기술사 공부하는 자료 공유

Ⅰ. 개 요

1. 도로교에 일반적으로 많이 사용되는 교량의 상부구조 형식에 대한분류

- 철근 콘크리트교 : SLAB교, T형교

- PC 교 : I형교, 박스거더교

- 강 교 : I형교, 박스거더교, 트러스교, 아치교, 현수교, 사장교

2. 지지조건에 따른 분류 : 단순교, 연속교, Gerber교

Ⅱ. 상부형식에 따른 분류

1. SLAB 교

가. 교량형식중 보의 높이가 가장 낮아 형하공간의 영향을 받는 곳에 적합

나. 자중이 무거워 단지간에 적용

다. 자중의 문제점을 해결한 유공 SIAB가 PC 또는 RC에서 많이 사용

라. 유공 SLAB는 단면이 Slender하고 경간장 20M까지 적용가능

2. RC T형교

가. 바닥편과 철근콘크리트보를 일체로 타설하여 합성으로 작용시키는 형식

나. 단순교일경우 경간 10-25M, 연속교의경우 20-30M 적용

다. 시공복잡하고 공사비 많이 소요

라. 과거에는 많이 사용하였으나 PC교의 출현으로 최근에는 잘 사용치 않음

3. PC I형교

가. PC로서 I형 거더를 설치하여 만든 형식

나. 형하고가 비교적 높고 경간장이 20-40M에 적용

다. 구조적으로 횡방향강성이 작으나 비교적 가벼워 가설이 용이

라. 주형 및 바닥판 시공시 동바리 없이 경제적이고 공기도 비교적 짧아 시공성 우수

마. 형하공간 제한받는 곳에 부적합

4. Plate Girder교(강 I형교)

가. 강교에서 합성거더로 많이 사용

나. 인장력에 강한 강재 + 압축력에 강한 콘크리트를 결합 이상화 시킨것

다. 가설이 쉽고 단면을 줄일수 있음

라. 부재가 얇고 가벼우므로 좌굴에 유의하여야 함.

마. 단면이 구조상 단순하여 응력상태가 복잡하지 않으며 유지관리가 용이

5. Box Girder

가. 휨강성과 비틀림강성이 크므로 장경간의 교량에 적합

나. 폐합단면으로 미관 우수

다. 최근 콘크리트 Box Girder가 많이 사용됨

라. 적용지간 : ILM 20-60m, MSS 30-60m, FCM 60-250m, PC Segment 40-100m

6. Arch 교

가. 외관이 우아하고 아름답다

나. 최적설계시 재료량을 줄일 수 있어 경제적이다

다. 수평반력이 작용되므로 기초지반이 양호한 곳이 가설

라. 도로교에서는 양단을 강결한 Tied Arch를 많이 사용

7. Rahmen 교

가. 양단을 강결한 부정정 교량

나. 단순미

다. 수평반력때문에 기초지반이 좋은 곳에 가설 바람직

라. 우각부의 집중응력에 유의해야 함.

8. 사장교(Cable Staged Bridge)

가. 주탑에서 늘어뜨린 Cable에 의해 인장지지되는 교량

나. 외관이 아릅답고 경간장 400m까지 적용 가능

다. 내풍 안전성에 유의

라. Cable의 형상에 따라 방사형, Half형(평형형), Fan형이 있음

9. 현수교

가. 바닥틀을 Hanger와 Anchor Block을 통해 Tower에서 지지하는 교량형식

나. 횡하중에 의한 모멘트에 약하므로 보강형 Truss를 사용하여 변형과 진동 방지

다. 외형이 수려하며 형하공간이 충분한 장점

라. 경간장이 40m 이상인 경우 사장교 형식보다 경제적

10. Truss 교

가. 축방향 인장대와 압축재를 조합 휨에 저항하는 구조

나. 짧고 가벼운 부재의 조합으로 구조해석이 간편

다. 연속교, Gerber교로 할 수 있다

라. 설계시는 전체의 좌굴 및 진동에 유의

Ⅲ. 지지방식에 따른 분류

1. 단순교

가. 장 점

1) 제작시공시 변형에 대한 영향이 적다

2) 단순보의 형식

3) 응력분포가 간단하며 설계가 쉽다

4) 구조역학상 부등침하에 유리

나. 단 점

1) 연속교에 비해 Girder높이가 커진다

2) 각경간의 이음부마다 신축장치가 필요

3) 사용성이 낮고 보수가 많다

4) 한 교각에 두개의 받침을 설치해야 한다.

