케이블교량설계지침(한계상태설계법)(안)...
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케이블교량설계지침(한계상태설계법)(안)
2013. Ver. 9.0
초장대교량사업단 제1핵심과제
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책임 집필위원
담당 성명 소속 직위 e-mail
총 괄 김호경 서울대학교 교수 [email protected]
한혜윤 서울대학교 연구원 [email protected]
제1장 총칙 이해성 서울대학교 교수 [email protected]
제2장 하중과 하중조합 황의승 경희대학교 교수 [email protected]
백인열 가천대학교 교수 [email protected]
제3장 콘크리트구조 신현목 성균관대학교 교수 [email protected]
내구성 차수원 울산대학교 교수 [email protected]
제4장 강구조 배두병 국민대학교 교수 [email protected]
제5장 케이블구조 박찬민 코비코리아 대표이사 [email protected]
신상훈 케이블브릿지 상무 [email protected]
제6장 하부구조 정상섬 연세대학교 교수 [email protected]
제7장 신축이음장치 및
받침 박찬민 코비코리아 대표이사 [email protected]
제8장 내풍설계 이학은 고려대학교 교수 [email protected]
제9장 내진설계 김익현 울산대학교 교수 [email protected]
제10장 선박충돌 박원석 서울대학교 책임연구원 [email protected]
참여 집필위원
성명 소속 직위 성명 소속 직위
오창국 국민대학교 교수
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목차
목 차 1. 총 칙 ............................................................................................................................................................... 1
1.1 적용 범위 ................................................................................................................................................................................... 1
1.2 용어정의 ..................................................................................................................................................................................... 1
1.3 기호 ............................................................................................................................................................................................. 2
1.4 설계원칙 ..................................................................................................................................................................................... 3
1.4.1 일반사항 ............................................................................................................................................................................................ 3
1.4.2 설계계산 ............................................................................................................................................................................................ 3
1.4.3 한계상태 ............................................................................................................................................................................................ 3
1.4.4 케이블교량의 설계사용수명과 중요도, 목표신뢰도지수 ........................................................................................... 5
1.4.5 케이블교량의 저항수정계수 .................................................................................................................................................... 8
1.5 설계목적 ...................................................................................................................................................................................10
1.5.1 안전성 ............................................................................................................................................................................................... 10
1.5.2 사용성 ............................................................................................................................................................................................... 10
1.6 항로에 대한 다리밑 공간 .....................................................................................................................................................11
1.7 받침에 작용하는 부의 반력 .................................................................................................................................................11
1.8 관련 기준 .................................................................................................................................................................................12
2. 하중과 하중조합 .......................................................................................................................................... 15
2.1 적용범위 ...................................................................................................................................................................................15
2.2 용어정의 ...................................................................................................................................................................................15
2.3 기호 ...........................................................................................................................................................................................17
2.3.1 일반.................................................................................................................................................................................................... 17
2.3.2 하중의 종류와 기호 ................................................................................................................................................................... 18
2.4 하중계수와 하중조합 ............................................................................................................................................................19
2.4.1 일반사항 .......................................................................................................................................................................................... 19
2.4.2 가설하중에 대한 하중계수 ..................................................................................................................................................... 27
2.4.3 긴장력에 대한 하중계수 ......................................................................................................................................................... 27
2.5 고정하중 : DC, DW ................................................................................................................................................................27
2.6 활하중 : LL, LS, PL...................................................................................................................................................................28
2.6.1 차량활하중(LL) .............................................................................................................................................................................. 28
2.6.2 보도하중(PL) .................................................................................................................................................................................. 32
2.6.3 피로의 영향을 검토하는 경우의 활하중 ........................................................................................................................ 32
2.7 충격하중 : IM ..........................................................................................................................................................................33
2.8 프리스트레스힘 : PS ..............................................................................................................................................................33
2.9 콘크리트의 크리프 및 건조수축에 의한 부정정력 : CR, SH ........................................................................................34
2.10 토압 : EH, EV, ES, DD .............................................................................................................................................................34
2.11 정수압, 유수압, 부력 : WA, BP ............................................................................................................................................34
2.12 파랑하중 : WP .........................................................................................................................................................................34
2.12.1 일반.................................................................................................................................................................................................... 34
2.12.2 설계파고 .......................................................................................................................................................................................... 35
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케이블교량설계지침[한계상태설계법][안]
2.12.3 기초 및 상부교각의 파력 ....................................................................................................................................................... 35
2.12.4 파일기초의 지지파일에 작용하는 파력 ........................................................................................................................... 36
2.13 풍하중 : WS, WL ..................................................................................................................................................................... 39
2.14 온도변화의 영향 : TU, TG ..................................................................................................................................................... 39
2.14.1 평균온도(TU) ................................................................................................................................................................................. 39
2.14.2 온도차(TG) ...................................................................................................................................................................................... 41
2.14.3 부재 설계시의 선팽창계수..................................................................................................................................................... 43
2.14.4 가동받침의 이동량 산정시 온도변화의 범위 및 선팽창계수 .............................................................................. 43
2.15 지진의 영향 : EQ .................................................................................................................................................................... 43
2.16 유빙충돌 : CI ........................................................................................................................................................................... 43
2.17 지점이동의 영향 : SD ............................................................................................................................................................ 43
2.18 가설시 하중 : ER .................................................................................................................................................................... 43
2.19 차량충돌 : CT .......................................................................................................................................................................... 44
2.20 선박충돌 : CV .......................................................................................................................................................................... 44
2.21 마찰 : FR ................................................................................................................................................................................... 44
2.22 시공중 발생하는 구속응력(EL)............................................................................................................................................ 44
2.22.1 주탑 ................................................................................................................................................................................................... 44
2.22.2 보강거더 .......................................................................................................................................................................................... 44
2.22.3 행어 ................................................................................................................................................................................................... 45
2.23 케이블 교체 : PS1 .................................................................................................................................................................. 45
