[영남2] 환상천1교 교량 재설계 보고

 

• 검토기간 : 2004. 03.02. ～ ’04. 03.17.
•  (주) 유신코퍼레이션 기술자문단 김형태

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1. 개 요

근래 준공(98년 8월)되어 공용중인 경산I.C RAMP-C(서울→경산방향)의 경우 현재 1차로로 운용되고 있으나 향후 교통량의 수용을 위하여 차로수를 2차로로 확보하는 것으로 발주처의 방침(2003.12.17)이 확정된 바, 기 설계된 환상천1교의 교폭을 당초 8.5m(1차로)에서 12.1m(2차로)로의 변경되어야 하므로 이에 따른 교량의 재설계도서 작성이 필요하였다.

 

2. 경산IC 소요 차로수 검토

1) 현황

 

2) 소요 차로수 검토내용

경산IC RAMP-C 차로수 검토 (경주-동대구 제1공구 일반보고서, P 34)

구 분	년 도	교통량 (AADT)	설계시간 교 통 량	교통용량	소 요 차로수	비 고
RAMP-C (서울→경산)	2002	10,387	987	1,445	1	LOS"D"
	2012	22,118	2,101	1,445	2	"
	2022	22,787	2,165	1,445	2	"

 

상기 2차로 반영을 위해 현 설계된 환상천1교의 재설계 필요[당초 8.5m→변경 12.1m(3.6m추가)]

 

3) 재설계시 교량형식 재검토

: 본 구간의 현장 여건 및 장래 유지관리 등을 고려, 다음과 같이 교량형식을 재검토하였다.

 

3. 교량 재설계 주요내용

전술한 환상천1교의 교량형식 변경 검토안을 사업소에 보고하고, 승인(2004년3월2일)을 득한 후 재설계 작업에 착수하였다.

1) 교량형식 변경내용

구 분	당초 설계	변 경	비 고
교량형식	R.C SLAB	P.S.C BEAM	종단선형 및 평면선형, 교량사각 등은 당초와 동일 하게 적용
지간구성	10+15+15+10 = 50.0m	2@25.0=50.0m
교량폭원	8.5m(1차로)	12.1m(2차로)
교 각 수	3기	1기

 

2) 종단면도

 

3) 횡단면도

4. 구조검토 결과

4.1 상부 슬래브

: 최신 설계방법인 경험적 설계법에 의한 거더교 등방배근 바닥판 적용

 

(1) 경험적 설계법 적용구간

구 분		소요철근량	사용철근량		비 고
			구조계산	도면배근
주 철 근	상 부	100 x 24 x 0.3% = 7.200㎠	H16@200=9.930㎠	H16@200=9.930㎠	O.K
	하 부	100 x 24 x 0.4% = 9.600㎠	H16@200=9.930㎠	H16@200=9.930㎠	O.K
배력철근	상 부	100 x 24 x 0.3% = 7.200㎠	H16@250=7.944㎠	H16@250=7.944㎠	O.K
	하 부	100 x 24 x 0.3% = 7.200㎠	H16@250=7.944㎠	H16@250=7.944㎠	O.K

 

(2) 경험적 설계법 제외(기존설계법) 적용구간[캔틸레버부 및 연속지점부]

구 분		구조계산				도면 배근 철 근 량	비 고
		소요철근량	사용철근량	ΦMn (tf․m)	Mu (tf․m)
사 각 부 쐐기구간	주철근	8.955㎠	H16@150=13.240㎠	8.484	5.852	H16@100=19.860㎠	O.K ☞참조
	배력철근	4.800㎠	H16@250=7.944㎠			H16@125=15.890㎠	O.K ☞참조
방호벽구간	주철근	4.800㎠	H16@200=9.930㎠	5.785	2.101	H16@200=9.930㎠	O.K
	배력철근	4.800㎠	H16@250=7.944㎠			H16@250=7.944㎠	O.K
캔틸레버 단 부	주철근	6.984㎠	H16@150=13.24㎠			H16@100=19.86㎠	O.K ☞참조
	배력철근	4.680㎠	H16@125=15.89㎠			H16@125=15.89㎠	O.K ☞참조
연속지점부	교축방향	93.780㎠	H19-36EA=103.14㎠	570.171	519.527	H19-36EA=103.14㎠	O.K
	직각방향		H16@200=9.930㎠	등방배근과 동일		H16@200=9.930㎠	O.K