2. 연속교

가. 장 점

1) 단면이나 Girder높이가 작아 경제적이다

2) 중간에 받침이 하나로 교각폭을 줄일 수 있다

3) 연속구조로 지진시 낙교가 작다

4) 신축장치가 적어 주행성 및 유지보수가 유리

나. 단 점

1) 중앙지점에 부모멘트에 대하여 보강해야 함

2) 지진시 교축방향에 대한 고정슈의 응력검토 필요

3) 지진이나 부등침하시 큰 응력 발생

4) 기설이나 시공시 정확하지 않으면 Girder에 불리하게 작용

3. Gerber교

가. 장 점

1) 휨 모멘트는 연속구조와 유사하게 작용하여 단순교에 비하여 경제적

2) 부등침하의 영향이 적다

나. 단 점

1) 진동이 크다

2) 힌지점에 구조적 약점

Ⅳ. 결 론

1. 강교보다 콘크리트교가 유지관리상 바람직

2. 경제성에 너무 치우치지 말고 미관을 고려한 형식선정 필요

3. 현수교, 사장교 늘어날 전망

4. 주행의 쾌적성을 고려하여 연속교나 라멘형식 검토.

*내진설계에 대한 개념만 보시면 되고, 오래전 내진설계에 대한 검토사항이니 참고만 하시기 바랍니다.

Ⅰ. 개 요

1. 지진의 안전지대로 생각해왔던 우리나라는,

- 일본 고베시 지진('95.1월)을 계기로 점차 내진설계 대한 인식이 고조되었으며,

- 최근 터키 및 대만의 지진으로(사망자수 4만5천명, 유엔추정) 지진에 대한 관심을 새롭게 하고 있다.

2. 우리나라는 1992년부터 도로교표준시방서에 내진설계편을 재정하여,

지진에 대비한 구조물설계를 시행하고 있으나,

3. 내진설계로 인한 추가공사비가 막대하게 투입되고,

한반도 지진특성이 반영되지 않은 외국의 내진설계를 여과없이 적용하고 있어,

우리나라현실과는 거리가 있다는 지적이 나오고 있다.

4. 따라서, 여기서는 현행 내진설계의 문제점 및 개선방향에 대하여 기술해 보고자 한다.

Ⅱ. 내진설계란

1. 정 의

: 내진설계란,

- 발생되는 지진하중에 의하여 구조물의 일부 부재는 손상을 입을 수 있으나,

- 지진발생후에도 구조물이 정상적인 기능을 유지할 수 있도록,

전체적으로 붕괴될 확률이 매주 낮도록 설계하는 것.

2. 내진설계의 기본원칙

가. 소규모의 지진 발생시 구조물 부재가 탄성 영역내에서 저항하여 심각한 손상을 받지 않아야 하며,

나. 비교적 큰 규모의 지진시 교량의 전부 또는 일부가 붕괴되어서는 안된다.

3. 지진피해 유형

1) 상판의 연단거리 부족으로 인한 탈락 및 붕괴

2) 연결부의 붕괴

3) 교대, 교각의 상대적 변위에 의한 붕괴

4) 휨강도에 비해 상대적으로 작은 전단 강도에 의한 기둥의 좌굴

5) 휨강도 및 유연성 부족으로 인한 파괴 등으로 나눌 수 있다.

