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회사 CERIC
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상세정보

▣ 구조 형태에 따른콘크리트 교량의 분류 및 특성

1. 철근 콘크리트교

1) SLAB교

① 균열 안전율이 비교적 크다.
② 장경간에는 사하중의 증가로 불리하며 단순경간의 경우 15m 이하에 적용된다.
③ 보 높이를 줄일 수 있어 橋高의 제약을 받는 곳에서 유리하다.
④ 거푸집이 간단하고 콘크리트 타설시 수평이음을 두지않고 끝낼 수 있으므로 시공이 비교적 용이하고 확실하다.

2) 중공 SLAB교

① 자중을 줄일 수 있어 단순경간일 경우 10 ~ 20m에 쓰인다.
② 중공관 주위가 취약할 수 있다.

3) T형교

① 자중이 SLAB교보다 적어 15 ~ 40에 쓰인다.
② 보가 병렬로 연결되어 있어 상호 처짐의 차이로 평탄성이 나빠질 수 있다.
③ 부의 모멘트에 불리하므로 연속교에는 적합치 않다.

2. PS 콘크리트교

1) I형교

① 교고가 비교적 높고 20 ~ 40m에 쓰인다.
② 주형에 강선을 도입하여 강성을 크게 하였으므로 주형 갯수를 줄일 수 있어 경제적이다.
③ 주형 및 상판 시공시 동바리가 필요없어 경제적이며 공기도 비교적 짧아 시공성이 좋다.
④ 다른 형식에 비해 거더가 높아 형하공간의 제한을 받는다

2) 박스 거더교

① 외형이 단순하고 미관이 양호하며 외면이 평탄한 관계로 유지관리가 용이하다.
② 거더교에 비해 긴 경간에 적용할 수 있으며 보높이를 낮게 할 수 있다.
③ 1개 박스 사용시는 하부공의 횡방향 크기를 줄일 수 있어 경제적이다.
④ 거푸집이 복잡해서 현장품이 많이 든다.

▣ TRUSS 교

주구조가 축방향인장 및 압축부재로 조합된 형식의 교량

일반 형교와 현수교의 중간경간에 사용되었으나 최근에는 사장교의 등장으로 많이 사용되지 않음.

1) 트러스교의 구성

① 주트러스 : 수직하중을 지지하고 그하중을 하부구조로 전달하는 역할. 현재(상하현재), 단주(경사, 수직단주), 복부재(수직재, 사재)로 구성
② 수평브레이싱 : 양측의 주트러스를 연결하여 횡하중에 저항하는 역할.
③ 수직 브레이싱 : 양측의 주트러스와 상부 수평브레이싱을 연결하는 것.
④ 바닥틀 : 횡형과 종형으로 구성되며 바닥판으로부터 전달되는 하중을 주트러스의 격점으로 전달.

2) 구조특성

① 부재의 모든 격점은 마찰이 없는 핀결합으로 가정하므로 부재력은 축방향력만 발생한다.
그러나, 실제는 리벳,볼트,용접 등 강결구조이므로 2차응력이 발생하나 그영향력은 미소하므로 무시할만함.
② 트러스교의 높이를 임의로 정할 수 있어 상당히 큰 휨모멘트에 저항할 수 있다.
③ 구성부재를 개별적으로 운반하여 현장에서 조립이 가능하다.
④ 트러스의 상하에 바닥판의 설치가 가능하므로 2층구조의 교량형식으로 사용할 수 있다.
⑤ 내풍성이 좋고 강성확보가 용이하여 장대교량의 보강형으로 적합하다.
⑥ 부재구성이 복잡하고 현장작업량이 많으므로 가설비가 비싸며 유지관리비가 고가임.

3) 적용경간

① 단순 트러스 : 60 ~ 100M
② 연속 트러스 : 70 ~ 200M
③ 게르버 트러스 : 90 ~ 200M

4) 종류

① PRATT TRUSS : 사재가 만재하중에 의하여 인장력을 받도록 배치한 트러스 상대적으로 부재길이가 짧은 수직재가 압축력을 받는 장점
지간 45 ~ 60m에 적용
② HOWE TRUSS : 사재 만재하중에 의하여 인장력을 받도록 배치한 트러스
③ WARREN TRUSS : 상로의 단지간에 사용. 지간 60m에 적용
④ PARKER TRUSS : 지간 55 ~ 110m에 적용
⑤ BALTIMORE TRUSS : 분격트러스의 일종. 지간 90m이상에 적용
⑥ K - TRUSS : 외관이 좋지 않으므로 주트러스에는 사용않함. 2차응력이 작은 이점이 있다. 지간 90m이상에 적용

5) 구조해석상의 기본가정

① 부재의 양단은 마찰없는 핀으로 연결
② 하중 및 반력은 트러스의 평면에 있고 격점에만 적용
③ 부재는 직선이며 중심축은 격점에서 만난다
④ 하중으로 인한 트러스의 변형 무시

6) 트러스의 교번응력

① 정의- 한부재의 전부재력이 인장력도 될수 있고 압축력도 되는 현상을 응력교체(應力交替, stress reversal) 이라 하고, 이때의 응력을 교번응력(交番應力)이라 한다. Truss의 중앙격간 부근에 있는 사재(斜材)일수록 應力交替의 가능성이 크다.
② 설계방법
a. 소요단면적 - 각 응력에 대해서 소요단면적을 구하고 큰쪽의 단면적을 사용해야 하며 압축응력에 대한 좌굴강도의 검토도 해야한다.
b. 상반응력 부재 - 활하중에 의해서 발생한 활하중응력이 사하중응력과 부호가 반대가되는 경우
③ 결론
과거에는 일반적으로 사재가 압축응력을 받지 않는다고 가정했기 때문에 응력교체가 일어나는 구간에서는 사재와 교차되는 새로운 사재 즉 대재(對材)를 설치하였다.
그러나 오늘날 대부분의 교량 트러스에서는 교번응력을 동시에 견디도록 설계되어 있으며 對材를 두지 않는다.

