[논문]지역별 기본풍속과 공사기간을 반영한 시스템 동바리 설계 풍하중 분석

이선우; 원정훈; 마호성

doi:10.14346/jkosos.2014.29.2.053

지역별 기본풍속과 공사기간을 반영한 시스템 동바리 설계 풍하중 분석
Analysis of Design Wind Load Level for System Supports Considering Local Basic Wind Velocity and Construction Period 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.29 no.2, 2014년, pp.53 - 61

이선우 (현대건설) , 원정훈 (충북대학교 안전공학과) , 마호성 (호서대학교 토목공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study evaluated wind loads considering a local basic wind velocity and construction periods to define the level of applied wind loads for system supports. Structural responses of system supports were examined and compared to those of system supports with the level of wind loads following various standards and specifications for permanent and temporary structures. And, the maximum combined stress ratios were estimated to evaluate the structural safety of a considered system support. From results, it was found that the wind load level should be applied in accordance with construction periods when estimating the safety of system supports. Looking into the response by change of the basic wind velocity according to local regions, it is no need to consider wind loads in regions with the basic wind velocity of 30 m/s. However, it was analyzed that wind loads should be considered in the regions with the basic wind velocity of 40 m/s or above. In addition, wind loads should be considered in designing system supports located at the region with the basic wind velocity of 35 m/s starting from construction period of 1.5 years. The standard specification for temporary work was analyzed as an incorrect standard in evaluating wind loads, since it underestimated the response of system supports in accordance with the local basic wind velocity and construction periods.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 일반적인 설계 수준으로 시공되는 시스템 동바리를 대상으로 지역별 특성에 따른 기본풍속과 공사기간을 매개변수로 하여 풍하중에 대한 시스템 동바리의 구조 응답특성을 분석하였다. 또한, 가설공사표준시방서³⁾ 및 콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침⁴⁾의 풍하중 수준을 분석하여 시스템 동바리와 같은 가설 구조물에 적용 가능한 풍하중 수준을 제시하였다.
본 연구에서는 일반적인 설계 수준으로 시공되는 시스템 동바리를 대상으로 지역별 기본풍속과 공사기간을 반영한 풍하중에 대한 시스템 동바리의 구조 안전성을 분석하고 적용 가능한 풍하중 수준을 제시하였다. 풍하중 고려 여부에 따른 최대 조합 응력비를 평가한 후 다양한 기준과 비교하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

가설 설정

3차원 모델링 대신 비교적 정확한 결과를 보이며, 대상 동바리 설치 특성상 교축방향보다 교축 직각방향의 풍하중 영향이 크므로 교축 직각방향의 2차원 모델을 적용하였다. 모든 부재는 보 요소로 모델링되었으며, 동바리 하단의 경계조건은 힌지로, 수직재와 수직재의 연결은 연속재로, 수직재와 수평재의 연결은 힌지 연결로, 수직재와 경사재 및 수평재와 경사재의 연결부는 힌지 연결로 가정하였다.
본 연구에서는 산, 언덕 및 경사지의 영향을 받지 않는 평탄한 지형을 대상으로 지형계수를 1.0으로 가정하여 풍하중에 의한 대상 시스템 동바리의 안전성을 검토하였다. 그러나 산, 언덕 및 경사지의 영향을 반영하여 설계기준풍속을 할증할 필요가 있는 경우 건축구조기준에서 정의한 것과 같은 지형계수를 적용할 필요가 있다.

