2. 하중

하중의 정의

고정하중

활하중과 충격하중

원심하중, 제동하중, 온도변화, 지진하중

하중조합

2. 하중

• 교량을 구성하는 각각의 부재에 응력 및 변형을 발생시키는 원인이 되는 것.

• 교량 완성 후에 작용하는 하중과 함께 시공 중에 작용하는 하중도 시공단계별로 고려.

• 지속하는 하중과 변동하는 하중 으로 분류.

1. 하중의 정의

지속하는 하중

① 고정하중(DC, DW)

② 프리스트레스힘(PS)

③시공 중 발생하는 구속응력(EL)

④ 콘크리트 크리프의 영향(CR)

⑤ 콘크리트 건조수축의 영향(SH)

⑥ 토압(EH,ES,EV,DD)

⑥ 토압

EH :수평토압 ES : 상재토하중 EV : 수직토압

DD :말뚝부마찰력

1. 하중의 정의

① 활하중(LL,LS,PL)

② 충격(IM)

③ 풍하중(WL,WS)

④ 온도변화의 영향(TU,TG)

⑤ 지진의 영향(EQ)

⑥ 정수압과 유수압(WA)

⑦ 부력 또는 양압력(BP)

⑧ 설하중 및 빙하중(IC)

⑨ 지반변동의 영향(GD)

⑩ 지점이동의 영향(SD)

⑪ 파압(WP)

⑫ 원심하중(CF)

⑬ 제동하중(BR)

⑭ 가설 시 하중(ER)

⑮ 충돌하중(CT,CV) 16 마찰력(FR)

변동하는 하중

교량자체와 부속물의 중량에 의해 발생하며 다음과 같이 분류될 수 있다.

(1)교량위의 여러 시설물(난간, 가로등 등) 및 부속물의 중량(DW).

(2)바닥판(DC)과 포장(DW)의 중량.

(3)바닥틀(세로보 및 가로보)의 중량(DC).

(4)주형 및 주트러스(수평·수직 브레이싱)의 중량(DC).

이 중에서 (1)과 (2)는 설계초기에 거의 정확하게 산출할 수 있으나 (3)과 (4)는 경험식에 의하거나 기존의 유사한 교량의 설계자료에서 추정한다.

재료의 단위중량(kN/m3)

2. 고정하중

재료 단위중량 재료 단위 중량

강재, 주강 단강 주철

알루미늄 철근콘크리트 프리스트레스트

콘크리트

77.0 77.0 27.5 24.5 24.5

콘크리트 시멘트 모르터

목재

역청재(방수용) 아스팔트 포장

23.0 21.0 9.4 11.0 22.6

· 통행하는 차량이나 보행자에 의해 발생하는 하중

도로교설계기준(2012, 한계상태설계) 이전: 표준트럭하중(DB하중), 차선하중( DL 하중)과 보도 등의 등분포하중으로 표준화된다.

“도로의 구조, 시설기준에 관한 규정”에서 교량은 3등급으로 규정하고 있는데 DB-24로 설계하는 교량을 1등교, DB-18로 설계하는 교량을 2등교, DB-13.5로 설계하는 교량을 3등교로 하고 있다.

· 1등교 : 고속국도 및 자동차 전용도로의 교량. 그러나 교통량이 많고 중차량의

통과가 불가피한 도로상에 가설하는 교량과 장대 교량은 1등교로 할 수 있다.

· 2등교 : 일반국도, 특별시도와 지방도 상의 교통량이 적은 교량.

· 3등교 : 산간 벽지의 지방도와 시도 및 군도 중에서 교통량이 적은 곳에 가설하는 교량.

DB 하중

3. 활하중

교량등급 하중 W(t)

총중량 1.8W(t)

전륜 하중 0.1W(kg)

후륜 하중 0.4W(kg)

1등교 DB-24 43.2 2400 9600

2등교 DB-18 32.4 1800 7200

3등교 DB-13.5 24.3 1350 5400

3. 활하중

·

도로교설계기준(2012, 한계상태설계) 이후:

3. 활하중

· 활하중

차량활하중(LL) 상재활하중(LS) 보도하중(PL)

차량활하중 (KL-510)

표준트럭하중 표준차로하중

3. 활하중

· 표준트럭하중 :

4개의 차축하중으로 구성되고 3.0m의 점유폭을 갖는다.

(나중에 충격을 고려한다.)

표준차로하중 :

종방향으로는 아래의 크기로 횡방향으로는 3.0m의 폭으로

균등하게 분포되어있다.

(충격을 고려하지 않는다.)

W=12.7 (kN/m)

바닥판과 바닥틀을 설계하는 경우의 차량활하중

·종방향으로는 차로 당 한 대, 횡방향으로는 재하 가능한 대수를 재하하되 동시재하계수를 고려하여 설계부재에 최대응력이 일어나도록 재하한다.

·최외측 차륜중심의 재하위치는 윤하중 폭을 고려하여, 차도부분의 단부에서 30cm까지 근접해서 재하할 수 있다.

3. 활하중

바닥판 설계를 위한 활하중재하방법

3. 활하중

의 정수부

· 표준트럭하중과 표준차로하중의 점유폭은 3m이며 표준차선폭 3.6m안에 둔다.

· 그러나 앞의 공식에 의해 결정된 설계차선폭이 3.6m이하인 경우에는 그 계산된 차선폭에 재하시킨다.

· 표준트럭하중이나 표준차로하중을 설계차선마다 차선을 침범하지 않는 범위내에서 설계부재에 가장 불리한 응력을 발생시키도록 재하한다.

· 설계대상부재의 영향선을 고려하여 편심재하를 할 때에는 표준트럭하중의 최외측 차륜중심을 각 차선 외측으로부터 60cm에 재하시키며

표준차로하중은 차선 최외측에서부터 재하시킬 수 있다.

