 발생하는 정반력이 작은 A1L과 A2L 지점에서는 지진하중에 의해서 발생하는 수직반력에 의해서 부반력이 발생할 수 있으며, 고정하중의 의해서 발생하는 정반력이 큰 A1R과 A2R 지점에서는 지진하중에 의하여 부반력은 발생하지 않지만 고정하중만에 의한 정반력보다 큰 반력이 발생할 수 있는 것으로 나타났다.
- 먼저 고정하중에 의한 반력을 살펴보면, 곡선반경이 작아짐에 따라서 곡선내측 지점의 반력은 감소하고 곡선외측 지점의 반력은 증가하는 경향을 보였다. 곡선반경 100m인 교량과 같이 곡선반경이 작은 교량의 경우, 고정하중에 의해서 발생하는 정반력이 작은 A1L과 A2L 지점에서는 지진하중에 의해서 발생하는 수직반력에 의해서 부반력이 발생할 수 있으며, 고정하중의 의해서 발생하는 정반력이 큰 A1R과 A2R 지점에서는 지진하중에 의하여 부반력은 발생하지 않지만 고정하중만에 의한 정반력보다 큰 반력이 발생할 수 있는 것으로 나타났다. 곡선반경이 작아짐에 따라 곡선내측 지점에서는 고정하중에 의한 수직반력이 작아져 지진하중에 의해서 부반력이 발생할 가능성이 증가하였고, 마찬가지로 곡선외측 지점에서는 고정하중에 의한 수직반력의 증가와 함께 지진하중의 영향으로 인해 정반력이 증가하는 것으로 나타났다.
- 곡선반경 100m인 교량과 같이 곡선반경이 작은 교량의 경우, 고정하중에 의해서 발생하는 정반력이 작은 A1L과 A2L 지점에서는 지진하중에 의해서 발생하는 수직반력에 의해서 부반력이 발생할 수 있으며, 고정하중의 의해서 발생하는 정반력이 큰 A1R과 A2R 지점에서는 지진하중에 의하여 부반력은 발생하지 않지만 고정하중만에 의한 정반력보다 큰 반력이 발생할 수 있는 것으로 나타났다. 곡선반경이 작아짐에 따라 곡선내측 지점에서는 고정하중에 의한 수직반력이 작아져 지진하중에 의해서 부반력이 발생할 가능성이 증가하였고, 마찬가지로 곡선외측 지점에서는 고정하중에 의한 수직반력의 증가와 함께 지진하중의 영향으로 인해 정반력이 증가하는 것으로 나타났다. 그림 13에는 받침배치형식에 따른 지점반력을 비교하여 나타내었는데, 전체적으로 현방향 받침배치일 경우 지진하중에 의해서 발생하는 지점반력이 접선방향 받침배치보다 작게 발생하지만 그 차이는 크지 않았다.
- 결론적으로 단경간 곡선교는 곡선내측에서 부반력의 발생 가능성이 있으며 곡선외측에서는 고정하중만에 의해서 발생하는 정반력보다 큰 반력이 나타날 수도 있는 것으로 분석되었다. 현행 단경간교량에 대한 내진설계 기준은 지진하중에 의한 수평지진력에 대해서만 규정하고 있으므로 곡선교와 같이 기하학적 형상이 특이한 교량에 대해서는 향후 지진하중의 작용에 따른 수직반력의 발생가능성도 검토되어야 할 것으로 판단된다.
- 곡선반경 120~200m의 연속 곡선교에 대하여 P2 지점에서의 변위와 지진력을 표 7~8에 나타내었다. 여기에서 알 수 있듯이, 지진하중의 작용방향을 변화시켰을 때 발생하는 변위와 지진력은 설계기준에 의해서 구해지는 값과 거의 동일하게 나타났다. 결과적으로, 곡선반경이 120~200m인 연속 곡선교의 경우 도로교설계기준(2005)에서 제시하는 설계기준을 통해서 얻어지는 교량의 응답이 지진하중의 작용방향을 변화시킬 때 발생하는 최대 응답과 같거나 차이가 거의 없는 것으로 판단된다.
- 여기에서 알 수 있듯이, 지진하중의 작용방향을 변화시켰을 때 발생하는 변위와 지진력은 설계기준에 의해서 구해지는 값과 거의 동일하게 나타났다. 결과적으로, 곡선반경이 120~200m인 연속 곡선교의 경우 도로교설계기준(2005)에서 제시하는 설계기준을 통해서 얻어지는 교량의 응답이 지진하중의 작용방향을 변화시킬 때 발생하는 최대 응답과 같거나 차이가 거의 없는 것으로 판단된다.