제안 방법

2). 3차원 모델링 대신 비교적 정확한 결과를 보이며, 대상 동바리 설치 특성상 교축방향보다 교축 직각방향의 풍하중 영향이 크므로 교축 직각방향의 2차원 모델을 적용하였다. 모든 부재는 보 요소로 모델링되었으며, 동바리 하단의 경계조건은 힌지로, 수직재와 수직재의 연결은 연속재로, 수직재와 수평재의 연결은 힌지 연결로, 수직재와 경사재 및 수평재와 경사재의 연결부는 힌지 연결로 가정하였다.
작용 하중으로 풍하중 외에 고정하중, 활하중, 수평 하중이 적용되었다. 고정하중은 콘크리트 자중 24kN/m³와 거푸집의 무게 0.4 kN/m²를, 활하중은 콘크리트 타설시 작업원, 경량의 장비하중, 시공하중, 그리고 충격 등을 반영하여 3.75 kN/m²를 적용하였다. 또한 타설시의 충격 또는 시공오차 등에 의한 최소 수평하중으로 고정하중의 2% 이상 또는 수평 길이 당 1.
공사기간에 따른 풍하중 크기는 0.5년부터 5년까지의 공사기간에 따라 재현기간을 산출하고 재현기간에 대한 풍속을 계산한 후 단위 면적당 작용하는 풍압으로 산정되었다. 기본풍속은 30 m/s, 35m/s, 40 m/s, 45 m/s를 고려하였으며, 지형계수는 1.
기본풍속 35 m/s를 대상으로 하중 조합에 따른 모든 수직재에 대한 조합 응력비를 분석하였다. 최대 조합 응력비가 발생하는 부재의 축력과 휨모멘트, 조합 응력비를 Table 5에 나타내었으며, 최대 조합 응력비를 Fig.
5년부터 5년까지의 공사기간에 따라 재현기간을 산출하고 재현기간에 대한 풍속을 계산한 후 단위 면적당 작용하는 풍압으로 산정되었다. 기본풍속은 30 m/s, 35m/s, 40 m/s, 45 m/s를 고려하였으며, 지형계수는 1.0, 거스트 응답계수는 1.9, 풍력계수로는 항력계수를 적용하여 원형에 0.8, 각형에 1.6을 적용하였다. 또한 지표에서의 높이는 6.
25의 증가계수를 적용하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 보다 보수적으로 안전율을 산정한 콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침⁴⁾을 따라 풍하중 조합시 활하중의 영향을 포함하였다.
또한 콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침의 예제에서 적용된 풍하중, 가설공사표준시방서의 존치기간 2년 이하와 5년 이하의 적용 풍하중, 그리고 도로교 설계기준의 영구 구조물 적용 풍하중도 함께 적용하여 공사기간에 따른 풍하중 응답과 비교하였다. 콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침의 예제의 경우, 도로교 설계기준의 활하중 재하시 각형과 원형의 값을 적용하여 거푸집은 1.
따라서 본 연구에서는 일반적인 설계 수준으로 시공되는 시스템 동바리를 대상으로 지역별 특성에 따른 기본풍속과 공사기간을 매개변수로 하여 풍하중에 대한 시스템 동바리의 구조 응답특성을 분석하였다. 또한, 가설공사표준시방서³⁾ 및 콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침⁴⁾의 풍하중 수준을 분석하여 시스템 동바리와 같은 가설 구조물에 적용 가능한 풍하중 수준을 제시하였다.
풍하중과 같은 수평하중이 작용할 경우, 시스템 동바리는 압축력과 휨 모멘트에 저항하므로 부재의 좌굴 등에 의한 압축응력과 휨응력의 조합에 의한 응력 비인 조합 응력비를 산출하여 구조 안전성을 검토하여야한다. 본 연구에서는 도로교설계기준에 규정된 다음 식(7)에 의해 조합 응력비를 이용하여 안전성을 검토하였다.
지역에 따라 변화되는 기본풍속을 30 m/s, 40 m/s, 45m/s로 변경하여 기본풍속 변화에 따른 시스템 동바리의 안전성과 설계 기준의 타당성을 분석하였다(Fig. 6~Fig.8). 공사기간을 고려한 경우(LC2:C-0.
콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침의 예제에서 적용된 풍하중과 가설공사표준시방서의 적용 풍하중, 그리고 공사기간별 재현기간을 반영하여 산정된 풍하중에 대해 변위와 최대 휨모멘트를 비교·분석하였다.