7) 트러스의 2차응력

① 원인

a. 격점에서 거세트 플레이트에 의해 부재를 강접
b. 부재의 중심에 대해 축방향력이 편심하여 작용
c. 부재의 자중에 의한 영향
d. 횡연결재의 변형에 의한 영향

② 최소화 방안

a. 부재의 세장비 또는 높이, 길이의 비 h/L가 적당한 범위에 들어오도록 한다.
( 시방서 규정사항: h / L < 1 / 10 )
b. 거세트 플레이트를 가능한한 Compact하게 한다.
c. 부재의 폭을 작게 한다.

▣ ARCH 교

교량의 주체를 아치구조로 하여 지점을 이동하지 못하도록 만든 교량이다. 수평반력에 의해 ARCH RIB에 휨모멘트를 감소시켜 단면을 결정하게 되는 주요인을 축방향 압축력이 되게 만든 구조이다.
아치교는 장대교에 주로 사용되며 교령이나 미관이 좋아서 단경간 교량에도 사용됨.
이러한 아치의 분류 방법에는 구조계, 아치리브, 통행로 위치, 형식별 분류등으로 나눌 수 있는데 일반적으로 구조계 및 형식별 분류로 아치를 구분한다.

1) 구조계(힌지수)에 의한 분류

(1) 고정아치교 (3차 부정정)
지점에서 수평반력외에 고정모멘트가 크게 발생하여 강성이 큰 지반에 적합.
다른 구조에 비해 처짐이 작으나 장지간 채택시 처짐에 의한 부가응력이 크므로 신중한 검토 필요

(2) 1힌지아치교 (2차 부정정)

(3) 2힌지아치교 (1차 부정정)
가장 많이 쓰이는 형식. 지간 180 ~ 270m에 적용

(4) 3힌지아치교 (정정)
바닥틀구조의 교장방향 탄성곡선이 정부힌지의 위치에서 침하하므로 고속도로 및 철도교와 같이 큰 충격이 발생하는 곳에서는 사용곤란. 지간 180m 이내에 적용

2) 형식별 분류

(1) TIED ARCH교 (외적 정정, 내적 1차 부정정)
아치의 양단을 Tie로 연결하여 1단 고정단 타단 가동단으로 지지하여 수평반력을 Tie로 받게 한 형식. 아치Rib에는 모멘트 및 축력 작용, Tie에는 축력만 작용

【장단점】
① 지점에서 일어나는 수평반력을 Tie가 받으므로 지점 수평반력 안생김.
② 외적으로 정정구조이므로 반력은 단순보로 해석.
③ 지반상태가 양호하지 않은 곳에서 채택가능.
④ 가설시 어려움으로 비경제적

(2) LANGER교 (1차 부정정)

LANGER교는 비교적 가는 ARCH부재와 보강형을 수직재(평형재)로 힌지연결하여 ARCH부재는 압축력만 받게하고, 휨모멘트와 전단력은 별도 설치한 보강형(형 또는 트러스)이 받게한 형식.
지간장 80 ~ 200m에 적용. 동작대교 전철교

【장단점】

① 아치Rib는 압축력만 받고 보강형이 휨모멘트 및 전단력을 받으므로 경제적.
② 아치Rib의 강성이 작으므로 설계시 주의 요함.
③ 내적으로는 부정정구조임.
④ 미관이 좋고 교량전체의 중심이 낮다.

(3) LOHSE교 (고차 부정정)

LANGER교의 아치단면을 크게 하고 접합점을 강결로 하여 아치부재도 휨모멘트, 전단력을 부담할 수 있게 한 구조.

【장단점】

① 아치Rib와 보강형의 강성이 같으므로 모멘트 분배를 효과적으로 할 수 있기 때문에 구조적으로 안정감이 있다.
② 상, 하현재의 구조가 동일하므로 연결부 설계용이
③ 아치Rib와 보강형의 강성이 크므로 수직재(Tie)의 간격을 Langer교에 비해 넓게 배치 가능함.
④ 비경제적임

(4) BALANCED ARCH교
교량이 3경간일때 중앙경간을 아치로 설치하고 측경간에 캔틸레바를 연장해서 그 선단과 교대 사이에 형 또는 트러스를 설치하여 만든 교량.

(5) NIELSEN ARCH교
로제교의 일종으로 아치부재 및 아치부재와 보강형을 연결하는 로프나 봉강을 경사지게 배치하여 트러스와 같이 강성을 향상시킨 형식. 서강대교

▣ 합성형교

1. 합성형교의 유형

합성형이라는 것은 강형과 철근콘크리트 바닥판이 일체로 거동하도록 강형의 플랜지와 철근콘크리트 바닥판을 전단연결재로 합성시킨 거더를 말한다. 합성형은 강재와 콘크리트의 서로 다른 재료의 강점을 최대로 이용할 수 있도록 합성하였으며, 비합성형에 비해 강성이 높고 강형의 중량을 줄일 수 있어 경제적이기 때문에 널리 사용된다.

1) 활하중 합성형(반합성형)
강형을 지점에서만 지지한 상태로 바닥판 콘크리트를 타설하는 방법으로 사하중에 대해서는 강형만이 지지하며, 바닥판 경화 후 추가되는 사하중 및 활하중에 대해서는 합성형으로 작용한다.

2) 사하중 및 활하중 합성형(전합성형)
바닥판 콘크리트가 경화하여 강형과 합성작용을 할때까지 강형을 지보공으로 지지하여 거더에 변형이 발생하지 않도록 제작하는 합성형이다.