Ⅲ. 현행 설계적용 현황

1. 지역구분

: 지진발생 빈도 및 규모에 따라, 1등급 지역, 2등급지역으로 구분

2. 지역구분에 따른 지진가속도계수

: 각각 0.07g와 0.14g로 나누어 적용

3. 해석 방법

1) 2등급교와 단경간교 : 사하중의 20%를 수평력으로 산정

2) 1등급교 및 연속경간교

- 단일모드 스펙트럼에 의한 해석 방법을 원칙으로 하고,

- 다중모드 스펙트럼 등 정밀해석 시행

3) 연속 경간장이 200m 넘는 큰 교량

- 납보강 탄성받침, 기초분리장치 등 면진장치 사용

5. 소성힌지 영역

: 심부구속철근을 띠철근 또는 격자망 형태의 Cross tie를 사용하여 설계

Ⅳ. 현행 설계의 문제점

1. 정책상 문제점

가. 내진설계로 인한 막대한 추가공사비 소요

ex) ‘99년 한국도로공사의 조사에 의하며,

- '95년이후 설계한 교량(1,600여개)의 공사비는 10조원 정도이며,

- 이중 8,500억원(8.5%) 정도가 내진설계로 인한 추가 공사비로 조사됨.

나. 외국의 내진설계를 여과없이 적용하고 있어, 한반도 지진특성이 미반영됨.

2. 시방서상 문제점

가. 시방체계와 상이

- 도로교 표준시방서 하부구조편 : 일본 도로교 표준시방서 적용

- 도로교 표준시방서 내진설계편 : 미국 AASHTO-시방서 적용

나. 하중조합계수간 상이

- 도로교 표준시방서 공동편 : 하중조합 1.30+1.7H+1.3Q+1.3E

- 도로교 표준시방서 내진설계편 : 하중조합 1.0(b+H+Q+E)

다. 교각 높이가 낮아 기둥이 탄성영역으로 거동하는 경우에도

연성거동에 의한 심부 구속철근을 배치토록 되어 있어 예산낭비 및 시공성 저하

라. 원형교각의 심부구속철근 산정시, 띠철근에 의한 환산단면식을 사용하도록 되어있어, 과대한 철근 배치로 콘크리트 타설 곤란

마. 기존교량 단순확장하는 경우 기존 교량의 내하력 평가방법 부재

Ⅴ. 개 선 방 안

1. 최적화 내진설계

가. 국가경쟁력 및 경제성을 고려한 지진재현주기 결정

나. 모든 교량의 일률적으로 내진설계 적용하기보다는

교량의 규모, 주변여건 등을 고려하여 내진설계 적용범위결정.

2. 한반도 지진에 대한 연구 선행

: 내진설계에 앞서 한반도의 지진활동, 발생가능한 최대 잠재지진 규모, 발생확률 등에 대한 연구시행으로 우리나라 특성에 맞는 내진설계변수 정립.

3. 시방서 정비 필요

가. 하부구조와 내진설계 시방체계 정비

나. 하중계수정비

다. 탄성설계 허용

라. 면진장치 등의 해석방법과 품질확보 방안 마련

마. 기존 시설물에 대한 내하력 평가 방법 마련

Ⅵ. 결 론

1. 해마다 내진설계로 고속도로 공사에서만 2,000억원이상의 추가 공사비가 소요되므로 최적화된 내진설계 적용방안 마련이 시급한 현시점에서,

2. 한국도로공사에서는 지난해 4월 관련분야 종사자 및 전문가를 대상으로

토목구조물에 대한 내진설계의 적용방안에 대한 설문조사를 시행한 바 있으며,

3. 설문조사 결과,

내진설계의 필요성에 대하여는 대부분이 긍정적인 의견을 제시하였으나,

다음과 같은 문제점 보완 필요 제기

1) 최적화 내진설계를 위해 경제성을 고려한 지진재현주기 결정 필요

2) 모든 교량의 일률적인 내진설계 적용보다는 반드시 필요한 구조물에 대하여만 적용

3) 내진설계에 앞서 한반도 지진활동, 발생가능한 최대 잠재지진 규모, 발생확률 등에 대한 선행연구 시행 → 우리나라 실정에 맞는 내진설계변수 마련

4. 또한, 내진설계부문 시방기준 정비시 설계기준은 최소한의 기준만을 제시하고, 발주자 및 설계자의 판단에 따라 세부설계방법을 적용할 수 있도록 적용범위의 완화가 필요함.