대상 데이터

대상 시스템 동바리는 콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침⁴⁾의 부록 편에 실린 RC 라멘교의 시스템 동바리이다(Fig. 1). 콘크리트 슬래브의 두께는 0.

이론/모형

대상 시스템 동바리의 모델링은 유한요소 해석 프로그램인 Midas Civil 2012를 이용하였다(Fig. 2). 3차원 모델링 대신 비교적 정확한 결과를 보이며, 대상 동바리 설치 특성상 교축방향보다 교축 직각방향의 풍하중 영향이 크므로 교축 직각방향의 2차원 모델을 적용하였다.
시스템 동바리의 안전성 검토는 현재 가설 구조물의 설계법인 허용응력설계법을 적용하였으며, Table 3과 같은 풍하중이 고려되지 않은 경우(LC1)와 고려된 경우(LC2)의 2 가지 하중조합을 고려하였다⁴⁾.

성능/효과

1) 기본풍속 35 m/s를 적용하여 공사기간에 따른 풍하중의 영향을 분석한 결과 공사기간이 증가함에 따라 최대 조합 응력비는 0.833(0.5년)에서 0.960(5.0년)으로 증가하는 것으로 나타났다. 대상 시스템 동바리에서는 공사기간 1.
2) 지역별 기본풍속에 따른 풍하중 영향을 분석한 결과, 기본풍속 30 m/s의 경우는 풍하중을 고려하지 않아도 되나, 기본풍속 40 m/s 이상인 경우는 풍하중을 고려한 하중조합에서 최대 조합 응력비가 나타나므로 풍하중을 고려해야 한다.
3) 가설공사표준시방서의 제시된 풍하중은 공사기간에 따른 시스템 동바리의 응답을 과소하게 평가하여 구조 안전성을 정확하게 평가하지 못하는 기준으로 분석되었다. 기본풍속 35 m/s인 지역의 경우, 가설공사표준시방서의 5년 이하는 공사기간 3년과 거의 유사한 조합 응력비가 발생하였으며, 가설공사표준시방서의 2년 이하는 공사기간 0.
4) 콘크리트 교량 가설용 동바리설치지침의 풍하중의 수준은 기본풍속 35 m/s인 지역에서는 공사기간 3년에, 기본풍속 40 m/s의 지역에서는 공사기간 1년에, 기본풍속 45 m/s인 지역에서는 공사기간 0.5년 미만의 수준인 것으로 분석되었다.
40 m/s 기본풍속 지역에 콘크리트 교량 가설용 동바리설치지침 풍하중을 적용한 LC2(Fig. 7의 LC2:CB-SUP)의 조합 응력비는 공사기간 1년과 유사한 수준으로 나타났으며, 기본풍속 45 m/s이며 콘크리트 교량 가설용 동바리설치지침의 풍하중을 적용한 경우(Fig. 8의 LC2:CB-SUP)는 공사기간 0.5년 보다 약간 작은 수준의 조합 응력비를 나타냈다. 또한 기본풍속 40 m/s이며 공사기간 3년 이상인 경우와 기본풍속 45 m/s이며 공사기간 1년 이상인 경우는 최대 조합 응력비가 1.
8). 공사기간을 고려한 경우(LC2:C-0.5Y~C-5.0Y), 기본 풍속 30 m/s에서는 풍하중을 반영하지 않은 LC1이 공사기간을 반영한 풍하중 하중조합보다 큰 조합 응력비를 보이므로 LC1이 구조 안전성을 지배하며, 기본풍속 40 m/s이상에서는 반대로 풍하중을 반영한 LC2가 구조 안전성을 지배하는 것으로 나타났다. 가설공사표준시방서의 5년 이하와 2년 이하의 풍하준 수준에 의한 결과는 기본풍속 35 m/s 결과와 동일하였다.
5년 미만의 수준인 것으로 나타났다. 대상 시스템 동바리는 기본풍속 45 m/s의 지역에서 공사기간 1년 이상인 경우와 기본풍속 40 m/s의 지역에서 공사기간 3년 이상인 경우 최대 조합 응력비가 1을 초과하여 안전성에 문제가 생기는 것으로 분석 되었다.
