일반철도 및 고속철도를 포함한 철도교량의 상부구조로 현재 우리나라에서 주로 사용되고 있는 교량형식은 크게 박스 거더교와 I형 거더교로 구분된다. 박스 거더교는 동적 거동에 패한 안전성이 우수하기 때문에 주로 고속철도 교량으로 많이 사용된다. 1형 거더교는 일반철도 교량으로 주로 사용되며, 일반 PSC 거더교 형태와 철골 철근콘크리트로 합성화된 구조인 프리플렉스 거더교의 형태로 크게 구분되고 또한 새로운 형식도 지속적으로 개발 되고 있는 추세에 있다. 본 연구에서는 현행 철도교설계기준에 의거하여 각 형석별로 경간장에 따라 거더 설계를 실시하여 적절한 형고를 분석하며, 개략적인 교량가설 공사비를 산출하여 사용 경간장에 따른 구조적 효율성 및 경제성을 비교분석하였다. 이에 따른 비교분석을 수행한 결과, 구조적 효율성의 측면에서는 프리플렉스 거더교 형태의 교량이 경간장에 따른 형고는 가장 갖은 것으로 나타났으며, 가설 공사비의 측면에서는 일반 PSC 거더교 형태의 교량이 가장 경제적인 것으로 평가되었다.
일반철도 및 고속철도를 포함한 철도교량의 상부구조로 현재 우리나라에서 주로 사용되고 있는 교량형식은 크게 박스 거더교와 I형 거더교로 구분된다. 박스 거더교는 동적 거동에 패한 안전성이 우수하기 때문에 주로 고속철도 교량으로 많이 사용된다. 1형 거더교는 일반철도 교량으로 주로 사용되며, 일반 PSC 거더교 형태와 철골 철근콘크리트로 합성화된 구조인 프리플렉스 거더교의 형태로 크게 구분되고 또한 새로운 형식도 지속적으로 개발 되고 있는 추세에 있다. 본 연구에서는 현행 철도교설계기준에 의거하여 각 형석별로 경간장에 따라 거더 설계를 실시하여 적절한 형고를 분석하며, 개략적인 교량가설 공사비를 산출하여 사용 경간장에 따른 구조적 효율성 및 경제성을 비교분석하였다. 이에 따른 비교분석을 수행한 결과, 구조적 효율성의 측면에서는 프리플렉스 거더교 형태의 교량이 경간장에 따른 형고는 가장 갖은 것으로 나타났으며, 가설 공사비의 측면에서는 일반 PSC 거더교 형태의 교량이 가장 경제적인 것으로 평가되었다.
The superstructure type of the railway bridge in our country, is mainly classified into the box girder and the I-type girder. The box girder is widely used in the high speed railway bridge because of the safety due to dynamic behavior. The I-type girder is used in the conventional railway bridge, an...
The superstructure type of the railway bridge in our country, is mainly classified into the box girder and the I-type girder. The box girder is widely used in the high speed railway bridge because of the safety due to dynamic behavior. The I-type girder is used in the conventional railway bridge, and is also divided into the general type and the composite type, and the newly modified types have been developed. According to the current railway bridge design code, the girder design by the span length in various types of railway bridge is performed in is study. The suitable girder height and the construction cost by the span length are analyzed, and the comparative analysis of the structural efficiency and the economical efficiency is carried out. From this study, the composite type girder is appeared the good result in respect of the structural efficiency. However, in the economical aspect, the general I-type girder is required less cost than the other types.
The superstructure type of the railway bridge in our country, is mainly classified into the box girder and the I-type girder. The box girder is widely used in the high speed railway bridge because of the safety due to dynamic behavior. The I-type girder is used in the conventional railway bridge, and is also divided into the general type and the composite type, and the newly modified types have been developed. According to the current railway bridge design code, the girder design by the span length in various types of railway bridge is performed in is study. The suitable girder height and the construction cost by the span length are analyzed, and the comparative analysis of the structural efficiency and the economical efficiency is carried out. From this study, the composite type girder is appeared the good result in respect of the structural efficiency. However, in the economical aspect, the general I-type girder is required less cost than the other types.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 이러한 과정을 위한 기반연구로서 현재 우리나라에서 주로 사용되고 있는 일반철도 및 고속철도를 포함하는 모든 교량형식에 대하여 현재의 설계기준에 따른 정적(Static) 해석을 수행하여 경간에 따른 형고 및 공사비 비교분석으로 구조형식의 효율성과 경제성에 대한 기본적인 성능평가를 수행하고자 한다.
