[논문]철근콘크리트 거더의 관리기준치 설정을 위한 도로교설계기준 처짐 제한치의 안전계수 추정에 관한 실험적 연구

주봉철; 박기태; 황윤국; 이우상

doi:10.11112/jksmi.2009.13.1.145

[국내논문] 철근콘크리트 거더의 관리기준치 설정을 위한 도로교설계기준 처짐 제한치의 안전계수 추정에 관한 실험적 연구
The Experimental Study for inferring the Safety-Factor of the Limit of Span-Deflection in Standard Specifications for Highway Bridges for Setting the Standard of the Measurement Criteria in RC Girder 원문보기

구조물진단학회지 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, v.13 no.1 = no.53, 2009년, pp.145 - 151

주봉철 (한국건설기술연구원 복합구조연구실) , 박기태 (한국건설기술연구원 복합구조연구실) , 황윤국 (한국건설기술연구원 복합구조연구실) , 이우상 (스마트 제어계측)

초록
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교량 계측시스템의 계측항목 중 거더 중앙부 처짐은 교량 상부구조의 대표적인 거동 특성이며, 중요한 상태평가 항목이다. 교량 계측시스템에서 교량 경간 중앙부 처짐에 대한 관리기준치를 설정하는 여러 가지 방법 중 도로교 설계기준의 처짐 제한치를 적용하는 경우도 있다. 그러나 도로교설계기준의 처짐 제한규정은 안전성 측면보다는 사용성 측면에서 검토되어 실제 교량에서 발생할 수 있는 위험상황에 대하여 어느 정도 안전을 보장하는지 판단하기 어렵다. 본 연구는 현재 교량 설계시 경간 중앙부 처짐의 사용성 검토 기준이고, 일부 교량 상시계측시스템의 경간 중앙부 관리기준치로 적용되고 있는 도로교설계기준의 처짐 제한치가 포함하고 있는 파괴(항복)에 대한 실질적인 안전율을 추정해 보고자 실내구조실험을 통하여 일반 철근콘크리트 거더의 안전율을 추정하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The span deflection among the monitoring items of bridge measurement system in real time is representative behaviour and important index of superstructure condition. the limit of span deflection in Standard Specifications for Highway Bridge in Korea has been applied to the method that is making the management-criteria for span deflection in bridge measurement system. But the limit concern mainly serviceability of divers. So it is difficult to find the safety factor of the limit from the viewpoint of bridge safety. This study estimated the safety factor of the limit of span-deflection in Standard Specifications for Highway Bridge in Korea from the viewpoint of bridge safety by the indoor structural test.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 도로교설계기준의 허용처짐이 포함하고 있는 안전율을 확인하는 것이 현재 국내 적용된 교량 계측시스템의 경간 중앙부 처짐 관리기준치의 안전수준을 추정할 수 있는 의미 있는 일로 판단하고 그 시작적인 연구로 일반 철근콘크리트 거더에 대하여 간단한 실험을 통해 도로교설계기준 허용처짐의 구조적인 안전계수를 추정하였다.
일반적인 철근콘크리트 교량의 경간 중앙부 처짐에 대한 관리기준치 설정방법으로 이용되는 『도로교 설계기준 콘크리트교 상부구조 처짐 제한치』의 철근콘크리트 거더 항복에 대한 안전계수 추정을 위한 실험적 연구를 통하여 아래와 같은 결론을 도출하였다.