5년 보다 약간 작은 수준의 조합 응력비를 나타냈다. 또한 기본풍속 40 m/s이며 공사기간 3년 이상인 경우와 기본풍속 45 m/s이며 공사기간 1년 이상인 경우는 최대 조합 응력비가 1.0을 넘는 것으로 나타났으므로 대상 시스템 동바리의 구조 안전성은 확보되지 않는 것으로 분석되었다.
콘크리트 교량 가설용 동바리설치지침 예제의 풍하중 수준을 분석하면, 기본풍속 35 m/s인 지역에서는 공사기간 3년에 해당하는 풍하중 수준임을 그림으로부터 확인할 수 있다. 또한, 기본풍속 40 m/s의 경우 공사기간 1년에 해당하는 풍하중 수준이며, 기본풍속 45 m/s를 적용하면 공사기간 0.5년 미만의 수준인 것으로 나타났다. 대상 시스템 동바리는 기본풍속 45 m/s의 지역에서 공사기간 1년 이상인 경우와 기본풍속 40 m/s의 지역에서 공사기간 3년 이상인 경우 최대 조합 응력비가 1을 초과하여 안전성에 문제가 생기는 것으로 분석 되었다.
9에 나타내었다. 풍하중을 고려하지 않은 하중조합인 LC1의 조합 응력비는 기본풍속 30m/s를 고려한 하중조합(LC2)에서는 공사기간 5년과, 기본풍속 35 m/s에서는 공사기간 1.5년과, 기본풍속 40m/s에서는 공사기간 0.5년과 비슷한 수준인 것으로 분석되었으며, 기본풍속 45 m/s의 경우는 공사기간 0.5년부터 LC2의 조합 응력비가 LC1의 조합 응력비를 넘어서는 것으로 분석되었다. 따라서, 기본풍속 30 m/s의 경우는 풍하중을 고려하지 않은 하중조합이 안전성을 지배하므로 풍하중을 고려하지 않아도 되며, 기본풍속40 m/s 이상인 경우는 LC2가 LC1보다 큰 조합 응력비를 나타내므로 풍하중을 고려해야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	설계기준에서 정하는 풍하중의 수준은?	설계기준에서 정하는 풍하중의 수준은 영구 구조물 기준이며, 바람의 재현기간은 100년을 기본으로 하고 있다. 반면, 시공 중 구조시스템과 완성단계 구조시스템이 달라 공사기간을 반영할 필요가 있는 특수 교량등에서는 공사기간을 반영한 풍하중 재현기간을 산정하고, 이를 바탕으로 다음 식 (4)와 같이 시공 중 풍속 기대치(Vc)를 산정할 수 있다13).
	가설 구조물의 사용 문제점은?	대표적인 가설 구조물의 기준인 가설공사표준시방서3)에서는 건축구조기준1)에 근거한 풍하중 수준을 정의하고 있으며, 또한 콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침4)에서는 풍하중과 같이 가설 작업 중 특수하게 발생하는 수평하중의 영향은 별도로 고려하도록 하고 있다. 그러나 대부분의 현장에 적용되는 시스템 동바리는 풍하중에 대한 검토 없이 고정하중만 고려하여 안전성을 검토한 후 사용되고 있다. 일부 기술팀을 갖고 있는 회사에서는 3차원 구조해석을 통해 풍하중을 구조검토에 반영하고 있으나 적용 풍하중의 수준에 대한 명확한 기준 없이 영구 구조물의 설계 풍압을 적용 하고 있다.
	가설공사표준시방서에서는 어떻게 풍하중 수준을 정하는가?	대표적인 가설 구조물의 기준인 가설공사표준시방서3)에서는 건축구조기준1)에 근거한 풍하중 수준을 정의하고 있으며, 또한 콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침4)에서는 풍하중과 같이 가설 작업 중 특수하게 발생하는 수평하중의 영향은 별도로 고려하도록 하고 있다. 그러나 대부분의 현장에 적용되는 시스템 동바리는 풍하중에 대한 검토 없이 고정하중만 고려하여 안전성을 검토한 후 사용되고 있다.