2.24 케이블 파단 : PS2 .................................................................................................................................................................. 45
3. 콘크리트 구조 .......................................................................................................................................... 49
3.1 적용범위 ................................................................................................................................................................................... 49
3.2 용어 ........................................................................................................................................................................................... 49
3.3 기호 ........................................................................................................................................................................................... 51
3.4 설계 원칙 ................................................................................................................................................................................. 54
3.4.1 설계 요구 조건 ............................................................................................................................................................................ 54
3.4.2 설계 사항 ........................................................................................................................................................................................ 54
3.5 재료 ........................................................................................................................................................................................... 56
3.5.1 콘크리트 .......................................................................................................................................................................................... 56
3.5.2 철근 ................................................................................................................................................................................................... 66
3.5.3 프리스트레싱 긴장재 ................................................................................................................................................................ 68
3.6 프리스트레스트 구조의 해석 .............................................................................................................................................. 71
3.6.1 개요 ................................................................................................................................................................................................... 71
3.6.2 긴장시 프리스트레스 힘의 제한 ......................................................................................................................................... 72
3.6.3 프리스트레스 힘의 계산 ......................................................................................................................................................... 73
3.6.4 프리스트레스의 손실 ................................................................................................................................................................ 73
3.6.5 해석시 프리스트레스의 고려 ................................................................................................................................................ 76
3.6.6 극한한계상태시의 프리스트레싱 효과 ............................................................................................................................. 76
3.6.7 사용한계상태 및 피로한계상태시의 프리스트레스 효과 ........................................................................................ 77
3.7 극한한계상태 .......................................................................................................................................................................... 77
/ ii /
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목차
3.7.1 휨과 축력 ........................................................................................................................................................................................ 77
3.7.2 전단.................................................................................................................................................................................................... 81
3.7.3 비틀림 ............................................................................................................................................................................................... 92
3.7.4 펀칭.................................................................................................................................................................................................... 96
3.7.5 스트럿-타이 모델 ..................................................................................................................................................................... 100
3.7.6 지압부 설계 ................................................................................................................................................................................ 103
3.7.7 겹판요소 모델 ........................................................................................................................................................................... 104
3.8 사용한계상태 ....................................................................................................................................................................... 109
3.8.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 109
3.8.2 응력 한계 ..................................................................................................................................................................................... 110
3.8.3 균열................................................................................................................................................................................................. 111
3.8.4 처짐................................................................................................................................................................................................. 117
3.9 피로한계상태 ....................................................................................................................................................................... 120
3.9.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 120
3.9.2 철근................................................................................................................................................................................................. 121
3.9.3 프리스트레싱 긴장재 ............................................................................................................................................................. 121
3.9.4 철근의 용접 이음부 혹은 기계 이음장치 ................................................................................................................... 122
3.10 내구성 및 피복두께 ............................................................................................................................................................ 122
3.10.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 122
3.10.2 환경 조건 ..................................................................................................................................................................................... 125
3.10.3 내구성을 위한 요구사항 ...................................................................................................................................................... 125
3.10.4 콘크리트 피복두께 .................................................................................................................................................................. 125
3.10.5 신뢰도 기반 내구성 설계 .................................................................................................................................................... 130
3.11 구조 상세 .............................................................................................................................................................................. 137
3.11.1 철근 상세 ..................................................................................................................................................................................... 137
3.11.2 부재 상세 ..................................................................................................................................................................................... 141
3.11.3 건조수축 및 온도철근 ........................................................................................................................................................... 145
3.12 주탑 설계의 특별 고려사항 .............................................................................................................................................. 147
3.12.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 147
3.12.2 해석................................................................................................................................................................................................. 147
3.12.3 주탑의 정착영역 설계 ........................................................................................................................................................... 147
4. 강구조 ......................................................................................................................................................... 151
4.1 적용범위 ................................................................................................................................................................................ 151
4.2 용어정의 ................................................................................................................................................................................ 151
4.3 기호 ........................................................................................................................................................................................ 158
4.4 재료 ........................................................................................................................................................................................ 167
4.4.1 강재................................................................................................................................................................................................. 167
4.4.2 철근 및 콘크리트 .................................................................................................................................................................... 171
4.4.3 형상 및 치수 .............................................................................................................................................................................. 171
4.4.4 재료의 강도 ................................................................................................................................................................................ 171
4.4.5 물리 상수 ..................................................................................................................................................................................... 174
4.4.6 기타강재 ....................................................................................................................................................................................... 174
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케이블교량설계지침[한계상태설계법][안]
4.5 한계상태 ................................................................................................................................................................................ 174
4.5.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 174
4.5.2 사용한계상태 .............................................................................................................................................................................. 175