- 곡선반경 55~93m의 연속 곡선교에 대하여 P2 지점에서의 변위와 지진력을 9~10에 나타내었다. 여기에서 알 수 있듯이, 지진하중의 작용방향을 변화시켰을 때 발생하는 변위는 설계기준에 의해서 구해지는 값에 비하여 최대 38% 큰 값을 보였으며 지진력은 최대 27% 크게 나타났다. 또한 그 차이는 곡선반경이 작을수록 증가하는 경향을 보였다.
- 여기에서 알 수 있듯이, 지진하중의 작용방향을 변화시켰을 때 발생하는 변위는 설계기준에 의해서 구해지는 값에 비하여 최대 38% 큰 값을 보였으며 지진력은 최대 27% 크게 나타났다. 또한 그 차이는 곡선반경이 작을수록 증가하는 경향을 보였다. 결과적으로, 곡선반경이 55~93m인 교량은 도로교설계기준(2005)의 설계기준을 통해서 얻어지는 응답보다 지진하중의 작용 방향을 변화시킬 때 발생하는 응답이 큰 것으로 나타났다.
- 또한 그 차이는 곡선반경이 작을수록 증가하는 경향을 보였다. 결과적으로, 곡선반경이 55~93m인 교량은 도로교설계기준(2005)의 설계기준을 통해서 얻어지는 응답보다 지진하중의 작용 방향을 변화시킬 때 발생하는 응답이 큰 것으로 나타났다.
- 곡선교의 합리적인 지진응답 분석을 위하여 일반적으로 설계시 사용하고 있는 단순모형의 지점부를 X자형으로 보강한 모형을 제안하였다. 제안된 간략모형의 적합성을 검증하기 위하여 정밀모형과의 응답비교를 수행한 결과 각각의 해석모형에 의한 변위나 지진력이 거의 유사한 수준인 것으로 평가되었다. 따라서 지진해석시 지점부가 보강된 간략모형을 사용하여도 곡선교의 지진응답을 효과적으로 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
- 3. 현행 도로교설계기준에서 제시하는 방법에 의한 교량의 응답은 곡선반경이 120m 이상인 교량(중심각 90° 이하)의 경우에는 지진하중 작용방향 변화에 따라 발생하는 최대 응답을 충분히 반영할 수 있지만, 곡선반경이 93m보다 작은 교량(중심각 90° 이상)의 경우에는 지진하중 작용방향 변화에 따라 발생하는 최대응답을 반영할 수 없는 것으로 분석되었다. 따라서, 중심각이 90° 를 초과하는 교량에 대해서는 지진하중의 작용방향을 고려하면서 지진해석을 수행하여 대상교량의 응답 특성을 분석하여야할 것으로 판단된다.
- 다중모드스펙트럼해석 시 발생하는 연속 곡선교의 교축직각방향 변위와 지진력을 그림11에 나타내었으며 교각 P1과 P2의 변위 및 지진력의 결과는 교각의 코핑부와 기둥부가 만나는 위치의 값으로 나타냈다. 정밀모형과 간략모형에 대한 단일모드스펙트럼해석을 통하여 비교한 결과, 교축직각방향 변위의 경우에는 최대 약 4% 정도의 차이가 나타났다. 또한, 지진력의 경우에도 6% 미만의 차이를 보였다.
후속연구
- 따라서 본 논문에서는 다양한 영향인자들에 의해 상대적으로 복잡한 응답특성을 보일 것으로 예상되는 곡선교의 지진응답 특성을 효과적으로 분석하기 위하여 곡선교의 지진응답을 반영할 수 있는 합리적인 모형화 방법을 개발하도록 한다. 또한, 개발된 모형을 이용하여 단경간 곡선교와 연속 곡선교를 대상으로 다양한 곡선반경, 받침배치형식, 지진하중의 작용방향 등에 따른 지진응답을 평가하여 곡선교의 합리적인 내진설계를 위한 참고자료로서 활용할 수 있도록 한다.
- 그러나 단경간 곡선교의 경우에는 곡선교의 기하학적 특성으로 인하여 지진하중에 의한 부반력이 발생할 수 있어 수직력에 대한 보다 상세한 검토가 추가적으로 필요할 것으로 판단되며, 일반적인 곡선교는 직선교에 비하여 교폭이 매우 좁고 주형높이가 상대적으로 높기 때문에 지진하중과 같은 수평하중에 대하여 직선교와는 달리 횡방향응답이 크게 발생될 것으로 판단된다. 또한 교량에 작용하는 지진하중의 작용방향을 특정한 방향으로 정의하기 어렵기 때문에 현재의 설계기준에서 제시하는 방법으로는 실제 발생하는 지진하중의 영향을 효과적으로 반영하는데 어려움이 있을 수 있다.
- 결론적으로 단경간 곡선교는 곡선내측에서 부반력의 발생 가능성이 있으며 곡선외측에서는 고정하중만에 의해서 발생하는 정반력보다 큰 반력이 나타날 수도 있는 것으로 분석되었다. 현행 단경간교량에 대한 내진설계 기준은 지진하중에 의한 수평지진력에 대해서만 규정하고 있으므로 곡선교와 같이 기하학적 형상이 특이한 교량에 대해서는 향후 지진하중의 작용에 따른 수직반력의 발생가능성도 검토되어야 할 것으로 판단된다.