참고문헌 (14)

Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, "Korean Building Code", 2009.
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, "Korean Design Code for Highway Bridge", 2010.
Korea Temporary Equipment Association, "Standard Specification for Temporary Work", 2010.
Ministry of Construction and Transportation, "Support Installing Guide for Concrete Bridge Construction", 2007.
S. K. Cho, Y. C. Ha, J. R. Kim, and K. S. Kim, "Evaluation the wind-induced Response of Tall Building Changed by Arrangements of the Buildings", Journal of Korean Society of Steel Construction, Vol. 16, No. 3, pp. 305-314, 2004.
D. H. Kim, J. K. Lim and J. P. Koh, "Reliability Analysis of LNG Unloading Arm considering Variability of Wind Load", Journal of Korean Society of Steel Construction, Vol. 19, No. 2, pp. 223-231, 2007.
S. W. Choi and H. K. Kim, "Aerodynamic Design Procedure of a Cable-stayed Bridge in Construction Based on a Buffeting Analysis", Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 27, No. 4A, pp. 493-503, 2007.
J. H. Park, Y. B. Chung and Y. C. Ha, "A Proposal of the Wind Pressure Coefficient and Simplified Wind Load Estimation Formula for the Design of Structural Frames of the Low-rise Buildings", Journal of Korean Society of Steel Construction, Vol. 21, No. 3, pp. 289-299, 2009.
D. H. Kim, I. K. Lee and B. Y. Jo, "Wind Induced Risk Analysis of Highway Facilities", Journal of Korean Society of Steel Construction, Vol. 21, No. 6, pp. 553-561, 2009.
S. S. Lee, H. S. Kim, Y. K. Lee and K. C. Shim, "Risk Assesment of Strong Wind over Industrial Facilities in Shipyards", Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 9, No. 4, pp. 21-28, 2009.
S. H. Choi, K. S. Seo, I. H. Sung and S. H. Lee, "Estimation of Basic Wind Speeds Reflecting Recent Wind Speed Data", Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 10, No. 1, pp. 9-14, 2010.
S. Y. Jeong, K. S. Lee and S. E. Han, "A Numerical Study on Wind Pressure Characteristics of Super-tall Protype Model considering the Effect of Turbulence Intensity", Journal of Korean Society of Steel Construction, Vol. 23, No. 6, pp. 659-667, 2011.
Korean Society of Civil Engineers, "Design Guide for Steel cable-supported Bridge", 2006.
Japan Road Association, "Manual for Wind Resistant Design of Highway Bridges", 2007.

저자의 다른 논문 :

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

지역별 기본풍속과 공사기간을 반영한 시스템 동바리 설계 풍하중 분석
Analysis of Design Wind Load Level for System Supports Considering Local Basic Wind Velocity and Construction Period 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

지역별 기본풍속과 공사기간을 반영한 시스템 동바리 설계 풍하중 분석 Analysis of Design Wind Load Level for System Supports Considering Local Basic Wind Velocity and Construction Period 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

원정훈 (30) 마호성 (22)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

지역별 기본풍속과 공사기간을 반영한 시스템 동바리 설계 풍하중 분석
Analysis of Design Wind Load Level for System Supports Considering Local Basic Wind Velocity and Construction Period 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper