교량공학 목차 1.서론 2.하중 3.구조해석 4.콘크리트바닥판 5.강합성교 설계 6.판형교 설계 7. 하부구조 설계

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1 교량공학 목차 1.서론 2.하중 3.구조해석 4.콘크리트바닥판 5.강합성교 설계 6.판형교 설계 7. 하부구조 설계
동아대학교 토목공학과 최광규

2 1. 서론 교량의 정의 교량의 기본구조 교량의 종류 설계기준 설계법

3 1. 교량의 정의   • 도로구조의 일부분으로서 하천, 계곡, 호수, 해협, 운하 및 도로 또는 철도 등과 같은 교통에 방해가 되는 지상 장애물을 횡단하는 지점에 도로구조의 연속성을 유지하기 위하여 설치하는 구조물의 총칭.   • 교량의 설계는 (1)사용목적에 적합하게(Serviceability) (2)구조적으로 안전하게(Safety) (3)공사비가 저렴하게(Economy) (4)시공과 유지 관리가 용이하게(Constructability and Maintenance) (5)주위 환경과 조화를 이루는 아름다운 조화미를 갖게끔(Aesthetics)  이루어져야 한다. 

4 2. 교량의 기본구조 교량은 일반적으로 상부구조와 하부구조로 구성되어 있다. 상부구조(Superstructure)
      교량은 일반적으로 상부구조와 하부구조로 구성되어 있다.     상부구조(Superstructure)     자동차나 보행하중을 직접 지지하는 부분   · 바닥판(상판, 슬래브) : 자동차나 열차들 교통하중을 직접 지지하는 부분 (포장 포함)   · 바닥틀 : 바닥판을 지지하고 작용하중을 거더에 전달하는 기능.  가로보(Cross beam, floor beam)와 세로보(Stringer)로 구성된다        · 거더(주형) : 교량의 주체를 이루는 부분으로서 상부구조에 작용하는 하중을 지지하고 그것을 하부구조에 전달하는 구조 부재.   · 가로보와 수직·수평 브레이싱  : 바람이나 지진과 같은 횡방향 하중을 받는 경우에 휨이나 비틀림에 대한 강성의 확보, 교량단면의 형상유지,  거더 상호 간에 하중을 분배시키기 위하여 거더 사이를 연결하는 부재.   · 받침부 : 상부구조와 하부구조의 연결부 상부구조로부터의 하중을 원활하게 하부구조에 전달하는 기능    가동받침, 힌지받침, 고정받침   · 부속설비 : 신축이음 장치, 난간, 방호책, 배수장치, 조명설비, 점검설비

5 2. 교량의 기본구조 하부구조(Substructure) 상부구조를 지지하며, 상부구조로부터의 하중을 지반으로 전달하는 역할
    상부구조를 지지하며, 상부구조로부터의 하중을 지반으로 전달하는 역할   ·교대 (Abutment) : 교량의 양단에 설치되어 상부구조를 지지.   ·교각(Pier) : 교량 중간에 설치되어 상부구조를 지지.   ·기초(Foundation) : 교대나 교각 구체 밑의 지반에 접하여 있으면서 하중을 지반에 원활하게 전달시키는 부분.     교량의 주요 치수    ·교장: 교량 양단의 교대 전면 사이의 거리.    ·지간: 받침부 중심간 거리.    ·경간: 교대 및 교각의 전면 사이의 거리.    ·교하 공간: 교량 상부 구조의 하측에 확보될 수 있는 공간의 높이.

6 2. 교량의 기본구조       교량의 일반도

7 2. 교량의 기본구조       합성형교의 단면예

8 2. 교량의 기본구조 ①복부판, ②상부플랜지, ③하부플랜지, ④지점보강재, ⑤중간보강재,
      ①복부판, ②상부플랜지, ③하부플랜지, ④지점보강재, ⑤중간보강재, ⑥볼트연결부, ⑦단수직브레이싱, ⑧중간수직브레이싱, ⑨연결판, ⑩주거더 판형교의 구조부재 명칭

9 2. 교량의 기본구조       판형교 사진

10 2. 교량의 기본구조 ①하부세로리브, ②하부플랜지, ③단가로보, ④지점보강재,⑤수평리브,
      ①하부세로리브, ②하부플랜지, ③단가로보, ④지점보강재,⑤수평리브, ⑥연결판, ⑦다이아프램, ⑧중간 가로보, ⑨콘크리트 바닥판, ⑩아스팔트포장,⑪상부플랜지, ⑫가로보 연결판, ⑬상부세로리브, ⑭복부판 상자형교의 구조부재 명칭

11 2. 교량의 기본구조       상자형교 사진

12 3. 교량의 종류 • 평면상의 교량형태 • 교면의 위치에 따른 분류

13 3. 교량의 종류 • 상부구조형식에 따른 분류 (1) 라멘교 : 문형, 문형 Balanced, π형 라멘교
상부구조와 하부구조를 강절(rigid joint)로 연결함으로써 전체구조의 강성을 높임과 동시에 지간 내에 발생하는 휨모멘트의 크기를 줄이는 대신 이를 교대와 교각이 부담하게 하는 교량. 주형의 깊이가 상대적으로 작아짐.    라멘교

14 3. 교량의 종류 (2) 거더교 : 단순형교, 연속형교, 캔틸레버형교 (게르버형교)
(2) 거더교   :  단순형교, 연속형교, 캔틸레버형교 (게르버형교)  거더교는 보의 성질을 이용하는 교량으로 외부의 차륜하중을 부재 내의 휨과 전단 그리고 비틂저항에 의하여 지점으로 전달시킨다. 거더교

15 3. 교량의 종류 (3) 트러스교 : Warren truss, Pratt truss, Howe truss, K truss
 몇 개의 직선부재를 한 평면 내에서 연속된 삼각형의 뼈대구조로 조립한 것을 트러스라고 하며, 이 트러스를 이용한 교량이 트러스교이다.  직선부재를 부재 끝 부분에서 마찰이 없는 hinge로 결합한 삼각형의 뼈대구조를 기본으로 하여 교량에 적합한 구조물로 조립한 것이다.  트러스교가 고안된 초기 무렵에는 부재와 부재의 핀 결합이라는 이론상의 가정을 가급적 만족시키도록 설계하였으나, 핀 결합된 트러스는 전체의 강성이 적으며 오랫동안 교통하중이 반복하여 작용하면 아이바의 구멍이 마모되기 때문에 타원형으로 넓어져서 핀 결합으로의 기능을 다하지 못하고 내구성 면에서 좋지 않은 경우가 많이 있다, 따라서 최근에는 격점부를 용접 또는 고장력볼트로 결합한 강결 트러스가 주로 사용된다.                         

16 3. 교량의 종류 와렌 트러스, 하우트러스 프래트 트러스, K 트러스 트러스트교

17 3. 교량의 종류 또한 노면의 위치에 따라 다음과 같은 3가지 형식으로 분류한다.
    또한 노면의 위치에 따라 다음과 같은 3가지 형식으로 분류한다.      쓰로우 트러스(Through Truss) ; 노면이 주부재 사이에 위치함.      포니 트러스(Pony Truss) ; 상부브레이싱이 없음.      상로 트러스(Deck Truss) ; 노면이 주부재 상부에 위치함.

18 3. 교량의 종류 (4) 아아치교 : Tied arch, Langer arch, Lohse Arch, Nielsen arch
 부재 내에 압축력만 발생케 하는 아치 구조의 성질을 이용한 교량형식 수평 반력에 의해 Arch Rib에 발생하는 휨모멘트를 감소시켜 단면 결정 주요인이 축방향 압축력이 되게끔 만든 구조 거더교에 비해 단면을 유효하게 사용하기 때문에 장지간 교량형식에 유리 지점부에 발생하는 수평반력때문에 가교지점의 지반조건의 제약을 받는다. 아치교

19 3. 교량의 종류 (5) 사장교 : fan형, radiating 형,harp 형,star 형
중간의 교각 위에 세운 주탑으로부터 비스듬히 내려 드리운 케이블로 주형을 매단 구조물 주형에 작용하는 하중의 일부가 케이블의 인장력으로 지탱되기 때문에 주형은 케이블 정착점에서 탄성지지된 구조물로 거동 현수교에 비해서 케이블 강성이 크다. 케이블을 이용하여 지지하는 관계로 시공이 용이 사장교

20 3. 교량의 종류     (6) 현수교 주탑 및 정착부(Anchorage)로 주 케이블을 지지하고 이 케이블에 행거를 매달아 보강형을 지지하는 형식 타정식(earth-anchored) : 주 케이블을 anchorage에 고정시킴 (광안대교) 자정식(self-anchored) : 주 케이블을 보강형에 지지 (영종대교) 현수교

21 4. 설계기준 ★ 설계기준 및 시방서 : 공사 관계자가 설계 및 공사 때 준수해야 하는 기준
 ★ 설계기준 및 시방서 : 공사 관계자가 설계 및 공사 때 준수해야 하는 기준     시설물의 안전, 품질 및 공사비에 영향을 미침 국가의 중요한 지적 자산이자 건설엔지니어링 산업의 기반 설계자는 설계 기준에만 맹목적으로 얽매여서도 안되며, 설계의 본질적 근거에 대한 이해가 필요하다. 우리나라의 경우 50여 개의 설계 및 시공기준이 난립  국가건설기준센터( 설립  건설기준을 안정적이고 체계적으로 관리함으로써 공사비 절감에 기여하고 건설산업의 경쟁력을 제고할 수 있는 기반을 마련 ☻ 위 사이트를 방문하여 설계기준의 제반 사항을 학습할 것

22 5. 설계법 탄성설계법(Elastic Design) ⇓ 비탄성설계법(Inelastic Design)
하중-저항계수 설계법(Load-Resistance Factor Design)

23 5. 설계법 - 한계상태설계법

24 5. 설계법 한계상태 1. 극한한계상태(강도한계상태) : 2. 극단상황한계상태 : 3. 사용한계상태 : 4. 피로한계상태 :
교량의 설계수명 이내에 발생할 것으로 기대되는, 통계적으로 중요하다고 규정한 하중조합에 대하여 국부적/전체적 강도와 안전성을 확보하는 것 2. 극단상황한계상태 : 지진 또는 홍수 발생으로 세굴된 상황에서 선박, 차량 또는 유빙에 의한 충돌 등의 상황에서 교량의 붕괴를 방지하는 것 한계상태 3. 사용한계상태 : 교량의 정상적인 사용조건 하에서 응력, 변형 및 균열폭을 제한하는 것 4. 피로한계상태 : 기대응력범위의 반복 횟수에서 발생하는 단일 피로설계트럭에 의한 응력 범위를 제한하는 것

25 5. 설계법 하중수정계수

26 5. 설계법 하중수정계수

27 5. 설계법 하중수정계수