Ⅰ. 서 론

1. 도로토공시 생성되는 자연사면, 절토사면, 성토사면에서는

내,외적 불안전요인에 의해 사면의 파괴가 일어나게 된다.

가. 내적 불안정 요인

1) 진행성 파괴

2) 풍화작용(동결융해, 건조수축 등)

3) 물의 침투에 의한 침식작용(융해에 의한 침식, Pumping 등)

나. 외적 불안정 요인

1) 지형의 기하학적 변화(인위적인 절토, 유숭에 의한 침식 등)

2) 하중의 제거(침식, 절토 등)

3) 충격 및 진동

4) 함수비 증가

2. 이러한 불안정 요인을 감안하여

- 도로설계시에는 충분한 사전조사를 통한 안정검토를 시행하고 적절한 비탈면 보호공법을 적용하여야 하며,

- 사면붕괴시에도 이의 효율적인 처리를 위한 적용공법을 선정하여야 한다.

Ⅱ. 조 사

: 예비조사, 현지조사, 본조사 순으로 시행

1. 예비조사

가. 자료수집

나. 지형도 및 항공사진 검토

다. 기존 시공자료 검토

2. 현지조사

가. 기존 절토 및 성토 비탈면 조사

나. 인근 현장의 시공방법 조사

3. 본조사

가. 물리탐사(탄성파 탐사, 전기탐사)

나. Boring 및 Sounding

다. 토질 및 암석시험

라. 지하수 조사

마. 성토재료 시험(흙의 다짐, 강도 특성 등)

Ⅲ. 비탈면 구배결정시 유의사항

1. 안정검토

여기서 Fs : 안전율

W : 절편의 중량(t/m)

θ : 경사각(。)

Φ : 내부마찰각(。)

μ : 단위면적당 공극수압(t/m2)

C : 흙의 점착력(t/m2)

L : 절편의 원호길이(m)

위식에서 안전율(Fs)이 1.2이상이면 사면은 안정하다

2. 성토비탈면 : 안정계산에 의해 구배 결정

가. 점착력이 없는 사질토 구배

: 구배 변화부에 침식방지를 위한 배수구 또는 표면피복

나. 2종이상의 재료성토시

- 상부 : 조립재

- 하부 : 세립재

3. 절토비탈면 : 표준구배 적용

가. 풍화가 심한 비탈면 절토(붕적토 등)

: 대규모 절토, 지하수위 저하, 옹벽에 의한 토류벽 설치, 활동방지 말뚝공 등

나. 침식하기 쉬운 비탈면 절토(사질토 등)

: 비탈면 상단과 하단에 배수시설, 소단배수 시설

다. 균열이 많은 암

: 비탈면구배를 완만하게 처리

라. 비탈면이 활동면으로 되는 경우

: 활동면을 고려하여 완만하게 처리

마. 지하수위가 높은 경우

: 지하배수시설, 집수정 설치

Ⅳ. 비탈면 보호공법

1. 비탈면 시공법

2. 붕괴시 대책공법

Ⅴ. 결 론

1. 사면이 불안정하여 붕괴할 경우 재산피해는 물론 인명피해가 예상되는 점을 고려하여

- 설계시에 충분한 사전조사를 통하여 사면안정 검토를 시행하고

비탈면의 구배 결정 및 사면보호공법을 적용해야함은 물론,

- 공용시에도 수시로 법면조사를 통하여 사전에 붕괴를 막고 조기에 대책을 강구하여 재산 및 인명피해가 없도록 하여야 할 것이다.

