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| 강합성교 설계 최적화 방안 | |||||
| 한국도로공사 | |||||
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1. 일반현황 (1) 국내의 강합성교량 설계는 강재재료비 상승에 따라 강재량을 최소화하려는 설계경향(대형부재 두께 축소, 소형부재 증가) (2) 소형부재 증가시 제작비가 증가됨에 따라 강재량과 제작비를 고려한 합리적인 강교 구조 최적화 방안을 검토코자 함 (2.1) 대형부재 : 플랜지, 복부판 (2.2)소형부재 : 종·횡리브, 보강재, 다이아프램 등 |
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| 공사 > 한국도로공사 | |||||
| 교량·구조물공 | |||||
| 건설일반 | |||||
| 시설물분류>운송 교통시설>교량시설>도로교;공종분류>토목공종>강구조물공사 | |||||
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2. 현황 및 문제점 2.1 강교 관련 그간 추진경위 (1) 개구제형 강합성교 적용 검토(2002) (1.1) 정모멘트구간 상부플랜지를 생략한 개단면 강합성교 형식 (2) 소수주형 판형교 적용검토(2003) (2.1) 후판과 고강도 강재 및 장지간 바닥판 적용을 통한 주형의 수와 보강재량 최소화 (3) 강도로교 설계 합리화 방안(2004) (3.1) 강교의 합리적인 설계를 위한 가이드라인 제시 (3.1.1) 강교의 단위 면적당 표준 중량 제안, 중량 약 5~10% 절감 (3.2) 부재별 제원 최적화 및 보강재 등 간격 및 개수 표준화 (3.2.1) 종방향 보강재 5개, 횡방향 보강재 간격 1.25m 등 (4) 강교제작 단가 조정 시행(2006) (4.1) 부재의 크기(대형, 소형), 용접방식에 따른 교량 특성 반영 (5) 교량구조용 압연강재(HSB) 적용 검토(2008) (5.1) 강교 설계시 HSB 500~600 적용 방안 제시 (5.2) 형고 0.2~0.3m 축소, 공사비 6~7% 절감 2.2 현 실태 및 문제점 2.2.1 현 실태 2.2.1.1 강교 보강재 설계 현황 (1) 보강재 명칭 및 구조적 역할  (2) 보강재 배치 현황  (2.1) 박스거더 폭 2400mm~2800mm 정도의 교량에 대한 조사결과 (3) 구간별 보강재 배치도  2.2.1.2 강교 제작비용 대비 강재 자재비 지속증가 (1) 자재비/제작비 비율 : 종래 64%에서 114% 수준  2.2.1.3 소형부재(보강재 등)의 비율이 증가할수록 강교 제작단가 증가 (1) 제작비 단가 구성 : 노무비 + 재료비 + 제경비 + 시공상세도 (1.1) 부재 종류(대형·소형) 및 용접길이와 연계하여 산정 (2) 소형부재 비율 증가시 대형부재에 비해 제작노무비 증가 (2.1) (철판공) 3.32배 증가, (용접공) 추가 발생 (3) 강교 공장 제작단가 구성 (2012년도)  (4) 강교 제작단가 산정(표준품셈)  2.2.2 문제점 (1) 『강도로교 설계 합리화』 (2004)에서 제시된 보강재 배치 간격의 일률적 적용으로 소형부재 및 용접장 증가에 따른 제작비 증가 (1.1) 부재별 제작 조건 현황(강도로교 설계 합리화 대상교량 분석)  (1.1.1) (대형부재) 상·하 플랜지 및 웹 (소형부재) 보강재, 가로보, Splice 등 (2) 강재량을 최소화하려는 설계경향 (2.1) 대형부재 두께를 최소화하여 강재량을 줄이려는 설계경향으로 상대적으로 보강재 비중 증가 (2.2) 보강재 등 소형부재 비중이 클수록 부재 제작 및 조립 단가 증가 (3) 바닥판 타설단계 발생응력 대비 허용응력 과다 (3.1) 일시적인 비합성 거동상태에서 압축플랜지 좌굴을 고려한 허용 응력이 압축응력에 비해 여유가 많으므로 보강재 수량 축소 가능  |