4.5.3 피로 및 파괴한계상태 ........................................................................................................................................................... 175
4.5.4 극한한계상태 .............................................................................................................................................................................. 175
4.5.5 극한한계상태 .............................................................................................................................................................................. 176
4.6 피로 및 파단 ........................................................................................................................................................................ 177
4.6.1 피로 ................................................................................................................................................................................................ 177
4.6.2 인성요구조건 .............................................................................................................................................................................. 196
4.7 부재에 관한 일반 사항 ...................................................................................................................................................... 198
4.7.1 유효지간 ....................................................................................................................................................................................... 198
4.7.2 솟음 ................................................................................................................................................................................................ 198
4.7.3 강재의 최소두께 ....................................................................................................................................................................... 198
4.7.4 다이아프램 및 수직브레이싱 ............................................................................................................................................. 199
4.7.5 수평브레이싱 .............................................................................................................................................................................. 200
4.7.6 핀 ..................................................................................................................................................................................................... 201
4.8 인장부재 ................................................................................................................................................................................ 203
4.8.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 203
4.8.2 인장강도 ....................................................................................................................................................................................... 203
4.8.3 순단면적 ....................................................................................................................................................................................... 205
4.8.4 세장비의 제한 ........................................................................................................................................................................... 205
4.8.5 조립부재 ....................................................................................................................................................................................... 206
4.8.6 아이바 ............................................................................................................................................................................................ 206
4.8.7 핀연결판 ....................................................................................................................................................................................... 207
4.9 압축부재 ................................................................................................................................................................................ 208
4.9.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 208
4.9.2 압축강도 ....................................................................................................................................................................................... 208
4.9.3 세장비의 제한 ........................................................................................................................................................................... 209
4.9.4 비합성단면 .................................................................................................................................................................................. 209
4.9.5 합성단면 ....................................................................................................................................................................................... 221
4.9.6 유효좌굴길이 .............................................................................................................................................................................. 222
4.10 휨을 받는 I형 단면 ............................................................................................................................................................. 227
4.10.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 227
4.10.2 단면비 제한 ................................................................................................................................................................................ 234
4.10.3 시공성 검토 ................................................................................................................................................................................ 235
4.10.4 사용한계상태 .............................................................................................................................................................................. 237
4.10.5 피로 및 파단한계상태 ........................................................................................................................................................... 238
4.10.6 극한한계상태 .............................................................................................................................................................................. 238
4.10.7 휨강도 - 정모멘트부 합성단면 ......................................................................................................................................... 240
4.10.8 휨강도 - 부모멘트부의 합성단면과 비합성단면 ..................................................................................................... 242
4.10.9 전단 강도 ..................................................................................................................................................................................... 254
4.10.10 전단연결재 ............................................................................................................................................................................. 256
4.10.11 보강재....................................................................................................................................................................................... 261
/ iv /
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목차
4.10.12 덮개판 ....................................................................................................................................................................................... 266
4.11 휨을 받는 박스형 단면 ...................................................................................................................................................... 267
4.11.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 267
4.11.2 단면비 요구조건 ....................................................................................................................................................................... 269
4.11.3 시공성 ............................................................................................................................................................................................ 270
4.11.4 사용성한계상태 ......................................................................................................................................................................... 271
4.11.5 피로 및 파괴한계상태 ........................................................................................................................................................... 271
4.11.6 강도한계상태 .............................................................................................................................................................................. 272
4.11.7 휨 저항강도 – 정모멘트부 .................................................................................................................................................. 273
4.11.8 휨저항강도 - 부모멘트부 .................................................................................................................................................... 276
4.11.9 전단 저항강도 ........................................................................................................................................................................... 280
4.11.10 전단연결재 ............................................................................................................................................................................. 280
4.11.11 보강재 ....................................................................................................................................................................................... 281
4.12 기타 휨부재 .......................................................................................................................................................................... 282
4.12.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 282
4.12.2 공칭휨강도 .................................................................................................................................................................................. 283
4.12.3 합성부재의 공칭전단강도 .................................................................................................................................................... 285
4.13 연결 ........................................................................................................................................................................................ 286
4.13.1 공통사항 ....................................................................................................................................................................................... 286
4.13.2 거더이음 ....................................................................................................................................................................................... 304
4.13.3 강관구조집합 .............................................................................................................................................................................. 307
4.14 강재 바닥판 .......................................................................................................................................................................... 324
4.14.1 적용범위 ....................................................................................................................................................................................... 324
4.14.2 일반적인 설계규정 .................................................................................................................................................................. 324
4.14.3 한계상태 ....................................................................................................................................................................................... 325