Ⅰ. 개 요

1. 연약지반이란,

- 점성토나 사질토 같은 퇴적층으로 구성된 지반을 말하며,

점성토의 경우 N치가 4이하,

사질토지반 10이하인 지반을 가르킨다.

2. 연약지반은 지반의 강도가 낮고, 지하수위가 높아

도로건설시 지반파괴 또는 공용중 부등침하 발생

3. 따라서, 설계시 지반안정을 위한 지반조건, 도로조건, 시공조건 등을 고려하여 설계에 반영하고

시공시 침하량, 침하속도를 측정하여 적절한 대책방안을 강구하여야 한다.

4. 연약지반의 지지력증가, 침하방지를 위한 방법으로는

지반 자체를 치환, 다짐, 탈수, 고결하는 공법들이 있으며,

현장여건을 고려하여 적절한 공법을 선택해야 한다.

Ⅱ. 조 사

: 예비조사, 현지조사, 본조사 순으로 시행

1. 예비조사 : 자료수집, 지형도 및 항공사진 검토, 기존 시공자료 검토

2. 현지조사 : 연약지반의 표층상태, 지표수 및 지하수상태, 인근현장 시공방법 조사

3. 본조사

가. 토질조사 : boring, Sounding, STP, CON관입시험

나. 원위치 시험 : Vane Test → 전단저항 추정, 배수층 분포 파악

다. 실내 시험

1) 흙분류 시험 : 입도, 밀도, 액․소성, 비중, 함수비 시험 → 연약층 구분

2) 압밀 시험 : 압밀계수 등 파악 → 침하 시간 추정

3) 전단 시험 : 1축, 3축압축, 직접전단시험 → 지반파괴에 대한 안전성 검토

Ⅲ. 연약지반 설계시 고려사항

1. 지반조건 : 연약지반의 두께, 성층상태, 토질종류, 배수조건, 강도특성

2. 도로조건 : 도로의 규격, 성토고, 상부구조물의 종류

3.. 시공조건 : 공사기간, 여유부지의 확보조건, 치환재료의 확보가능성, 장비 보유

4. 설계목표치

가. 최소 안전율(Fs)

나. 암밀침하량(Sc)

다. 침하시간(t)

Cv t : 압밀소요시간 Cv : 압밀계수

H : 배수거리 Tv : 시간계수

라. 잔류침하량(ΔS)

Ⅳ. 연약지반 처리공법

1. 연약지반 처리공법 결정시 고려사항

1) 연약지반 두께

2) 연약지반의 성층상태

3) 연약지반의 토질종류 및 배수조건

4) 도로의 규격, 성토고, 상부구조물의 종류

5) 치환를 위한 재료의 확보 가능성(조건)

6) 개량을 위한 인력, 장비보유

7) 공사 소요기간(교통개방시기)

8) 주변환경에의 영향

9) 지역적 특수성

10) 경제성(비용)

2. 연약지반 처리공법

가. 치환공법

: 연약지반을 사질토등 양질의 재료로 치환하는 것(간단하며 확실한 시공효과)

1) 종 류

① 전면 완전 치환법 - 연약층 전부를 기초전면에 걸쳐 치환

② 전두께 부분 치환법 - 연약층 전두께를 부분적 치환

③ 상부완전 치환법 - 연약층 상부를 전면에 걸쳐 치환

2) 시공법

: 굴착 치환법, 압출 치환법, 폭파 치환법

나. 압성토 공법

1) 초 연약층에서 주로 사용

2) heaving 현상 방지

다. 재하중 공법(Preloading)

1) 구조물 본체축조전에 미리 하중을 재하하여

2) 압밀을 미리 끝나게 하는 공법

라. Vertical Drain 공법

: Sand Drain. Paper Drain., Pack Drain.