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3. 개선내용 3.1 개선방향  3.2 압축 플랜지 최소두께 및 가설중 허용응력 할증 검토 (1) 압축 플랜지 최소두께  (1.1) 상부 압축플랜지는 바닥판과 합성후에는 좌굴이 발생치 않으므로 가설시에만 일시적으로 압축응력을 받는 경우에 해당  (2) 가설중 허용응력 할증 적용
(2.1) 도로교 설계기준에 따라 가설시 하중에 대해서는 허용응력 증가  3.3 종방향 보강재 간격확대 및 플랜지 폭원 검토 (1) 종방향 보강재 소요 수량 검토 (1.1) 지간장 45~70m의 일반적인 강교에 발생되는 통상적인 응력범위 60Mpa~110Mpa를 만족하는 보강재 배치  (1.1.1) 일반적인 조건하에 종방향 보강재는 3개 배치가 적정 (2) 압축 플랜지 최적 폭원 산정 검토 (2.1) 웹 및 플랜지 두께가 일정한 상태에서 폭원 감소만큼 형고 증가시 단면2차모멘트는 약 15~30% 증가, 발생응력 약 5~20% 감소  (2.1.1) 하부통과 조건, 미관 및 보강재 개수 등을 고려하면 플랜지 폭원은 2,400mm 이하로 적용하는 것이 유리 3.4 기타 보강재 간격 및 전단연결재 배치 검토 (1) 횡방향 보강재 배치 검토 (1.1) 횡방향 보강재 간격 약 2.0~3.0m에서 소요강성, 단위m당 강재 중량 및 용접길이 최적화 (1.2) 횡방향 보강재와 다이아프램 간격이 일치될 경우 횡방향 보강재는 불필요하며 가장 경제적인 설계가 가능하나, 그 간의 설계실적 등을 고려하여 다이아프램 사이에 최소 1개소 배치  (2) 수직보강재 배치 검토 (2.1) 수직보강재 간격 확대에 따른 강중차이는 크지 않으나, 용접길이는 박스거더 단위 m당 약 30% 감소  (3) 전단연결재 배치 검토 (3.1) 전단연결재 배치 방식  (3.2) AASHTO LRFD(2010) 6.11.10-Shear Connectors에 따르면 플랜지 폭에 걸쳐 일정간격으로 배치 권장
3.5 경제성 비교 (1) 시험설계 결과 (1.1) 제작단가 평균 10% 절감, 강구조물 전체공사비 3~5% 절감  3.6 개선방안 3.6.1 적용대상 교량 (1) 경간장 35~70m 정도의 연속교 및 50m 이내 단경간 교량으로 가설중 상부 압축플랜지 응력범위 110Mpa 이하 (2) 상부 압축플랜지와 콘크리트 바닥판 전폭에 걸쳐 일체화된 경우 적용 3.6.2 상부 압축플랜지 최소두께 및 허용응력 할증 적용 (1) 가설시 일시적인 하중상태를 고려하여 적용 기준 완화  3.6.3 보강재 배치 개선  (1) 구조 해석결과 및 보강재 배치 연속성을 고려하여 플랜지 폭원, 두께, 보강재 수량 등 조정 후 최적 단면 선정 3.6.4 전단연결재 배치 (1) 전단력이 집중되는 웹상부에 약 60%내외, 플랜지 내부에 40% 정도 등간격 배치하며, 설계 최대ㆍ최소 간격 만족토록 배치 (2) 플랜지 전폭에 배치된 전단연결재 수량이 소요 수량 이상
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4. 결론 4.1 기대효과 (1) 제작비 절감에 따른 경제성 향상 (1.1) 강교 제작비 단가의 약 10% 축소 (1.2) 강구조물 전체 공사비의 약 3~5% 절감 (2) 보강재 축소에 따른 시공 및 유지관리 용이 (2.1) 부재 절단, 용접장 감소에 따라 시공성 향상 (2.2) 강교 도장 면적 감소 효과 (2.3) 용접에 의한 열변형, 잔류응력 발생 등 최소화 4.2 적용방안 (1) 공사중인 노선 (1.1) 강합성교량이 없는 공구에서 설계변경 등으로 강교신설이 발생되는 공구 : 공사시행부서 판단 후 적용 (2) 설계중인 노선 : 본 방침 적용 (3) 기타사항 (3.1) 한계상태설계법 확대적용 시까지 허용응력 설계법에 의해 설계하는 강합성 상자형교에 적용 (3.2) 한계상태설계법 확대적용 이후 동 형식의 교량 설계시 보강재 배치에 관한 기본 방향은 본 방침 적용
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