제안 방법

2m와 6m의 지간을 갖는 확장실험체는 환산된 하중조건을 적용하여 추가 설계하였다. 본 연구에 적용된 실험체는 단면이 단순하여, 설계 및 시공상 오차 발생이 가능성이 매우 낮아 강도감소계수는 적용하지 않았다.
그리고 실험체에 적용된 극한모멘트 중 고정하중에 의한 모멘트를 제외한 활하중 모멘트를 지간 중앙의 집중하중으로 환산하여 이를 설계 하중조건으로 설정하였다. 2m와 6m의 지간을 갖는 확장실험체는 환산된 하중조건을 적용하여 추가 설계하였다.
본 연구에서는 현재 철근콘크리트 교량 설계시 경간 중앙부 처짐의 사용성 검토 기준이고 일부 교량 상시계측시스템의 경간 중앙부 관리기준치로 적용되고 있는 도로교설계기준의 허용처짐량에 대하여 거더 항복에 대한 실질적인 안전계수를 실내구조실험을 통하여 추정한다.
설계하중 조건에서 충격계수를 포함하는 대상 교량의 극한모멘트를 같은 비율((1/3)3)로 3차원 축소하고, 이를 실험체의 극한모멘트로 적용하여 단면을 설계하였다.
3m이며 설계하중은 DB-18인 2 등교이다. 실험체는 대상 교량의 거더 중 중앙부 거더 1개만을 선택하여 약 1/3로 단면을 축소하여 설계하였으며, Fig. 2와 같이 T형 단면의 날개부분은 실험체 제작 및 실험진행의 편의를 위하여 생략하고 직사각형 단면으로 설계하였다.
6에 나타내었다. 인장철근의 응력결과에서도 처짐과 같은 개념으로 처짐 증가량에 대한 변형률의 증가량에 대한 비율이 급격하게 변하는 순간을 인장철근의 항복으로 설정하였으며 이를 기준으로 측정된 인장철근의 항복응력은 MS4는 497MPa, ES2는 531MPa 그리고 ES6은 481MPa 이다. 이는 한국공업규격(KS D 3504)의 최소 항복강도⑻인 400MPa에 120~130% 수준이다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 실험체는 Fig. 1과 같은 철근콘크리트 T형교의 거더를 1/3 축소하여 제작하였으며, 지간의 길이에 따른 영향을 알아보기 위하여 지간 길이를 2m, 4m, 6m로 구분하여 설계 제작하였다. Fig.
1은 대상교량의 종단면과 횡단면을 나타낸 그림이다. 설계에 적용된 교량6)은 일반적인 철근콘크리트 T 형 거더교로 전체 길이는 13.6m, 경간 길이는 13m, 전체 폭은 8.3m이며 설계하중은 DB-18인 2 등교이다. 실험체는 대상 교량의 거더 중 중앙부 거더 1개만을 선택하여 약 1/3로 단면을 축소하여 설계하였으며, Fig.

