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세장한 장주 상세설계 잠정기준
한국도로공사
1. 일반현황

세장비가 100을 초과하는 세장한 장주의 경우 현 도로교 설계기준에 정밀해석법인 P-△해석법을 적용하도록 규정하고 있으나 상세한 기준이 제시되지 않아 적용상의 어려움이 있으므로 관련전문가의 자문을 통해 상세기준을 마련코자 함
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기타
건설일반
시설물분류>운송 교통시설>도로운송시설>자동차 도로;공종분류>공통공종>총칙>본사관리

2. 현황 및 문제점



2.1
관련기준


(1) 도로교 설계기준


(1.1) 4.4.5.3 장주효과 (p266)



img013601.gif

(1.1.1)
위에서 / -0.5 라야 한다. 기둥이 단일곡률로 휘는 경우, / 는 정(+)의 값을 갖는다.


(1.1.2) /γ의 값이 100을 초과하는 모든 압축부재에 대해서는 P-해석을 하여야 한다. 그러나 그보다 작은 세장비에 대해서도 P-의 적용은 가능하다.


(2) STANDARD SPECIFICATIONS FOR HIGHWAY BRIDGES


(2002, AASHTO)


(2.1) 8.16.5 Slenderness Effects in Compression Member~8.16.5.1 General Requirements


(2.1.1) 8.16.5.1.1 The design of compression members shall be based on forces and moments determined from an analysis of the structure. Such an analysis shall include the influence of axial loads and variable moment of inertia on member stiffness and fixed-end moments, the effect of deflections on the moments and forces, and the effect of the duration of the loads.


(2.2) 8.16.5.2 Approximate Evaluation of Slenderness Effects


(2.2.1) 8.16.5.2.6 For all compression members where /r is greater than 100, an analysis as defined in Article 8.16.5.1 shall be made.


(3) Notes on ACI 318-99 Building Code


(3.1) 13. Design for Slenderness Effects 



img013701.gif
* 34-12(
/ )40


** Permitted for any slenderness ratio


Figure 13-4Consideration of Column Slenderness


 


2.2 관련논문


(1) 구조해석 프로그램을 이용한 도로교의 내진 설계


(‘03.1 한국지진공학회)


(1.1) 5장 철근콘크리트 기둥설계(영남대 이재훈교수)


(1.1.1) 모멘트 확대계수법은 중력 방향 하중이 지배적인 구조에 횡방향 하중이 작용하는 건축 구조물의 경우를 대상으로 개발된 근사해법이므로 횡방향 지진하중이 지배적으로 작용하는 상태에서 낮은 축력비의 축력이 작용하는 교각에 적용하는 것은 다소 무리가 있을 수도 있다. 따라서 교각의 내진설계시 사용되는 장주해석에는 다음과 같은 단순화된 P-해석이 더 유용할 것이다.


 


2.3 현 설계 및 문제점


(1) 현설계


(1.1) 모멘트 확대계수의 산출


(1.1.1) = 1 / {1 - Σ / (0.75?Σ )}


- : 근사적인 확대계수


- Σ : 해당층의 모든 수직하중의 합


- Σ : 해당층의 횡변위를 지지하는 기둥들의 임계하중의 합


= EI /


k : 압축부재의 유효길이계수


: 압축부재의 비지지장


(1.2) 도로교설계기준에 세장비(λ)>100인 경우 P-해석을 적용토록 규정하고 있으나 이의 적용을 위한 세부설계 방법이 규정되어 있지 않음


(1.3) 따라서, 세장비 100이하로 단면을 재설정 하거나 세장비가 100을 초과하더라도 모멘트확대계수법을 적용하는 사례가 있음


(2) 문제점


(2.1) 도로교설계기준에 P-해석을 위한 세부설계기준이 명시되어 있지 않아 현실적으로 적용이 곤란함


(2.2) 세장한 부재에 대해 세장비가 100 이하가 되도록 단면을 선정할 경우 과다설계의 우려가 있고 이로 인해 상부구조와의 부조화가 발생할 수 있음


(2.3) 세장비가 100을 초과하는 부재에 대해 모멘트확대계수법을 적용하여 해석할 경우 설계기준에 위배되고 비경제적 설계가 될 우려가 있음


3. 개선내용



(1) P-
해석 적용범위


(1.1) 도로교 설계기준에 의하면 세장비(λ) 값이 100을 초과하는 모든 압축부재에 대해서는 P-해석을 하여야 한다. 그러나 그보다 작은 세장비에 대해서도 P-의 적용은 가능하다라고 명시되어 있고


(1.2) 외국의 관련 기준에서도 세장비(λ)100인 경우 P-정밀해석법을 권장하고 있으므로 세장비가 100을 초과하는 장주에 대해서는 P-해석을 적용토록 하고 세장비가 100이하인 경우에도 적용이 가능함


(2) P-해석법 상세기준


(2.1) 관련 전문가의 자문결과에 따라 P-해석법과 관련된 세부항목별 기준을 다음 1과 같이 적용하는 것이 타당할 것으로 판단됨


 


1P-해석법 상세 적용 기준 



img014001.gif
*
철근비와 축력비가 결정되기 전까지의 설계단계에서는 0.5 를 적용하되 철근비와 축력비가 결정된 이후의 설계단계에서는 항복유효강성(도표 또는 아래의 제안식 이용)을 적용(붙임#4 참조)


=(0.1612.0ρ+0.3 )Ig


ρ : 교각의 축방향 철근비


P : 축하중


fck : 콘크리트 설계기준 압축강도


Ag : 기둥의 총단면적

4. 결론



(1)
도로교 설계기준 등 관련기준을 검토한 결과 세장비가 100을 초과하는 세장한 장주에 대해서는 P-해석법을 적용하는 것이 타당하므로 세장비를 100이하로 낮추기 위해 단면을 과다하게 적용하는 것을 지양하고,


(2) P-해석시의 항목별 상세기준은 도로교 설계기준 등 관련기준에 동내용이 포함되기 전까지 잠정적으로 본 검토서를 적용함


(3) 적용방안


(3.1) 설계중인 노선부터 적용

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