3) 프리스트레스 연속합성형
연속보의 중간지점에 발생하는 부모멘트에 의한 콘크리트 바닥판의 균열을 방지하기 위해 지점부 바닥판에 미리 압축력을 도입시키는 합성형이다.

4) 프리플렉스 합성형
Preflex 합성형은 강형을 이용한 철골 철근콘크리트 구조로서 하부플랜지를 구성하는 콘크리트 부분에 작용하중에 의한 인장응력이 발생하지 않도록 제작시 프리플랙션기법에 의해 압축응력을 도입한 프리플랙스형과 현장타설 콘크리트 바닥판을 서로 합성시킨 합성형이다. 25~45m 지간교량에 적용되며 강형이 콘크리트로 보호되어 있어 유지관리에 유리하다.

2. 합성형의 장단점

1) 장점
① 콘크리트 슬래브의 거의 전부를 압축 상태로 이용할 수 있다.
② 강구조 보다 많은 부분의 강이 인장상태에 있게 된다.
③ 동일한 하중과 경간에서 필요한 강의 하중을 훨씬 줄일 수 있다.
④ 비합성에 비해 강도가 훨씬 크며 처짐은 작다.
⑤ 초과 하중을 받을 수 있는 능력이 크다.
⑥ 형고가 낮아 경쾌하고 수려한 구조가 된다.
⑦ 형고가 낮아 耐火費用이 필요한 경우 줄일 수 있다.

2) 단점
① 전단 연결재의 설치 및 가설에 비용이 든다.
② 세밀한 시공을 요한다.
③ 설계시 합성단면 취급이 보다 어렵다.

3. 연속 합성형교 지점부 부모멘트 처리방법

1) PS를 도입하는 방법
① Preloading을 주는 방법 - 지점에 인장력을 유발하기 위해 하중을 미리 재하한후 콘크리트를 타설하고 콘크리트가 경화한 후 하중을 제거하여 PS를 도입하는 방법
② 지점의 上昇, 下降방법 - 지점을 상승시켜 콘크리트를 타설한 후 지점을 하강시켜 콘크리트에 PS를 도입하는 방법
③ PS강선·강봉을 이용하는 방법 - 지점부근의 콘크리트에 직접 PS를 加하는 방법

2) PS를 도입하지 않는 방법
① 연속 합성형 - 전단연결재를 전길이에 걸쳐 배치하고 인장력을 받는 바닥판에서 콘크리트 단면을 무시하고 교축방향 철근과 주형의 합성단면으로 설계하는 방법
② 단속 합성형 - 중앙지점 부근의 전단연결재를 생략함으로서 지점부근에서 비합성 단면이되게 하는 방법이다.
③ 탄성합성형 - 지점상 Girder가 자유롭게 변경할 수 있도록 탄성재료를 사용한 탄성재료층을 설치하고 콘크리트를 타설, 슬래브가 탄성적으로 거동하게한다.

3) 결론

PS를 도입하는 방법은 설계, 시공상의 어려움이 있고 PS를 도입하지 않는 방법은 지점부 콘크리트 균 열에 대한 방수층 설치, 전단연결재 설치 등의 단점이 있으나 응력 관리나 설계시 복잡성이 없고 연속형이 갖는 주행성, 경제성, 시공성 등의 장점을 갖춰 보다 실용적이라 할 수 있다.

▣ 교량의 파손원인 과 보수대책

1. 서 론

해마다 수많은 교량이 건설되고 있고 많은 수의 교량이 여러 가지 원인으로 파손되고 있다.
이러한 교량들은 산업화와 더불어 중차량의 주행이 해마다 늘고 있어 교량파손이 가속화되고 있는 추세임.

2. 주요 파손원인

1) 설계요인
① 설계하중, 사용재료 및 허용응력에 대한 설계기준 적용 잘못.
② 구조해석상의 오류
③ 최소두께, 배력철근, 부착등 구조세목 검토 부족
④ 연속형교의 지점부 응력검토 미숙
⑤ 장래 교통량 예측에 대한 설계미숙
⑥ 재료의 피로상태를 고려치 못한 설계

2) 시공요인
① 불량한 재료 사용에 의한 강도부족
② 시공불량에 의한 품질저하
③ 공기단축을 위한 무리한 시공
④ 거푸집 초기처짐 및 콘크리트 양생 불충분등 시공관리 소홀
⑤ 교량 부속시설(받침, 신축장치)의 조잡한 시공으로 인한 작동 불능

3) 외적요인
① 차량의 증가 및 대형화
② 형하공간이 낮아 차량충돌에 의한 파손
③ 화학적 작용(해수, 폐수, 제설제등)
④ 반복하중에 의한 재료의 피로
⑤ 근접공사 시공의 영향

4) 유지보수요인
① 아스팔트 덧씌우기로 인한 과다하중 작용
② 방수, 교량 부속시설의 유지보수 지연
③ 중차량의 교통제한에 대한 미비

3. 각 부분별 파손원인

1) 콘크리트 상판

① 상판누수 (건조수축, 온도균열, 충격균열등으로 인한 누수)
② 겨울철 결빙방지를 위한 화학물질(염화칼슘)이나 마찰력을 높이기 위한 모래과다 사용.
③ 철근피복두께 부족

2) 강상판

① 유지보수가 적절치 못하는 경우
② 반복하중에 의한 용접부 피로파괴 및 볼트풀림
③ 동결방지제, 매연, 누수 등에 의한 강재부식

3) 신축장치

① 유간거리가 너무 좁은 경우 - 부서짐, 연결부 좌굴
② 유간거리가 너무 넓은 경우 - 쪼개짐 (Spalling)
③ 돌이나 기타물질이 끼일 때 - 응력집중, 상판균열, 쪼개짐
④ 불량 신축장치 사용