4.14.4 해석................................................................................................................................................................................................. 326
4.14.5 강재 바닥판 ................................................................................................................................................................................ 326
4.15 강재주탑 ................................................................................................................................................................................ 336
4.15.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 336
4.15.2 주탑의 좌굴검토 ....................................................................................................................................................................... 336
5. 케이블구조 .................................................................................................................................................. 339
5.1 적용범위 ................................................................................................................................................................................ 339
5.2 용어정의 ................................................................................................................................................................................ 339
5.3 기호 ........................................................................................................................................................................................ 339
5.4 재료 ........................................................................................................................................................................................ 340
5.4.1 설계계산에 사용하는 물리상수 ........................................................................................................................................ 340
5.4.2 케이블 재료 ................................................................................................................................................................................ 341
5.5 한계상태 ................................................................................................................................................................................ 342
5.5.1 설계방법 일반 ........................................................................................................................................................................... 342
5.5.2 사용한계상태 .............................................................................................................................................................................. 343
5.5.3 피로한계상태 .............................................................................................................................................................................. 344
5.5.4 극한한계상태 .............................................................................................................................................................................. 345
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케이블교량설계지침[한계상태설계법][안]
5.5.5 극단상황한계상태 .................................................................................................................................................................... 348
5.6 부재일반 ................................................................................................................................................................................ 349
5.6.1 현수교용 케이블 ....................................................................................................................................................................... 349
5.6.2 사장교용 케이블 ....................................................................................................................................................................... 351
5.7 케이블 연결상세.................................................................................................................................................................. 352
5.7.1 현수교 시스템 ........................................................................................................................................................................... 352
5.7.2 사장교 시스템 ........................................................................................................................................................................... 357
5.8 케이블 교체 및 파단 .......................................................................................................................................................... 358
5.8.1 케이블 교체 ................................................................................................................................................................................ 358
5.8.2 케이블 파단 ................................................................................................................................................................................ 359
6. 하부 구조 ................................................................................................................................................... 363
6.1 적용범위 ................................................................................................................................................................................ 363
6.2 용어정의 ................................................................................................................................................................................ 363
6.3 기호 ........................................................................................................................................................................................ 364
6.4 설계일반 ................................................................................................................................................................................ 365
6.4.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 366
6.4.2 하부구조의 구분 ....................................................................................................................................................................... 366
6.4.3 지지층의 선정과 근입깊이.................................................................................................................................................. 366
6.4.4 설계상의 지반면 ....................................................................................................................................................................... 366
6.5 지반정보 ................................................................................................................................................................................ 367
6.5.1 일반 ................................................................................................................................................................................................ 367
6.5.2 지반조사 ....................................................................................................................................................................................... 367
6.5.3 조사 순서 및 계획 .................................................................................................................................................................. 368
6.5.4 현장조사 ....................................................................................................................................................................................... 371
6.5.5 지반정수 ....................................................................................................................................................................................... 377
6.6 한계상태와 저항계수 ......................................................................................................................................................... 379
6.6.1 사용한계상태 .............................................................................................................................................................................. 379
6.6.2 극한한계상태 .............................................................................................................................................................................. 380
6.6.3 하중조합과 하중계수 ............................................................................................................................................................. 380
6.6.4 저항계수 ....................................................................................................................................................................................... 380
6.6.5 극단상황한계상태 .................................................................................................................................................................... 380
6.7 얕은기초 ................................................................................................................................................................................ 384
6.7.1 설계일반 ....................................................................................................................................................................................... 384
6.7.2 축방향 저항력 ........................................................................................................................................................................... 384
6.7.3 횡방향 저항력 ........................................................................................................................................................................... 384
6.7.4 침하량 검토 ................................................................................................................................................................................ 385
6.8 타입말뚝 ................................................................................................................................................................................ 385
6.8.1 설계일반 ....................................................................................................................................................................................... 385
6.8.2 축방향 저항력 ........................................................................................................................................................................... 386
6.8.3 횡방향 저항력 ........................................................................................................................................................................... 387
6.8.4 변위량 검토 ................................................................................................................................................................................ 390
6.8.5 부주면마찰력과 인발저항력 ............................................................................................................................................... 393
/ vi /
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목차
6.9 현장타설말뚝 ....................................................................................................................................................................... 394
6.9.1 설계일반 ....................................................................................................................................................................................... 394
6.9.2 축방향 저항력 ........................................................................................................................................................................... 397
6.9.3 횡방향저항력 .............................................................................................................................................................................. 399
6.9.4 변위량 검토 ................................................................................................................................................................................ 401
6.9.5 부주면마찰력과 인발저항력 ............................................................................................................................................... 401
6.10 앵커리지 기초 ...................................................................................................................................................................... 401
6.10.1 설계일반 ....................................................................................................................................................................................... 401
6.10.2 중력식 앵커리지 얕은기초의 설계 ................................................................................................................................. 403
6.10.3 터널식 앵커리지의 설계 ...................................................................................................................................................... 405
6.10.4 기타 특수한 형식의 앵커리지 설계 ............................................................................................................................... 405
6.11 강관널말뚝 기초 .................................................................................................................................................................. 406
6.11.1 설계일반 ....................................................................................................................................................................................... 406
6.11.2 강관널말뚝의 축방향 저항력 ............................................................................................................................................. 409
6.11.3 지반반력계수 .............................................................................................................................................................................. 410
6.11.4 강관널말뚝 기초 본체의 설계 ........................................................................................................................................... 411
6.11.5 상부슬래브의 설계 .................................................................................................................................................................. 412
6.12 말뚝본체의 설계 .................................................................................................................................................................. 413
6.12.1 완성 후의 하중에 대한 설계 ............................................................................................................................................. 413
6.12.2 이음................................................................................................................................................................................................. 413
6.12.3 상부구조-하부기초/말뚝의 접합부 .................................................................................................................................. 414
6.12.4 시공 시의 검토 ......................................................................................................................................................................... 416
6.12.5 말뚝의 배열 및 최소 중심간격 ........................................................................................................................................ 418
6.13 말뚝재하시험 ....................................................................................................................................................................... 420
6.14 구조세목 ................................................................................................................................................................................ 421
6.14.1 PHC 말뚝 ..................................................................................................................................................................................... 421
6.14.2 현장타설말뚝 .............................................................................................................................................................................. 421
6.14.3 단일 현장타설말뚝 .................................................................................................................................................................. 422
6.14.4 강관말뚝 ....................................................................................................................................................................................... 423
7. 신축이음장치 및 받침 ............................................................................................................................... 427
7.1 적용범위 ................................................................................................................................................................................ 427
7.2 용어정의 ................................................................................................................................................................................ 427
7.3 기호 ........................................................................................................................................................................................ 427
7.4 신축이음 ................................................................................................................................................................................ 427
7.4.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 427
7.4.2 설계................................................................................................................................................................................................. 428
7.5 받침 ........................................................................................................................................................................................ 428
7.5.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 428
7.5.2 링크 슈 (Link Shoe) ................................................................................................................................................................ 428
7.5.3 윈드 슈 (Wind Shoe) ............................................................................................................................................................. 429
7.6 기타 부속연결장치 ............................................................................................................................................................. 429
/ vii /
-
케이블교량설계지침[한계상태설계법][안]
7.6.1 Hydraulic Buffer ........................................................................................................................................................................ 429
7.6.2 이동제한장치 (Movement blockers at expansion joints) ..................................................................................... 429
7.6.3 타이-다운 (Tie-Down) ........................................................................................................................................................... 430
8. 내풍설계 ..................................................................................................................................................... 433
8.1 적용범위 ................................................................................................................................................................................ 433
8.2 용어정의 ................................................................................................................................................................................ 433
8.3 기호 ........................................................................................................................................................................................ 433
8.4 내풍설계 일반 ...................................................................................................................................................................... 434
8.4.1 일반 ................................................................................................................................................................................................ 434
8.4.2 내풍설계순서 .............................................................................................................................................................................. 434
8.4.3 내풍안정성 확보를 위한 대책 .......................................................................................................................................... 435
8.5 풍속 및 난류특성 ................................................................................................................................................................ 436
8.5.1 기본풍속 ....................................................................................................................................................................................... 436
8.5.2 설계기준풍속 .............................................................................................................................................................................. 438
8.5.3 시공기준풍속 .............................................................................................................................................................................. 438
8.5.4 한계풍속 ....................................................................................................................................................................................... 439
8.5.5 바람의 난류특성 ....................................................................................................................................................................... 439
8.6 정적풍하중 ........................................................................................................................................................................... 440
8.6.1 주거더에 작용하는 정적 풍하중 ...................................................................................................................................... 440
8.6.2 주부재에 작용하는 정적 풍하중 ...................................................................................................................................... 440
8.7 동적진동 ................................................................................................................................................................................ 442
8.7.1 와류진동 ....................................................................................................................................................................................... 442
8.7.2 발산진동 ....................................................................................................................................................................................... 442
8.7.3 세장 부재의 진동 .................................................................................................................................................................... 443
8.7.4 난류에 의한 진동 .................................................................................................................................................................... 443
8.8 동적풍하중 ........................................................................................................................................................................... 444
8.8.1 동적풍하중 산정 ....................................................................................................................................................................... 444
8.8.2 설계 감쇠비 ................................................................................................................................................................................ 444