 

☞ 상기 표에서 캔틸레버 단부(사각부 쐐기구간과 동일 영역)의 도면배근량이 구조계산서와 달리 적용된 것은  도로교 설계기준(P.348)의 “4.7.7.5 철근의 종류 및 배치”(4)항 “단부 바닥판의 철근은 (경험적설계법에 의한) 최소 철근량의 2배를 배근한다”는 규정을 준수하기 위함이다. 
즉, 경험적설계법의 주철근 소요량 : 9.600㎠ x 2배=19.200㎠ < 도면배근 H16@100= 19.860㎠ ---O.K

     배력근 소요량 : 7.200㎠ x 2배=14.400㎠ < 도면배근 H16@125= 15.890㎠ ---O.K

 

4.2 P.S.C BEAM 본체

: 한국도로공사 P.S.C BEAM(25형)표준도 적용으로 검토 생략.

4.3 반력 및 교좌받침 용량 검토

◎ 사교구간이므로 3차원 격자해석을 수행하여 각 SHOE 별 작용 반력을 추출함.(탄성받침)

구 분		G1	G2	G3	G4	G5	비 고
교 대	반력계	85.474	83.167	81.783	78.023	72.085
	SHOE용량	100	100	100	100	100	O.K
교 각	반력계	72.305	71.166	70.058	68.697	67.285
	SHOE용량	100	100	100	100	100	O.K

 

4.4 내진해석

: 내진1등급의 다중모드스펙트럼해석 방법으로 수행하였으며, 그 결과치는 하부구조에 반영됨.

1) 해석모델

 

2) 교축방향 및 교축직각방향 작용 모멘트도

 

4.5 하부 구조물의 주요부재 검토결과

4.5.1 교대 구조검토

1) 교대 설계 입체도

2) 교대 안정성 검토

구 분	CASE	계산값 / 허용값			비 고
		전도	활동	지지력
교대 시점측	평 상 시	3.616 > 2.0	1.950 > 1.5	21.902 < 60.0	O. K
	지 진 시	1.977 > 1.5	1.487 > 1.2	37.474 < 90.0	O. K
교대 종점측	평 상 시	3.819 > 2.0	2.049 > 1.5	28.134 < 60.0	O. K
	지 진 시	2.167 > 1.5	1.663 > 1.2	36.581 < 90.0	O. K

 

3) 교대본체 단면력 검토

구 분		휨 철근량 검토					비 고
		소요철근량	사용철근량	Mu(tf․m)	판별	ΦMn(tf․m)
교대 시점측	흉 벽	8.404 ㎠	D19@125 =22.920 ㎠	15.297	<	41.096	O.K
	벽 체	25.127 ㎠	D25@125 =40.536 ㎠	69.298	<	110.623	O.K
	앞 굽	14.727 ㎠	D22@125 =30.968 ㎠	37.148	<	77.170	O.K
	뒷 굽	17.255 ㎠	D22@125 =30.968 ㎠	43.441	<	77.170	O.K
교대 종점측	흉 벽	8.389 ㎠	D19@125 =22.920 ㎠	15.271	<	41.096	O.K
	벽 체	20.518 ㎠	D25@125 =40.536 ㎠	56.623	<	110.623	O.K
	앞 굽	11.090 ㎠	D22@125 =30.968 ㎠	28.050	<	77.170	O.K
	뒷 굽	15.092 ㎠	D22@125 =30.968 ㎠	38.058	<	77.170	O.K

☞ 날개벽 검토결과 집계는 편의상 생략함. (구조계산서와 도면이 일치되며, 최적화 설계되었음을 재확인)

4.5.2 교각 구조검토

1) 교각 설계 입체도

 

2) 교각 안정성 검토

구 분	CASE	계산값 / 허용값			비 고
		전도	활동	지지력
교 축 방 향	평 상 시	45.959 > 2.0	71.084 > 1.5	18.051 < 60.0	O. K
	지 진 시	2.794 > 1.5	4.322 > 1.2	35.185 < 90.0	O. K
교축직각방향	평 상 시	264.746 > 2.0	17.166 > 1.5	17.426 < 60.0	O. K
	지 진 시	80.944 > 1.5	4.134 > 1.2	17.573 < 90.0	O. K

 

3) 교각 단면력 검토

구 분	휨 철근량 검토					비 고
	소요철근량	사용철근량	Mu(tf․m)	판별	ΦMn(tf․m)
두부보-내민보	83.923 ㎠	D29-21EA =134.904 ㎠	209.990	<	571.362	O.K
두부보-내측빔	55.056 ㎠	D25-21EA =106.407 ㎠	179.927	<	343.089	O.K
기 초-지점부	38.970 ㎠	D25-45EA =228.015 ㎠	138.491	<	792.351	O.K
기 초-중앙부	85.561 ㎠	D22-35EA =135.485 ㎠	302.402	<	476.033	O.K
기 초-교축방향	105.717 ㎠	D22-90EA =348.390 ㎠	375.083	<	1218.466	O.K

4) 교각 기둥 검토

단면위치		Puse	Pu(tonf) (Mu,tf․m)	ΦPu(tonf) (ΦMn,tf․m)	안전도	비 고
교축방향	축 력 최대	0.012	628.269 (0.000)	2352.003 (141.120)	3.744	O.K
	모멘트최대	0.012	429.012 (19.883)	2352.003 (141.120)	5.482	O.K
	지진시(탄성)	0.012	330.009 (251.382)	663.297 (505.262)	2.010	O.K
	지진시(소성)	0.012	330.009 (50.276)	2269.683 (50.276)	6.878	O.K
교축직각방향	축 력 최대	0.012	627.643 (37.659)	2352.003 (141.120)	3.747	O.K
	모멘트최대	0.012	388.458 (118.239)	1674.934 (509.816)	4.312	O.K
	지진시(탄성)	0.012	287.088 (125.071)	1286.792 (560.596)	4.482	O.K
	지진시(소성)	0.012	287.088 (116.878)	2352.003 (555.549)	8.193	O.K

4.5 신축량 검토

계산 이동량 : 0.00054 × 25,000 + 0.442 = 13.942 mm(구조계산서 참조)

여유량 : 설치 여유량(10mm) + 부가여유량(20mm) = 30mm

계산 신축량 : 40.942mm ==> 설계 유간 50mm 적용.

∴ 모노셀 2G 적용 가능(허용 신축량 20mm > 계산 이동량 13.94mm O.K)

 

3. 결론

 

1) 근래 준공(98년 8월)되어 공용중인 경산I.C RAMP-C구간의 장래 교통량을 수용하기 위하여 당초 설계된 환상천1교의 교폭을 8.5m(1차로)에서 12.1m(2차로)로 변경됨에 따라 교량 재설계 작업에 착수하였다.

◎ RAMP-C구간 2차로 변경근거 :

「경산I.C 및 언양JCT 연결로 확장 검토결과 통보」2003.12.17, 한국도로공사

 

2) 환상천1교 재설계시, 교량형식을 당초 설계된 4경간 연속 R.C SLAB교에서 2경간 연속화 P.S.C BEAM교로 변경, 제안하여 사업소의 승인을 득 하였으며, 이 경우 하천의 통수능 향상과 더불어 공기단축 및 시공성이 개선되며 경제성 및 유지관리에도 유리할 것으로 사료된다.

◎ 교량형식 변경 승인 :

「환상천1교 확폭에 따른 교량형식 비교(안) 검토 보고」2004.3.2, 영남건설사업소

 

3) 재 설계시 최신 시방서 및 설계기준을 모두 반영하여 구조적 안전성을 확보하였으므로 시공시 설계도에 따라 성실시공 및 품질관리에 만전을 기하도록 유도하기 바란다. (수량산출서 및 내역서는 공구 자체 수행) “끝”

   

별첨. 1) 설 계 도 - 1식

        2) 구조계산서 - 1식

※ 본 콘텐츠는 "불꽃엔지니어"의 실제 기술자문 사례를 바탕으로 작성되었으며, 무단전재 및 재배포를 금합니다.
인용이나 공유가 필요하신 경우, 출처를 명확히 밝혀 주시면 감사하겠습니다.

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※ 본 교량은 기존 1차로 RC슬래브교 형식을, 차로수 변경 및 구조적 효율 향상을 위해 2차로 PSC BEAM교 형식으로 재설계한 구조물입니다. 하천의 통수능을 확보에 문제없음을 확인하고, 하상 작업(동바리)을 최소화하기 위해 형고를 높이고, 교각 수를 절반으로 줄이는 구조형식 개선을 도입했습니다. 현재 본 교량은 시공 후 20년 이상 별탈 없이 공용 중입니다. (아래 사진)