4) 콘크리트 주형

① W/C ratio가 높은 콘크리트 사용
② 부적절한 골재사용으로 인한 콘크리트 품질불량
③ 시공결함
④ 부적절한 설계

5) 강 주형

① 반복하중에 의한 용접부 피로파괴 및 볼트풀림
② 방식불량으로 인한 강재 및 연결부 부식
③ 시공 또는 설계결함으로 편심발생시 국부좌굴로 인안 파손
④ 용접부 응력집중
⑤ 연결부 (용접,볼트) 부실시공

6) 교좌장치

① 상판의 신축장치가 제기능을 발휘하지 못할때
② 온도변화, 지점침하가 발생했을 때
③ 주형이 정확하게 일치하지 않을 때
④ 과대한 횡방향력이 발생할 경우 (지진시 허용수평력 고려)
⑤ 불량한 교좌장치 설치

7) 난간 및 방호책

① 차량 충돌
② 신.구콘크리트에 의한 크리프, 건조수축차에 의한 균열발생

4. 콘크리트 교량의 보수·보강대책

1) 보수

손상된 부위를 고쳐서 원래의 기능을 회복시키는 작업
① 주입 공법
균열부에 에폭시계 수지를 주입하여 보수하는 방법
② 퍼티(putty) 공법
콘크리트 표면에 박리 및 열화등의 결함이 생긴 경우에 결함부 주위를 내부의 건전한 콘크리트와 같은 정도의 강도가 얻어지는 부분까지 제거하고 퍼티용 에폭시계 수지를 채워 내부 콘크리트를 방호 하고 철근의 부식을 방지할 목적으로 실시하는 보수공법

2) 보강

현상태의 손상진행 방지는 물론 구조적 내하력 및 지지력을 현상태 이상으로 향상시키는 것을 목적으로 실시하는 작업

① 강판접착방법
콘크리트 상판의 전체적인 강성이 떨어질 때 상판인장부에 접착제나 앵커볼트 등을 사용하여 강판을 접착시켜 강성을 증가시키는 방법 · 교통소통에 지장을 주지 않음 · 보수후 철근량 증가효과와 콘크리트 손상 및 철근부식 방지효과가 있음

cf) 상판 보강방법

a. F.R.P 부착방법 - 강판접착 대신 F.R.P층을 접착시키는 방법
F.R.P는 강판에 비해 탄성계수가 적고 효과도 한정된다는 단점이 있으나, 방수효과와 내화학성이 좋으므로 콘크리트 손상방지 및 철근부식방지에 효과가 있음

b. Shotcrete 방법 - 상판 인장부에 철근을 부착하고 모르타르를 분사하여 상판과 일체화 시키는 방법으로 부족한 철근량을 보충하고 내하력을 기대할 수 있음.

② 보의 증설방법

보를 증설하여 내하력을 크게 하는 공법
· 기존보와의 일체화 시공이 어려워 잘 사용안함

③ 기둥의 증설방법
기존 보의 처짐이 크게 되고 균열발생시 교대 또는 교각사이에 기둥을 증설하는 방법

④ 콘크리트 또는 강재를 이용한 단면확대 방법
기존보와 밀착시켜 콘크리트를 타설하여 단면을 크게 한다든가 강주형을 증설하여 기존단면과 합성 시켜서 내하력을 증가시키는 방법

⑤ PRESTRESS도입 방법
PC강재를 사용하여 주형에 Prestress를 도입, 인장응력을 감소시켜 균열을 축소할 뿐만 아니라 압축력을 주어 내하력을 증대시키는 방법

5. 강교의 보강대책

1) 거더교의 보강

① 거더교의 플랜지단면에 Cover plate 부착
② 기존거더에 인접하여 거더를 신설 병렬배치하고 브레이싱으로 연결시켜 하중을 분담
③ 콘크리트 슬래브 철거하고 강슬래브로 대체시켜 사하중 경감
④ 외부 포스트텐션 보강법으로 내하력 증대

2) 트러스의 보강

① 분격점 및 대재를 사용하는 방법
② 부재단면을 증가시켜 보강하는 방법

▣ 교량의 가설공법

1. 강교의 가설공법

1) 동바리 공법
거더하부에 상부구조를 지지하는 가교각을 설치하여 거더를 직접지지하며 교량을 완성시키는 공법
· 가설 및 관리가 용이하고 특수한 설비가 불필요
· 거더를 무응력상태로 가설

2) 케이블식 공법
양교대 또는 교각위 철탑을 세워 그사이에 케이블을 설치하고 로프를 내려 가설하는 공법
· 수심이 깊은 하천이나 가교각을 설치할 수 없는 곳에 적용
· 가설비가 많이 들고 작업이 어려뤄 공기가 길다

3) 송출공법
가설지점 인근에서 거더를 조립한 다음 거더의 휨저항력을 이용 밀어내어 가설하는 공법
· 가교각을 세울 수 없거나 비경제적일 경우에 유리
· 가설중 복부판의 국부좌굴에 유의

4) 캔틸레버공법
가설이 완료된 인접거더를 균형유지용으로 이용하여 캔틸레버식으로 가설하는 공법
· 교하공간의 이용 제한시 유리

5) 대블럭공법
일체로 조립한 거더를 대형 운반·가설장비를 이용하여 일괄적으로 가설하는 공법
· 공기단축이 가능하고 내풍 내진에 대한 안전성이 높다

6) 가설용 트러스를 이용한 공법
가설용 트러스를 이용 거더를 지지, 가설하는 공법
· 교하공간의 이용에 제약을 받는 도심지 고가교량에 사용

2. 콘크리트교의 가설공법

구 분

캔틸레버 공법

압 출 공 법

이동지보공 공법

동바리 공법

1. 직접 공사

물량

중앙접속부에서 캔틸레버에 의한 과대한 부모멘트가 생기므로 추가 프리스트레싱 및 단면 필요가설시 생기는 부모멘트를 처리하기 위한 추가 프리스트레싱이 필요
수심이 깊은곳, 동바리 필요

지면에 접한곳, 이동식 지보공 가능

설치높이가 20M 이상이며 동바리를 500M이상 필요시 비경제적임
2. 가설 공사






-고가
-거푸집 운반차
(Form Traveller)
2개조 이상 필요
-가설고정 장치필요



-저렴
-일반적으로 ½~⅓ 지간장의 철제거푸집을 교대뒤 조립장에서 제작하여 사용
-일체의 동바리가 불필요 -Nose, 추진장비, 가설 받침부 필요
-1개 지간장의 이동 거푸집과 그 양측의 추진코 및 교각에 붙은 가설 받침대가 필요
-교장이 긴 경우에 경제적

-저렴
-경간의 변화 및 선형이나 폭원에 대한 제한 없음 -소교량 적합



3. 적용 지간장

80 ~ 200 m

30 ~ 60 m

40 ~ 70 m

20 ~ 60 m

4. 최적 교장

길수록 졍제적

200 ~ 600

길수록 경제적

100 ~ 500

5. 상부 시공속도

1分節 1주 소요

경간당 3~4주 소요

경간당 2~3주 소요

경간당 2~3주 소요

6. 특징







-교각 위로부터 거푸집 운반차를 사용하여 1SEG씩 콘크리트 타설 및 프리스트레스 도입

-동바리공이 불가능 시, 수심이 깊거나 깊은 계곡 적용

- 제작장에서 한분절씩 제작한 후 압출잭을 사용 밀어냄

-추진시 캔틸레버 모멘트를 줄이기 위해 Nose사용

-계곡 도로 철도

횡단 등 지보 공법 이 어려운곳 사용

-거푸집 자체를 이동하면서 한지간씩 콘크리트 타설 및 프리스트레스 도입

-보통 지간의 1/5지점에서 시공이음 설치(모멘트 최소)

-주로 교각위에 브라켓을설치 그위를이동

-전구간 지보공 설치시공으로 확실한시공

-PCBOX 단면 포물 선 가능

-지반 연약한곳 Pile 시공

-소교량에 사용

7. 국내 시공

실적

-원효대교 (L=1470, B=20)

-상진교

-청풍교

-금곡천교
-황산대교
-하번2교
-미호천 2,3교
-의암교
-노량대교 (L=1350,B=21.4)

-강변1교 (L=1000, B=11)

-올림픽대교 (L=1440, B=30)

-공주대교

-영동 1, 7, 5, 6 교

-청담교

 

▣ 신축장치

교량의 신축장치는 대기 온도변화에 의한 교량 상부구조의 수축과 팽창, 콘크리트의 재령에 의한 CREEP, 건조수축 및 활하중에 의한 이동과 회전등의 변위 및 변형을 원할하게 하여 2차응력을 줄이고 교면의 평탄성을 유지시켜 주는 장치를 말한다. 교면수와 오물이 교량 하부구조로 흘러들어가는 것을 방지하여 콘크리트가 부식되지 않도록 하는 기능도 갖추어야 한다

1) 신축장치 선정의 기본사항
① 상부구조의 온도변화에 의한 신축에 적응
② 교량 처짐변화에 의한 변위에 적응
③ 교면의 평탄성 유지
④ 교체와 일체로하여 강성이 크고 내구성이 큰 구조
⑤ 방수 및 배수가 양호한 구조
⑥ 구조가 간단하고 시공이 쉬우며 유지보수가 용이한 구조

2) 신축장치의 종류

맞댐식 --- 맹 Joint 형식 : 맹 Joint, 절삭 Joint
맞댐 선시공 형식 : 줄눈판 Joint, 앵글 보강 Joint
맞댐 후시공 형식 : Cut-off Joint, Coupling Joint, Rubber Top Joint
지승식 --- 고무 Joint 형식 : 샌드위치 Joint
강재 형식 : 강핑거 Joint
특수형식 : 데마그식 Joint

▣ 교좌장치

교좌장치는 상부구조의 하중을 하부구조에 전달하는 장치로서, 온도변화나 탄성변형에 의한 상부구조의 신축 및 처짐등의 변위, 변형에 대해서 충실히 작동해야 하고, 지진력, 풍하중과 같은 횡하중에 대해서도 작용하중을 하부구조에 전달하기 위해 안전해야 한다.

교량받침은 구조물을 안전하게 유지하기 위해 교량 의 내용년수와 동등한 내구성을 필요로 한다. 받침은 상부구조의 형식, 지간길이, 지점반력, 내구성, 시공성에 의해 그 형식과 배치등이 결정되며 특히 곡선교나 사교등에서는 지점반력의 작용기구, 신축과 회전방향등을 고려하여 받침형식과 배치를 결정해야 한다.

1) 기본기능

① 전달기능 --- 상부구조에 작용하는 하중을 하부구조에 확실하게 전달하는 것.
② 신축기능 --- 상부구조의 하중재하, 온도변화, 크리이프, 건조수축등에 의해 발생하는 신축과 지진시 상하부의 상대변위를 원할하게 흡수하는 것. 신축기능을 갖는 받침을 가동받침이라 하고 갖지 않은 받침은 고정받침이라 함.
③ 회전기능 --- 하중재하에 의한 상부구조의 휨등 상하부공 지점에서의 회전변위를 원할하게 흡수하는것

2) 종류

① 구조상 분류 --- 고정받침, 가동받침
② 형태상 분류 --- 평면받침, 선받침, PIN받침, PIVOT받침, ROLLER받침, ROCKER받침, 고무받침

▣ 2차 응력

일반적으로 교량의 구조에 있어서는 각종의 원인에 의해 다소의 2차 응력이 발생한다.

그 주요 원인으로는
- 부재의 편심
- 격점의 강성
- 단면의 급변
- 가로보의 처짐
- 부재길이의 변화에 의한 바닥틀의 변형
- 자중에 의한 부재의 처짐
- 가동단의 마찰, 지점침하, 온도변화 등을 들 수 있다.

따라서 2차응력을 최소화하기 위해서는

1. 단면의 구성에 있어서 단면의 도심이 되도록 단면의 중심과 일치하고 또 골조선과 일치하도록 한다.
2. 격점의 강성이 격점에 모이는 각 부재에 비해 너무 크지않게 한다.
3. 가로보의 처짐을 적게해 주형면의 변형을 최소화 한다.
4. 세로보의 일부에 신축장치를 설치하여 바닥틀의 변형을 방지한다. ( 타이드 아치 )
5. 폭에 비해 높이를 가급적 크게한다. 다만 높이가 너무 크면 격점의 강성 증가로 2차응력이 다시 발생하니 이에 유의해야 한다.

▣ 콘크리트의 균열원인

콘크리트 구조물에서 발생하는 균열은 심각한 문제를 유발할 수도 있고, 구조물의 외관을 손상시킨다.
균열의 발생원인은 크게 구조적·비구조적 요인 과 경화전·경화후 요인으로 나누는데 일반적으로 구조물에 작용하는 하중과 체적변화의 구속등에 의하여 인장응력 발생으로 시작된다.

1. 경화전 균열

1) 소성 수축균열
콘크리트가 타설된 후 슬래브나 판에서 처럼 갑자기 낮은 습도의 대기나 바람에 노출됨으로써 일어나는 균열. 노출된 표면에서 수분증발이 콘크리트의 블리이딩보다 빠르게 일어날 경우 발생하므로 표면의 수분증발을 막아 방지.

2) 침하균열
콘크리트를 타설하고 다짐한 후에도 콘크리트는 계속하여 압밀하는데 이러한 압밀은 균열을 유발한다
철근직경이 클수록, 슬럼프가 클수록, Cover가 작을수록 침하균열을 증가시킨다.
방지대책) 거푸집의 정확한 설계, 충분한 다짐, 슬럼프의 최소화등

2. 경화후 균열

1) 건조수축으로 인한 균열
콘크리트가 건조하기 시작하면 건조된 외부는 수축하려고 하나 내부의 구속으로 인해 인장응력이 발생 균열을 일으키는 현상으로 단위수량이 클수록 크게 발생. 방지대책) 수축Joint 설치, 철근배치

2) 열응력으로 인한 균열
콘크리트의 수화작용이나 대기의 온도변화로 인해 콘크리트에 부등의 체적변화가 생겨 균열 발생.
방지대책) 내부 온도증가 억제

3) 화학적 반응으로 인한 균열
알카리-실리카 반응이나, 알카리-탄소골재 반응으로 인해 발생
방지대책) 저알카리 시멘트 및 포졸란 사용

4) 자연의 기상작용으로 인한 균열
동결융해, 온도의 상승하강, 구조물이 젖었다가 말랐다가 하는 것등으로 인해 발생

5) 철근의 부식으로 인한 균열
철근의 부식으로 인해 발생되는 체적 변화로 유발. 방지대책) Cover증가

6) 시공불량으로 인한 균열

Workability를 증가시키기 위해 물을 추가한 경우, 거푸집이 제대로 지지못하는 경우, 충분치 못한 양생, 응력집중되는 곳에 시공 Joint 설치등
방지대책) 시공 및 품질관리

7) 시공시의 초과하중
프리캐스트 부재의 운반 설치시에 예상치 못한 하중이나 충격, 재료의 과적, 건설장비의 가동등의 건설시 하중으로 발생

8) 설계 잘못으로 인한 균열
철근의 상세오류, 응력집중부에 대한 검토 누락, 기초의 설계오류

9) 사용하중으로 인한 균열

3. 균열의 검사

1) 육안검사 : 균열폭 측정기
2) 비파괴검사 : 콘크리트 구조물의 기능에 손상을 주지 않고 균열의 위치 찾는 방법. 초음파
3) 코아검사

4. 보수방법

1) Epoxy주입 : 0.05mm 정도의 균열폭에 사용. 균열을 따라 적당한 간격으로 구멍을 뚫고 Epoxy주입.
2) 봉합법 : 발생된 균열이 멈추어 있거나 구조적으로 중요치 않은 경우에 적합. 균열에 봉합재(Sealant)를 주입 보수한다.
3) 짜집기 방법 : 균열의 양측에 구멍을 뚫고 철쇠를 박아 넣는 방법
4) 보강철근 이용방법 : 교량의 거더등의 균열에서 구멍을 뚫고 Epoxy를 주입하며 철근을 끼워 넣어 보강하는 방법
5) 드라이 팻팅 : 물-시멘트비가 아주 작은 몰탈을 손으로 채워 넣는 방법.
6) Grouting방법 : 폭이 넓은 균열에 사용
7) Polymer침투법 : Monomer systems을 콘크리트에 주입 내부 공극을 채우는 방법.
8) Overlay 보수방법 : 건조수축등에 의한 미세균열에 사용

▣ SHEAR LAG 현상

강교가 얇은 부재로 구성된 경우 그림에 표시한 것처럼 π형 단면형의 데크 플레이트의 수직응력분포 σx(y)는 초등보이론에 의한 결과와 같이 일정하지 않고 y축 방향으로 변화된다. 그리고 데크 플레이트와 복판과의 결합점에 대한 수직응력이 최대가 되며 보이론에 의한 값보다 크게된다. 이와 같은 현상은 데크 플레이트의 양쪽 끝에 복부의 전단력이 전달될 때 얇은 판으로 구성된 데크 플레이트의 전단강성이 무한대가 아니기 때문에 일어나는 현상으로 전단지연(Shear Lag)의 현상이라 부른다.

▣ 컨코던트 긴장재( CONCORDANT CABLE )

1) 긴장재의 직선이동( LINEAR TRANSFORMATION )
긴장재 도심선을 지간내에서 그 형상을 변화시키는 일이 없이 한쪽 끝을 중심으로 회전시키는 것을 긴장재의 직선이동이라 한다.

2) 직선이동의 법칙( LAW OF TRANSFORMATION )
긴장재의 직선이동에 따라 긴장재의 배치가 달라지면 Prestressing에 의한 지점반력이 달라지고 1차모멘트 및 2차모멘트도 달라지지만 두모멘트의 합계인 총모멘트(1,2차 합성모멘트) 변하지 않는다. 그러므로 압력선은 동일 위치에 있게된다.

이와같이 연속보의 중간지점위에서 긴장재를 직선운동시켜 편심량을 변화시켜도 콘크리트에 일어나는 PS는 변하지않는다.
이것을 긴장재 배치의 직선이동의 법칙이라하며 1945년 Guyon이 제시한 것이다.

3) 컨코던트 긴장재( CONCORDANT CABLE )

연속보의 중간지점에서 직선이동의 법칙에 따라 편심량을 무수히 변화시켜도 압력선(C선)은 변화하지 않는데 이 압력선과 긴장재의 도심선을 일치시키면 중간지점에서 반력도 일어나지 않고 2차모멘트도 발생하지 않는다. 이러한 긴장재를 컨코던트 긴장재( CONCORDANT CABLE )라 한다.

컨코던트 긴장재를 얻으려면 연속보에 임의의 하중이 작용할때 일어나는 휨모멘트도와 닮은 꼴이 되도록 PC강재를 배치하되, 가장 경제적인 설계는 일반적으로 PC강재의 도심을 지점에서는 될수있는대로 높게 하고, 지간중앙 근처에서는 될수있는대로 낮게하는 것이다.

▣ 폴리머 콘크리트(Polymer Concrete)

1. 정의

건설재료로써 대표적으로 사용되고 있는 포틀랜드 시멘트 콘크리트는 경제성 및 구조특성상의 장점을 가지고 있으나 결합체가 시멘트 수화물이기 때문에 늦은 경화, 작은 인장강도, 큰 건조수축, 내약품성 취약 등 의 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 개선하기 위하여 콘크리트 제조시에 사용하는 결합재의 일부 또는 전부를 고분자 화학구조를 가지는 폴리머로 대체시켜 제조한 콘크리트를 총칭하여 폴리머 콘크리트 혹은 콘크리트 폴리머 복합체(Concrete Polymer Composite)라고 한다. 폴리머 콘크리트는 제조방법에 따라 폴리머 시멘트 콘크리트, 폴리머 콘크리트, 폴리머 함침 콘크리트로 분류할 수 있다.

2. 폴리머 콘크리트의 종류 및 용도

(1) 폴리머 시멘트 콘크리트(PCC : Polymer Cement Concrete)

일반 시멘트 콘크리트의 혼합시에 수용성 또는 분산형 폴리머를 병행·투입하여 만들어지는 콘크리트로 콘크리트의 경화과정에 폴리머 반응이 진행되며, 사용 폴리머에 따라 외부에서 열을 가하여 경화를 촉진하기도 한다. PCC는 접착성과 내구적 특성을 많이 요구하는 부분, 즉 교량상판 덧씌우기, 바닥 미장재, 콘크리트 팻칭재료 등으로 많이 사용되고 있다.

(2) 폴리머 콘크리트(PC : Polymer Concrete)

결합재로서 시멘트를 사용하지 않고 폴리머만을 골재와 결합하여 콘크리트를 제조한 것으로서, 휨강도, 압축강도, 인장강도가 현저하게 개선 향상되며, 조기에 고강도를 발현하기 때문에 단면의 축소에 따른 경량화가 가능하며, 마모저항, 충격저항, 내약품성, 동결융해 저항성, 내부식성 등 강도특성과 내구성이 우수하기 때문에 구조물에 다양하게 이용되고 있다. 폴리머 시멘트 몰탈은 종래의 시멘트계 미장마감제 보다 내구성이 우수하고 특히 보수재로서 성능과 가격의 균형이 좋기 때문에 수요가 증가하고 있다.

또한 우수한 특성을 이용하여 맨홀, FRP 복합관 및 패널, 고강도 파일, 인조대리석 등의 공장(프리캐스트)제품과 댐방수로의 복공, 수력발전소 감세공의 복공, 온천지 건물의 기초 등 현장타설공사에 사용되고 있다.

(3) 폴리머 함침 콘크리트(PIC : Polymer Impregnated Concrete)

경화 콘크리트의 성질을 개선할 목적으로 콘크리트 부재에 폴리머를 침투시켜 제조된 콘크리트이다.
PIC는 함침시킬 부재를 건조시켜 폴리머가 침투될 공간을 형성한 후 시멘트 콘크리트 공극에 폴리머를 가압, 감압 및 중력으로 침투시키는 방법이 사용되며, 폴리머 함침정도에 따라 완전함침, 부분함침으로 분류된다. PIC는 마모저항성, 포장재료의 성능개선, 프리스트레스트 콘크리트의 내구성 개선 등에 유리하며, 주요 용도로는 기존 콘크리트 구조물 표면의 경화, 강도, 수밀성, 내약품성과 중성화에 대한 저항성 및 내마모성 등의 향상을 도모할 목적으로 고속도로의 포장과 댐의 보수공사 및 지붕슬래브의 방수공사 등에 활용이 되고 있다.