8.9 실험 및 분석 ........................................................................................................................................................................ 444
8.9.1 풍동실험 ....................................................................................................................................................................................... 444
8.9.2 전체 내풍안정성 해석 ........................................................................................................................................................... 445
8.10 사용성 기준 .......................................................................................................................................................................... 446
8.11 케이블의 내풍설계 ............................................................................................................................................................. 446
8.11.1 개요 ................................................................................................................................................................................................ 446
8.11.2 바람에 의한 진동 .................................................................................................................................................................... 446
8.11.3 지점가진에 의한 진동 ........................................................................................................................................................... 449
8.11.4 케이블 제진대책 ....................................................................................................................................................................... 450
8.11.5 케이블 제한기준 ....................................................................................................................................................................... 452
9. 내진설계 ..................................................................................................................................................... 455
9.1 일반사항 ................................................................................................................................................................................ 455
9.1.1 적용범위 ....................................................................................................................................................................................... 455
/ viii /
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목차
9.1.2 용어의 정의 ................................................................................................................................................................................ 455
9.1.3 기호................................................................................................................................................................................................. 456
9.2 내진설계의 기본방침 ......................................................................................................................................................... 458
9.2.1 목적................................................................................................................................................................................................. 458
9.2.2 내진설계의 기본 개념 ........................................................................................................................................................... 458
9.2.3 지진응답 계측 ........................................................................................................................................................................... 458
9.3 설계일반사항 ....................................................................................................................................................................... 458
9.3.1 설계지반운동 .............................................................................................................................................................................. 458
9.3.2 목표내진성능과 설계지진수준 ........................................................................................................................................... 460
9.3.3 지반의 분류 ................................................................................................................................................................................ 464
9.4 해석 및 설계에 대한 규정 ................................................................................................................................................ 464
9.4.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 464
9.4.2 해석방법 ....................................................................................................................................................................................... 464
9.4.3 탄성력 및 탄성변위 ................................................................................................................................................................ 464
9.4.4 직교지진력의 조합 .................................................................................................................................................................. 465
9.4.5 설계지진력 .................................................................................................................................................................................. 465
9.4.6 설계변위 ....................................................................................................................................................................................... 466
9.5 해석방법 ................................................................................................................................................................................ 467
9.5.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 467
9.5.2 설계응답스펙트럼 .................................................................................................................................................................... 467
9.5.3 다중모드스펙트럼해석법 ...................................................................................................................................................... 468
9.6 기초 및 교대의 내진설계 .................................................................................................................................................. 471
9.6.1 적용범위 ....................................................................................................................................................................................... 471
9.6.2 기초................................................................................................................................................................................................. 471
9.6.3 교대................................................................................................................................................................................................. 472
9.7 콘크리트교의 설계 ............................................................................................................................................................. 473
9.7.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 473
9.7.2 주탑과 교각의 해석 및 설계강도 .................................................................................................................................... 473
9.7.3 주탑 및 기둥 .............................................................................................................................................................................. 475
9.7.4 벽식교각 ....................................................................................................................................................................................... 478
9.8 목표내진성능의 검증 ......................................................................................................................................................... 479
9.8.1 일반사항 ....................................................................................................................................................................................... 479
9.8.2 기초시간이력해석 .................................................................................................................................................................... 479
9.8.3 주탑 및 교각의 전단성능의 검증 .................................................................................................................................... 481
10. 선박충돌 .................................................................................................................................................. 485
10.1 적용범위 ................................................................................................................................................................................ 485
10.2 용어정의 ................................................................................................................................................................................ 485
10.3 기호 ........................................................................................................................................................................................ 486
10.4 교량 발주자의 책임 ............................................................................................................................................................ 487
10.5 선박충돌설계 기본방침 ..................................................................................................................................................... 487
10.6 목표성능수준 ....................................................................................................................................................................... 487
/ ix /
-
케이블교량설계지침[한계상태설계법][안]
10.7 설계충돌하중 ....................................................................................................................................................................... 488
10.8 충돌하중 확률분포 ............................................................................................................................................................. 490
10.8.1 선박의 빈도분포 ....................................................................................................................................................................... 490
10.8.2 선박 충돌력 확률분포 ........................................................................................................................................................... 491
10.8.3 연간 선박충돌사건 발생확률 ............................................................................................................................................. 492
10.9 설계충돌속도 ....................................................................................................................................................................... 497
10.10설계충돌하중의 작용 ........................................................................................................................................................................ 498
10.10.1 하부구조물의 설계 ............................................................................................................................................................. 498
10.10.2 동적효과 고려 ...................................................................................................................................................................... 500
10.11하부구조물의 보호 ............................................................................................................................................................. 501
/ x /
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제 1 장
총 칙
-
제1장. 총칙
1. 총 칙
1.1 적용 범위 이 설계지침은 케이블교량의 설계에 적용하기 위한 것이다. 이 지침에서 언급하지 않는 사항은 도
로교설계기준 한계상태설계법(2012)을 따라야 한다. 이 지침의 규정은 교량의 안전성을 확보하기
위해 필요한 최소한의 요구 조건을 제시한 것이다. 다만, 널리 알려진 이론이나 시험에 의해 기술
적으로 증명된 사항에 대해서는 관련설계지침의 적용을 대체할 수 있다.