· 어느 설계부재의 활하중에 의한 최대응력이 2차선 이상의 동시 재하로 일어나는 경우에는 그 활하중 응력을 2차선에서는 90%, 3차선에서는 80%, 4차선에서는 70%, 5차선 이상에서는 65%로 감소시킨다.

3. 활하중

3. 활하중

주형 설계를 위한 활하중 재하방법

· 주형설계를 위한 보도의 등분포하중은 다음의 표와 같다.

주형설계를 위한 보도의 등분포 하중

3. 활하중

지간장 L(m) L≤80 80≤L≤130 L>130 하중(Mpa )

· 표준트럭하중이 교량노면 상을 주행할 때는 정적으로 재하된 경우보다 더 큰 응력이 발생되며 이를 충격하중으로 고려한다.

· 그 주요원인으로는 차량과 교량의 동적 특성 및 노면의 요철 등이다.

· 충격하중은 보도하중이나 표준트럭하중에는 적용되지 않는다.

· 표준트럭하중에 적용시켜야 할 충격하중계수는 다음 표와 같다. (1+IM/100) 충격하중계수

4. 충격하중 : IM

구분 IM

신축이음장치를 제외한 모든 부재

피로한계상태를 제외한 모든 한계상태 25%

피로한계상태 15%

· 충격하중계수는 현재의 설계기준에서는 간단하게 25% 혹은 15%으로 규정하고 있으나, 사실은 다음과 같은 여러 가지 요소의 함수이다.

* 교량의 동적 특성 (상부구조의 형태, 지간장 등)

* 교면의 요철(roughness)

* 차량의 형상 및 동적 특성

* 차량 주행 속도

* 차량의 다차선 재하 여부 및 차량 간격

* 최대 활하중과 최대 충격의 일치 확률

* 경간 수 및 단순 경간 혹은 연속 경간

* 직교, 사교 및 곡선교

* 차량의 가속과 감속

* 교량 요소의 감쇠 특성

* 내측 주형과 외측 주형

4. 충격하중

5. 원심하중 및 제동하중 : CF, BR

6. 온도 변화

· 자주 일어날 수 있는 약진에 대해서는 피해가 없을 것

· 빈도가 작은 중진에 대해서는 사용성은 손상되어도 구조적인 피해는 발생되지 않도록 할 것. 즉, 보수 후 재사용이 가능해야 함

· 아주 드물게 발생하는 대형지진에 대해서는 구조적인 피해가 발생하더라도 붕괴되지 않을 것

7. 지진 하중

· 교량의 각 부재의 최대하중효과를 구하기 위해서는 적절하게 하중들을 조합하여야 한다.

· 극한한계상태 : 다양한 하중조건에서 충분한 강도와 안정성을 보장하기 위한 것

· 사용한계상태 : 구조물의 설계수명 동안 사용성을 보장하기 위해서 처짐, 균열 폭, 진동의 크기 등이 제한된 값 이내에 드는 것을 보장하기 위한 것

· 피로한계상태 : 반복적인 차량 활하중과 동적응답에 의한 피로파괴를 검토하기 위한 것

· 극단상황한계상태: 지진 또는 홍수발생으로 세굴된 상황에서 선박, 차량 또는 유빙 에의한 충돌 등의 상황에서 교량의 붕괴를 방지하기 위한 것

8. 하중 조합

하중조합

극한한계상태 하중조합(ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ Ⅴ) 극단상황한계상태 하중조합(ⅠⅡ) 사용한계상태 하중조합(ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ Ⅴ)

피로한계상태 하중조합

8. 하중 조합

· 하중조합 :

여기서, = 하중수정계수

구조물의 연성, 여용성 및 운영의 중요성에 관계되는 계수 대부분 교량의 경우 = 1.0

교량설계일반사항(한계상태설계법) KDS 24 10 11 참조

= 특정한 하중조합에서 특정한 하중효과를 위해 통계적으로 산출된 승수

교량설계하중조합(한계상태설계법) 표 4.1-1, 4.1-2 참조

= 특정 하중으로부터의 하중효과

∑

= _{i i}

Q

Q η γ

ηi

γ

Qi

8. 하중 조합

하중조합과 하중계수

8. 하중 조합

하중 종류

하중계수

최대 최소

DC : 구조부재와 비구조적 부착물

1.25 1.50 (극한한계상태

조합Ⅳ에서만)

0.90

DD : 말뚝부마찰력 1.80 0.45

DW : 포장과 시설물 1.50 0.65

EH : 수평토압

·주동 1.50 0.90

·정지 1.35 0.90

EV : 연직토압

·전체적인 안정성 1.00 -

·옹벽 및 교대 1.35 1.00

·강성 암거(예, 콘크리트 박스) 1.30 0.90

·뼈대형 강성구조물(예, 라멘형) 1.35 0.90

·연성 암거(예, 파형강관) 1.95 0.90

·박스형 연성 강재암거 1.50 0.90

ES : 상재토하중 1.50 0.75

EL : 시공중 발생하는 구속응력 1.00 1.00

PS :프리스트레스힘

·세그멘탈콘크리트교량의 상부,하부구조 1.0

·비세그멘탈콘크리트교량 상부구조 1.0

·비세그멘탈콘크리트교량 하부구조

- 를 사용하는 경우 0.5

- 를 사용하는 경우 1.0

·강재 하부구조 1.0

CR, SH : 크리프, 건조수축

·세그멘탈콘크리트교량의 상부,하부구조 DC에 대한사용

·비세그멘탈콘크리트교량 상부구조 1.0

·비세그멘탈콘크리트교량 하부구조

- 를 사용하는 경우 0.5

- 를 사용하는 경우 1.0

·강재 하부구조 1.0