3. 폴리머 콘크리트의 특징

(1) 조기에 고강도(암축강도 800∼1000 kg/cm2)를 나타내 부재 단면을 작게 할 수 있어 경량화가 가능하다.
(2) 탄성계수는 일반 시멘트 콘크리트보다 약간 작으며 크리프는 폴리머 결합재의 종류 및 양과 온도에 따라 다르나 일반 시멘트 콘크리트와 큰 차이는 없다.
(3) 水密性과 氣密性 면에서 거의 완전한 구조이므로 흡수 및 투수에 대한 저항성과 기체의 투과에 대한 저항성이 우수하다.
(4) 폴리머 결합재의 높은 접착성 때문에 시멘트 콘크리트, 타일, 금속, 목재, 벽돌 등 각종 건설재료와의 접착이 용이하다.
(5) 내약품성, 내마모성, 내충격성 및 전기절연성이 양호하다.
(6) 가연성인 폴리머 결합재를 함유하기 때문에 난연성 및 내구성은 불량하다.

▣ 교량의 유지관리

1. 개 요

교량의 유지관리는 공용중에 있는 교량을 사용목적과 기능에 지장이 없도록 유지, 보존하기 위하여 실시하는 것으로 최근 열화손상된 교량이 급증함에 따라 안전진단, 점검 및 보수, 보강 등 유지관리에 대한 관심이 높아지고 있는 추세임.

따라서 이들 열화손상된 교량의 실 보유안전도와 잔존 내하력 및 내구성이 실제적인 평가에 따른 효과적인 유지관리가 절실히 요구되고 있다.

2. 유지관리

2.1 유지관리의 목적
교량의 공용수명에 필요한 내하력및 내구성 확보를 위해 유지관리를 해햐 함.

2.2 점검의 종류 및 내용
합리적인 유지관리를 위하여 체계적인 점검 필요

점검종류

점검내용

점검방법

일상점검

열화손상의 조기발견목적 1차진단

1차 진단

정기점검

구조물 건전도 파악

기능저하 원인 및 열화손상 발견,평가

전문기술자에 의해 행해짐

1,2차 진단

특별점검

자연재해로 인한 파손발생시

1,2차진단결과 안전성의 문제가 되는 경우

전문기술자에 의해 상세 점검

1,2,3차 진단

2.3 점검주기
교량의 중요도 및 기능, 부위에 따라 적절히 정해야 하며 선진각국의 유지관리에 필요한 점검주기는 아래와 같다.

구조형식

일상점검

정기점검

특별점검

내하구조물

주요구조물

2개월

3년

필요시

일반구조물

4개월

5년

필요시

구체구조물

6개월

8년

필요시

 

3. 내하력 및 내구성의 조사, 측정

3.1 목 적

1) 열화손상이 현저하게 진행된 교량의 열화손상 정도및 원인조사후 보수여부 판정
2) 열화손상이 현저하지 않은 교량은 장래의 열화손상 정도를 예측
3) 예방대책 검토하기 위한 자료수집

3.2 조사 및 측정을 위한 안전진단 종류

진단종류

내 용

행위자

방 법

1 차진단

단순 진단

전문관리자

도면검토

외관조사

2 차진단

열화부위에 대한 상세진단

전문기술자

비파괴시험

가속도측정

3 차진단

상세 진단

고급전문관리자

비파괴시험

파괴시험

재하 시험

4. 내하력 평가

4.1 목 적
안전진단의 결과를 토대로 열화손상 상태를 그대로 반영하여 실 보유내하력을 합라적으로 추정하는데 그 목적이 있다.

4.2 주요 평가사항

1) Life cycle ; 기존교량의 이력 및 보수상태
2) 내용성 ; 구조물의 안정성 및 충족도
3) 경제성 ; 유지관리, 보수에 소요되는 비용
4) 물리적 ; 전체와 국부의 안정성

4.3 내하력 평가기법

1) 허용응력 개념에 의한 내하력 평가방법 - 기본 내하력에 보정계수를 곱하여 산정하는 방법
2) 극한개념에 의한 내하력 평가방법 - 극한모멘트를 계산하고 하중계수를 곱하여 내하력을 계산하는 방법
3) 환산 實動荷重(T.A.L)에 의한 내하력 평가방법
4) 신뢰성 이론에 의한 내하력 평가방법

* 내하력 평가과정

외관조사 → 응력 검토 → 정적 재하시험 → 동적 재하시험 → 내하력 평가 → 잔존수명 → 종합평가

5. 내구성 및 잔존 내구년한 평가 (종합평가)

공인된 각종 비파괴시험 결과 기초한 합리적인 평가결과를 토대로 유지관리에 대한 체계적인 판단지침을 제공한다.

6. 결 론

기존 교량의 유지관리를 철저히 하는 것은 사회적, 경제적인 측면에서 매우 중요한 과업이다. 국내 교량중 상당수가 노후가 많이 되었으며, 또한 설계당시의 설계하중을 초과하는 중차량의 증대, 공해, 제설용 화학약품 및 모래 사용으로 교량의 손상이 급격히 진전되고 있다.

따라서, 기존교량의 유지관리에 필요한 점검, 진단 등을 철저히 하여 내하력 평가의 기준에 의해 내구성 및 잔존수명등을 평가하는 일은 대단히 중요한 사회적 요청이라 하겠다. 향후 내하력 평가의 발전을 위해서는

1) 교량형식 및 연도별로 대표적인 교량을 선정하여 교량 이력,거동 등을 장기적으로 기록보관
2) 교량철거시 내하력 측정을 하여 타 교량 내하력 평가에 이용
3) 교량 내하력조사를 위한 장비 및 전문업체 육성 등의 배려가 있어야겠다.