|해설|
도로교설계기준 한계상태설계법(2012)은 일반 도로교를 주 대상으로 하고 있다. 장경간케이블교
량의 특수성을 고려한 설계를 위하여 이 지침을 개발하였다. 도로교설계기준(한계상태설계법)의
규정 중 많은 부분이 장경간케이블교량에도 그대로 적용될 수 있으므로 이러한 조항에 대해서
는 별도로 언급하지 않거나 아주 간단히 설명하는 것으로 하였다. 따라서 이 지침에서 규정되지
않은 조항에 대해서는 도로교설계기준 한계상태설계법(2012) 등 관련 설계기준을 따라야 한다.
이 지침의 규정은 설계를 위한 것으로 가설관리 등 다른 목적에는 원칙적으로 사용하지 않는다.
예를 들어 제작 및 가설오차의 영향에는 설계시 검토되어야 할 각종 오차를 포괄하여 검토 기
준을 제시하였으나 이 값들이 가설관리 등의 기준값으로 활용하는 것의 타당성 여부는 이 지침
의 범위를 벗어나는 사항이다.
케이블교량의 설계이론은 지속적으로 발전하고 있으므로 합리적 근거를 바탕으로 설계자의창의
적 설계가 가능하도록 이 지침의 규정 적용에 융통성을 부여하였다.
케이블교량은 현장 상황, 구조형식 등에 따라 매우 다양한 기준 및 요건이 요구되므로 필요시
각 사업별로 별도의 특별설계기준을 작성하여 따를 수 있다.
1.2 용어정의 (1) 가동교
차량 또는 선박에 대한 형하공간이 가변적인 교량
(2) 극한한계상태
항복, 소성힌지의 형성, 골조 또는 부재의 안정성, 인장파괴, 피로파괴 등 안정성과 최대하중
지지력에 대한 한계상태
(3) 공칭저항
설계기준에 명시된 규격, 허용응력, 변형 또는 규정된 재료강도에 의해 산출되는 구성요소 또
는 연결부의 하중영향에 대한 저항
(4) 극단상황한계상태
교량의 설계수명을 초과하는 재현주기를 갖는 지진, 유빙하중, 차량과 선박의 충돌 등과 같은
사건과 관련한 한계상태
(5) 기술자
교량설계의 책임자
(6) 발주자
교량에 대한 관할권을 가진 개인 또는 기관
(7) 보수
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케이블교량설계지침[한계상태설계법][안]
교량의 저항성을 복구하거나 증가시키는 작업
(8) 설계사용수명
교량이 사용될 것으로 기대되는 기간
(9) 사용한계상태
균열, 처짐, 피로 등의 사용성에 관한 한계상태로서, 일반적으로 구조물 또는 부재의 특정한
사용 성능에 해당하는 상태
(10) 설계수명
통행 하중의 통계적 산출 근거 기간으로 이 설계기준의 경우 100년
(11) 저항계수
공칭저항에 곱하는 통계기반 계수이며, 일차적으로 재료특성과 구조물치수 및 시공숙련도에
있어서의 변동성과 저항의 예측에 있어서의 불확실성을 고려하기 위한 계수이다. 보정과정을
통하여 하중의 통계특성과도 연관되어 있다.