가설 설정
하지만 가중치를 어디에 두느냐 하는 것은 사회적 여건, 현장상황, 예산규모 등 여러가지 요인에 따라 달라지기 때문에 본 연구에서는 형고비와 공사비의 두 가지 요인을 동일한 가중치(50:50)로 가정하여 분석을 수행하였다. 여기에서 박스 거더교는 적용되는 가설공법별로 공사비가 크게 달라지며 동적 안정성 분석이 또한 동시에 이루어져야 하기때문에 형고비와 공사비만으로 분석하는 것이 불가능하므로 본 장의 비교연구에서는 배제하였다.
제안 방법
기존 교량형식들 중 대표적으로 Fig. 2와 같이 PSC 박스 거더교 및 I형 거더교의 5가지 형식에 대하여 비교분석을 수행하였다.
본 연구에서 고려하고자 하는 교량의 형태는 일반적인 설계 절차에 의한 것이므로 특수교량을 제외한 일반교량의 형태로서, 경간장 40m를 기준으로 하여 그 이하의 경 간장을 가지는 교량만을 대상으로 하고자 한다.
새로이 개발된 교량형식들 중 대표적으로 Fig. 5와 같이 두 가지 형식을 선정하여 비교분석을 수행하였다. Mod-1 의 일반적인 특징은 일반 PSC 형식대비 장경간 형식으로 확장이 가능하며 강성증대로 형고를 낮추어 다리밑공간 확보에 유리하고 거더 거치 후 2차 긴장 및 유지관리용 강선정착의 공정을 추가할 수 있으나, 열차진동에 의한 강판 매입 부의 균열 발생에 대한 검토가 필요한 구조이다.
8과 같으며, 이때 공사비의 산정은 2007년도 상반기의 실적공사비 단가[51를 적용하였다. 이때 공사비는 산정방식에 따라 그 액수가 다소 달라질 수 있으며, 본 연구에서는 국내전문업체 2곳의 공사비 산정방식을 평균으로 취하였다. 그림에서 보는 바와 같이 공사비는 위의 형고비 분석의 결과와는 다소 상반된 결과를 보이고 있음을 알 수 있다.
선정하면 Table 1과 같다. 이렇게 선정된 교량 형식별로 경간에 따른 형고 분석을 위하여 현행 설계기준에 의거하여 거더설계를 실시하였으며, 설계에 사용된 상세한 데이터는 Table 2 및 3과 같다[2, 3]. 이와 같은 설계조건에 대하여 MIDAS-CIVIL 프로그램을 사용하여 구조설계를 수행하였다.
데이터처리
이렇게 선정된 교량 형식별로 경간에 따른 형고 분석을 위하여 현행 설계기준에 의거하여 거더설계를 실시하였으며, 설계에 사용된 상세한 데이터는 Table 2 및 3과 같다[2, 3]. 이와 같은 설계조건에 대하여 MIDAS-CIVIL 프로그램을 사용하여 구조설계를 수행하였다.
성능/효과
(1) 형고비에 따른 분석으로 구조적 효율성이 높은 교량 형식일수록 상부 직접공사비의 개념으로 본 경제성은 낮은 것으로 나타나고 있어 구조적 효율성과 경제성은 상호 완전 반비례하는 관계를 가지고 있는 것으로 평가되었다.
(2) PSC-1은 경제성의 측면에서 볼 때 가장 좋은 구조형식이지만 구조적 효율성이 낮아 장경간에의 활용은 매우 어려울 것으로 평가되었다. 반면에 Com-1은 구조적 효율성은 높게 나타나지만 경제성이 저하되어 실제 적용에는 매우 신중하게 고려하여야 할 것으로 판단된다.
(3) 형고비와 공사비를 동일한 가중치로 가정한 상대 비교연구 결과로 볼 때 경간의 선택에 있어서 25, 35m와 같이 단자리를 5로 설정하는 것이 보다 더 효과적인 결과를 보이는 것으로 평가되었다.
공사비를 살펴보면 경간 20m의 PSC-1 이 가장 적은 공사비를 나타내어 최고치인 50으로 설정되었으며, 경간 40m 의 Com-1 이 가장 많은 공사비를 나타내어 최저치인 Q으로 설정되었고, 이외의 다른 경간에서의 교량형식들은 공사비의 비율에 따라 각각 상대적인 수치들로 환산되었다.
4~12 정도의 값을 가지는 것으로 나타나고 있다. 이에 따라 강합성 형상인 Com-1 및 Com-까경간장에 따른 형고가 가장 적게 나타나고 있어 유리한 효과를 보이고 있으며, PSC-1 이 가장 불리한 형태인 것으로 분석되었다.
후속연구
(4) 향후 동적 구조성능평가를 통하여 안전성에 대한 정밀분석을 추가로 실시한 후 상대적인 비교연구결과를 보완하여야 할 것으로 사료된다.
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