마. Sand compaction Pile 공법

: 진동을 이용하여 파일재료와 원지반을 다져, 파일재료의 압밀효과를 이용하여 증가시킴

바. Vibro flotation 공법

: 수평방향의 진동을 이용하여 연약지반에 다짐 모래 말뚝형성

사. 폭파다짐 공법

아. 경량성토 공법 : EPS 공법

자. 기 타

: 폭파다짐 공법, 경량성토 공법(EPS 공법), 전기화학적 고결, 약액주입공법, 석회안정처리공법, 동결공법, Geotextile를 이용한 공법 등

Ⅴ. 결 론

1. 연약지반의 분포가 심한 서해안지역의 개발이 가속화되면서,

연약지반 시공시 지반파괴와 시공후 잔류침하에 대한 문제가 크게 대두되고 있다.

2. 연약지반 처리공법 선정시에는

- 1가지 공법처리 보다는 2가지 이상 혼합처리하는 것이 효과적이며,

- 현지상황, 연약층 형성과정, 공기, 공사비, 시공성, 신뢰성 등을 종합적으로 검토하며 합리적 공법 선정하여야 한다.

3. 연약지반에 대한 체계적이고 정확한 분석을 통하여 영구적이고 안정된 도로 축조를 위해서 다음과같은 개선노력 필요

- 계측관리 체계화 필요

- 그간 연약지반 처리의 문제점 파악을 통한 개선방안 모색

- 외국의 추세, 개발전망, 개발방향 파악

1. 개요

1) 콘크리트의 배합(Mix Proportion)이란 콘크리트를 만들기 위한 각 재료 즉 시멘트, 물, 잔골재, 굵은골재, 혼화재료의 비율 또는 사용량을 말하며

2)배합설계(Design of Mix Proportion)란 소요의 강도, 내구성, 수밀성, 균일성 및 작업에 적합한 Workability를 가진 좋은 콘크리트를 경제적으로 얻기 위하여 각 재료의 비율을 정하는 것을 말한다.

2. 배합설계의 분류

1) 계량방법에 따른 분류

(1)중량배합 : 1㎥ 콘크리트에 소요되는 각 재료량을 중량으로 표시

(2)용적배합 : 1㎥ 콘크리트에 소요되는 각 재료량을 용적으로 표시

2) 골재 상태에 따른 분류

(1)시방배합 : 시방서, 책임기술자가 지정한 배합

(2)현장배합 : 골재의 입도, 표면수에 따른 보정 배합

3. 배합설계시 고려사항

1) 구조물의 특성, 시공조건을 고려한 재료선정

2) 타설가능한 범위내에서 최소단위수량, 최소슬럼프

3) 설계, 시공상 허용되는 범위내에서 최대치수의 굵은골재 사용

4) 소요강도 확보내에서 최소 단위시멘트량

5) 배합강도, 내동해성, 내구성, 수밀성을 고려하여 W/C비 결정

6) 작업성, 내구성을 기준으로 공기량 결정

4. 배합설계 순서(재계강물스공굴단잔혼배현)

1) 재료선정 : 구조물 특성, 시공조건 고려

2) 계수결정 : 재료변동, 시공정밀도를 고려한 변동계수와 구조물 중요도를 감안한 증가계수

3) 배합강도 설정 : 설계기준 강도, 품질변동, 기온, 재령

4) 물 - 시멘트비(W/C) 계산 : 강도, 내구성, 수밀성등 고려 최소 W/C결정

5) 슬럼프 결정 : 다짐조건, 부재단면, 배근상태 고려

6) 공기량 결정 : 작업성, 내구성 고려

7) 굵은골재 최대치수 결정 : 배근상태 부재형상과 치수 고려

8) 단위수량, 단위시멘트량 결정 : 소요강도 확보내에서 결정

9) 잔골재율(S/a) 결정 : 조립율, 슬럼프, 물/시멘트비 고려

10) 혼화재료 결정 : Slump, 공기량, 혼화제

11) 배합표 작성(시방배합)

12) 현장배합