(12) 저항수정계수
교량의 설계사용수명과 중요도를 고려하여 설정된 목표신뢰도에 부합하여 설계할 수 있도록
규정된 계수
(13) 평가
기존 교량의 내하력 결정
(14) 하중계수
하중효과에 곱하는 통계에 기반한 계수이며, 일차적으로 하중의 가변성, 해석정확도의 결여
및 서로 다른 하중의 동시작용확률을 고려하며, 계수 보정과정을 통하여 저항의 통계와도 연
관되어 있다.
(15) 하중영향
작용하중, 부과된 변형, 체적변화로 인하여 발생하는 변형, 응력 또는 단면력(축력, 전단력, 비
틈모멘트, 또는 휨모멘트)
(16) 한계상태
교량 또는 구성요소가 사용성, 안전성, 내구성의 설계규정을 만족하는 최소한의 상태로서, 이
상태를 벗어나면 관련 성능을 만족하지 못하는 한계
1.3 기호 (1) fp 파괴확률
(2) Q 하중계수를 고려한 총설계하중 (3) iq 각 하중의 하중효과 (4) nR 단면의 공칭저항강도 (5) rR 계수저항 콘크리트부재에 대하여는 }φ{ matmatr XRR = 그 이외에는 nmemr RR φ= 적용 (6) matX 재료의 기준강도 (7) β 신뢰도지수 (8) iγ 각 하중의 하중계수 - 하중효과에 작용하는 통계적으로 산출된 값 (9) η AASHTO LRFD Bridge Design Specification에 정의된 하중조합 수정계수
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제1장. 총칙
(10) matφ 재료저항계수 (11) memφ 부재저항계수 (12) rmφ 저항수정계수 -교량의 설계사용수명과 중요도를 고려하여 설정된 목표신뢰도에 부합하여 설계할 수 있도록 1.2.5에 규정된 계수
1.4 설계원칙 1.4.1 일반사항 케이블교량은 점검, 경제성 및 미관에 대해 적절히 고려를 하면서 시공성과 안전성 및 사용성의
목표를 달성할 수 있도록 규정된 한계상태에 대하여 설계되어야 한다.
사용되는 해석법에 관계없이 식 (1.4.3.1)은 규정된 하중효과와 그 조합에 대하여 만족되어야 한다.
|해설|
점검, 경제성 및 미관에 대해 적절히 고려를 하면서 시공성과 안정성의 목표를 달성하기 위하여
1.5의 규정을 따른다.
비록 하중효과는 탄성해석에 의해 결정될지라도 구성부재와 연결의 저항은 많은 경우에 있어서
비탄성 거동에 근거하여 결정된다. 이러한 불일치는 대부분의 현존 시방서에 공통된 사항이며
비탄성 구조거동에 대한 불완전한 지식 때문이다.
1.4.2 설계계산
유효숫자
설계계산은 최종단계에서 유효숫자를 3자리 이상 얻도록 하는 것을 원칙으로 한다.
|해설|
설계에서 검사 대상이 되는 수치의 유효숫자는 그 허용치의 유효숫자가 3자리 이상으로 표시된
경우에도 3자리까지 확보하면 된다.
케이블교량과 같은 고차 부정정 구조물을 취급할 경우에는 비교적 많은 자릿수의 유효숫자를
사용하지 않으면 최종 단계에서 이를 3자리까지 확보할 수 없다는 것에 유의해야 한다.
2차응력
케이블부재를 포함하는 축력 부재는 부재의 휨에 의한 2차응력이 가능한 한 적게 되도록 설계하
여야 한다.
해석 모델
해석에 사용하는 구조 모델은 실구조물을 표현할 수 있어야 하며 해석 목적에 부합되어야 한다.
해석 결과의 신뢰도를 유지할 수 있는 범위 내에서 가능한 한 단순화하는 것이 바람직하다.
1.4.3 한계상태 별도로 규정이 없는 한, 케이블교량의 각 구성요소와 연결은 각 한계상태에 대하여 식 (1.4.3.1)을
만족하여야 한다. 모든 한계상태는 균등한 중요도를 갖는 것으로 고려해야 한다.
∑ ≤= rrmii RqQ φγ (1.4.3.1) / 3 /
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케이블교량설계지침[한계상태설계법][안]
여기서,
Q = 하중계수를 고려한 총 설계하중
iγ = 하중계수: 하중효과에 작용하는 통계적으로 산출된 값
iq = 하중효과
rmφ = 저항수정계수: 교량의 설계사용수명과 중요도를 고려하여 설정된 목표신뢰도에 부합하여 설계할 수 있도록 1.2.5에 1.4.5에 규정된 계수
rR = 계수저항: 콘크리트부재에 대하여는 }φ{ matmatr XRR = , 그 이외에는 nmemr RR φ= 을 적용한다. (여기서, matφ 는 제 3장에 규정된 재료저항계수, matX 는 재료의