- 지진하중은 교축방향 및 교축직각방향의 2방향으로 작용하는 것으로 하였으며 지진하중의 조합은 도로교설계기준(2005)에서 제시하고 있는 직교지진력의 조합방법을 이용하였다. 또한, 일반적으로 수직방향 지반운동은 교량에 영향을 줄만큼 강하지 못한 것으로 알려져 특별한 주의가 요구되지 않으므로 본 논문에서는 연속 곡선교에 대하여 수직방향의 응답은 고려하지 않았다.
- 접선방향 받침배치일 경우에 발생하는 변위가 현방향 받침배치의 경우보다 최대 4 mm 크게 나타났으며 지진력은 교각부에서만 40~60 kN 크게 나타났으나 그 차이가 크지 않았다. 다른 연구결과(김상효 등, 2004; 조 선규 등 2002)에 의하면 활하중, 온도하중, 고정하중 등에 의한 받침배치 형태별 응답의 차이는 지진하중에 의한 결과와 다른 경향을 나타낼 수 있으므로 설계자는 다른 하중에 의한 결과를 추가적으로 분석하여 받침배치 방향을 결정하여야 할 것으로 판단된다.
- 접선방향 받침배치일 경우에 발생하는 변위가 현방향 받침배치의 경우보다 최대 4 mm 크게 나타났으며 지진력은 교각부에서만 40~60 kN 크게 나타났으나 그 차이가 크지 않았다. 다른 연구결과(김상효 등, 2004; 조 선규 등 2002)에 의하면 활하중, 온도하중, 고정하중 등에 의한 받침배치 형태별 응답의 차이는 지진하중에 의한 결과와 다른 경향을 나타낼 수 있으므로 설계자는 다른 하중에 의한 결과를 추가적으로 분석하여 받침배치 방향을 결정하여야 할 것으로 판단된다.
- 이 차이는 연속교의 각 받침간 가동 방향의 각도차이가 접선방향 받침배침 및 현방향 받침배치에 따라 다르므로 상부구조의 구속효과가 다르게 나타나 구조물의 강성 및 고유주기의 변화를 일으키기 때문인 것으로 판단된다. 그러나, 곡선반경 120~200m인 곡선교의 결과분석에서 언급한 바와 같이, 다른 종류의 하중에 의한 받침배치 형태별 응답의 차이는 지진하중에 의한 결과와 다른 경향을 나타낼 수 있으므로 설계자는 이를 고려하여 신중하게 받침배치 형태를 결정하여야 할 것으로 판단된다.
- 단경간 곡선교는 교대들을 연결하는 현과 상부구조의 중심이 일치하지 않기 때문에 편심하중이 작용할 수 있다. 곡선반경이 작은 단경간 곡선교에서는 지진하중에 의해 곡선내측 지점부에 부반력이 발생하거나 곡선외측 지점부에 과다한 정반력이 발생할 수 있으므로 곡선교에 있어서는 단경간 교량에 대해서도 지진응답해석을 수행하여 지점부의 응답을 확인할 필요가 있다고 판단된다.
- 현행 도로교설계기준에서 제시하는 방법에 의한 교량의 응답은 곡선반경이 120m 이상인 교량(중심각 90° 이하)의 경우에는 지진하중 작용방향 변화에 따라 발생하는 최대 응답을 충분히 반영할 수 있지만, 곡선반경이 93m보다 작은 교량(중심각 90° 이상)의 경우에는 지진하중 작용방향 변화에 따라 발생하는 최대응답을 반영할 수 없는 것으로 분석되었다. 따라서, 중심각이 90° 를 초과하는 교량에 대해서는 지진하중의 작용방향을 고려하면서 지진해석을 수행하여 대상교량의 응답 특성을 분석하여야할 것으로 판단된다. 또한, 교량의 받침배치 형식은 곡선반경이 93m 이내인 교량에서는 지진하중에 대하여 접선방향 받침배치일 경우가 유리한 것으로 판단되나, 설계자는 다른 하중에 의한 응답도 함께 고려하여 받침배치 방향을 결정하여야 할 것으로 판단된다.
- 따라서, 중심각이 90° 를 초과하는 교량에 대해서는 지진하중의 작용방향을 고려하면서 지진해석을 수행하여 대상교량의 응답 특성을 분석하여야할 것으로 판단된다. 또한, 교량의 받침배치 형식은 곡선반경이 93m 이내인 교량에서는 지진하중에 대하여 접선방향 받침배치일 경우가 유리한 것으로 판단되나, 설계자는 다른 하중에 의한 응답도 함께 고려하여 받침배치 방향을 결정하여야 할 것으로 판단된다.
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