성능/효과

1) 일반적인 철근콘크리트 거더에 적용되는 도로교 설계기준의 콘크리트교 상부구조 처짐 제한치 "경간 길이의 1/800” 규정은 항복기준에 따라 다양하게 판단될 수 있으나 최소 200% 이상의 안전율을 포함하고 있는 것으로 추정된다.
2) 그리고 도로교설계기준의 콘크리트교 상부구조 처짐 제한치일 때 인장철근의 전체 응력수준은 도로교 설계기준의 철근 허용응력 수준이거나 작을 것으로 예상된다. 따라서 일반적인 철근 콘크리트 거 더 교의 경우 도로교설계기준의 콘크리트교 상부구조 처짐 제한치 규정으로 교량을 관리 하는 것은 보수적인 수준에서 교량을 관리하는 것으로 판단된다.
3) 일반 철근콘크리트 T형교의 경간 중앙부 처짐에 대한 도로교설계기준 콘크리트 상부구조 처짐 제한치는 손상 등으로 인한 소성변형을 고려하지 않을 경우 구조적 위험에 대하여 최소 2 이상의 안전계수를 포함하고 있는 것으로 추정된다.
함께 정리하였다. MS4의 경우 최대 430%의 항복에 대한 안전율을 포함하고 있으며, ES2의 경우 최대 364%, ES6의 경우 최대 596%의 안전율을 포함하고 있는 것으로 나타났으며, 지간길이가 길어질수록 안전율은 증가하는 경향을 확인할 수 있다.
그리고 본 연구에서 적용한 가장 보수적인 항복기준인 한국공업규격의 최소 항복강도를 기준으로 판단하여도 도로교설계기준 허용처짐은 약 200%~ 340%의 안전률을 포함하는 것으로 예상된다. 또한 도로교 설계기준 허용처짐시 인장철근의 응력수준과 도로교 설계기준의 철근 허용응력을 비교하여 Table 6에 나타내었다.
또한 도로교 설계기준 허용처짐시 인장철근의 응력수준과 도로교 설계기준의 철근 허용응력을 비교하여 Table 6에 나타내었다. 도로교설계기준 허용처짐시 인장철근의 응력 수준은 ES2의 경우 도로교설계기준 허용응력의 114%이고, MS4의 경우 78%, ES6의 경우 65% 수준으로 ES2를 제외하고는 허용응력 이하의 수준으로 나타났으며, 지간의 길이가 길어질수록 응력 수준은 작아지는 경향을 나타내었다.
따라서 도로교설계기준 허용처짐은 실험체의 처짐을 기준으로 약 360%~560% 정도 안전율을 포함하고 있으며, 인장철근의 항복응력을 기준으로 평가할 경우 약 260%~400%의 안전율을 포함하는 것으로 판단된다. 그리고 본 연구에서 적용한 가장 보수적인 항복기준인 한국공업규격의 최소 항복강도를 기준으로 판단하여도 도로교설계기준 허용처짐은 약 200%~ 340%의 안전률을 포함하는 것으로 예상된다.
인장철근 항복응력에 대한 도로교설계기준 허용처짐의안전률은 MS4의 경우 352%이고, ES2의 경우 260%, ES6의 경우 409%로 나타났다. 또한 한국공업규격의 최소 항복강도에 대한 안전율은 MS4의 경우 284% 이고, ES2의 경우 195%, ES6의 경우 339%로 확인되었다. 철근의 응력을 기준한 도로교설계기준 허용 처짐의 안전율도 처짐결과와 유사한 양상으로 지 간의 길이가 증가할수록 안전율이 증가하고 있다.
5에 나타내었다. 실험결과 지간길이가 4m 인 MS4는 지간길이의 약 1/186 처짐이 발생하였을 때 항복하였고, 지간길이 2m인 ES2는 MS4보다 약 15% 감소한 지간길이의 약 1/220 처짐이 발생하였을 때 항복하였으며, 지간길이가 6m인 ES6 은 MS4 보다 약 39%증가한 지간길이의 약 1/134 처짐이 발생하였을 때 항복하는 것으로 나타났다. 처짐 결과에서 의미하는 항복은 하중증가량에 비하여 처짐 증가량이 급격히 증가하기 시작하는 순간을 의미하며 하중-처 짐 관계 곡선에서 변곡점으로 나타난다.
정리하였다. 인장철근 항복응력에 대한 도로교설계기준 허용처짐의안전률은 MS4의 경우 352%이고, ES2의 경우 260%, ES6의 경우 409%로 나타났다. 또한 한국공업규격의 최소 항복강도에 대한 안전율은 MS4의 경우 284% 이고, ES2의 경우 195%, ES6의 경우 339%로 확인되었다.
인장철근이 항복응력 일 때의 처짐은 MS4의 경우 18.06mm로 실험체 항복처짐의 약 84%, ES2의 경우 7.57mm로 실험체 항복처짐의 약 83%, M46S5 의 경우 38.73mm로 실험체 항복처짐의 약 87% 수준으로 인장철근은 실험체 항복처짐의 약 83%~87% 수준에서 항복하는 것을 알 수 있다.

후속연구

4) 상시계측시스템을 통하여 계측되는 처짐량에는 크리프 및 온도 변화에 따른 처짐량이 포함되어 있으므로 이에 대한 추가적인 연구가 필요하며, 거더의 처짐량은 지간길이뿐만 아니라 단면조건의 변화에도 크게 영향을 받으므로 보다 명확한 도로교 설계기준 허용처짐의 안전계수를 추정하기 위해서는 단면조건에 따른 안전계수의 변화에 대한 추가적인 검토가 필요하다.

참고문헌 (8)

Joo. B.C, Park. K.T, Lee. W.S, and Hwang. Y.K, "Experimental study on the method of bridge safety evaluation" Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical and Aerospace Systems 2008, SPIE, Volume 6932, March 2008, pp. 693-240, 1-8
건설교통부, "도로교설계기준", 2005. 2, p.56, pp. 300-303
서울특별시, "한강교량 On-Line 안전감시망 구축용역 종합보고서", 연구보고서, 2007. 2, pp. 176-205
건설교통부, "특수교유지관리매뉴얼" 2007. 11, p. 281
(사)대한토목학회, "도로교설계기준.해설", 기문당, 2003. 1, pp. 126-127
김생빈, "최신 토목구조물설계", 기문당, 1998. 1, pp. 107-128
주봉철, 박기태, 이우상, "교량의 처짐 관리기준치 여유도 산정을 위한 실험적 연구", 2008년도 한국방재학회 정기총회 및 학술발표대회 논문집, 한국방재학회, 2008. 2월, pp. 473-476
지식경제부 기술표준원, KS규격번호 "KS D 3504",

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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