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Ⅰ. 개 요

1. 교량의 구성요소는 크게 상부구조, 하부구조로 구분되고 교량의 형식은 상ㆍ하부구조가 일체로 그 기능을 발휘하는 것으로 서로간의 균형과 조화를 이루어야 한다.

2. 도로 노선 선정시 교량설계를 위한 고려가 되어야 하고 교량형식 선정시에는 형식별 특성을 고려하여 적합한 최적형식을 선정하여야 한다.

Ⅱ. 교량의 형식 선정시 고려할 사항

1. 기존의 주변도로 및 시설물과의 연계성을 충분히 고려할 것

2. 안전성ㆍ시공성ㆍ경제성을 최대한 고려할 것

3. 주변환경의 영향을 적게하는 환경친화적 교량형식 고려

4. 자동차 주행의 안정성 및 쾌적성을 고려한 상로교 형식과 신축이음장치가 적은 연속교 형식 고려

5. 도심지에 가설되는 교량은 주위의 경관과 조화를 이루는 미적효과도 중요하게 고려

6. 교량의 설계ㆍ시공ㆍ유지관리 표준화로 효율성 증대 고려

Ⅲ. 교량의 상부구조

1. 상부구조형식의 분류

1) 교량의 상부구조는 자동차의 안전하고 쾌적한 주행, 하부공간의 지장물등 제약 조건과 경제성 및 미관을 고려해서 결정해야 한다.

2) 사용재료에 따른 분류 - 강교, 콘크리트교(철근, PS)

지지형태에 따른 분류 - 단순교, 연속교, Gerber교

교면위치에 따른 분류 - 상로교, 하로교, 중로교, 2층교

구조형태에 따른 분류 - 거더교, Truss, Arch, 라멘교, 사장교, 현수교

PSC의 가설공법에 따른 분류 - FSM, FCM, ILM, MSS, Precast

2. 사용재료에 의한 분류

1) 강교 : 장경간의 교량을 단기간내 가설, 지반조건 및 가설조건이 나쁜곳에 가설가능

① 특징

ㄱ) 부재가 얇아 압축부재나 휨부재의 좌굴에 유의

ㄴ) 강성이 작아 진동하기 쉽다.

ㄷ) 변형이 쉬우므로 과하중에 유의

ㄹ) 부식이 쉬워 유지점검시 유의

② 형식

I형 거더, Box형 거더, 트러스, 아치, 사장교, 현수교 등

2) 콘크리트교 : 단경간의 교량에서 장경간까지 가설이 가능

① 특징

ㄱ) PS교의 경우 장경간 시공이 가능

- 지형 및 시공조건에 따른 시공법 개발 적용

ㄴ) 철근 콘크리트교는 20m 이내의 단경간에 적용

② 형식

ㄱ) 철근 콘크리트교 : 슬래브교, 중공 슬래브교, T형 거더교

ㄴ) PS 콘크리트교 : I형 거더교, 박스 거더교

3. 지지형태에 의한 분류

1) 단순교

① 주거더를 단순보로 지지하는 형식

② 고정단과 가동단으로 구성

2) 연속교

① 주거더를 2경간 이상으로 연속시킨 교량

② 단순교와 비교

ㄱ) 최대 휨모멘트가 작아 단면을 줄일 수 있다.

ㄴ) 거더의 높이를 낮게 할 수 있다.

ㄷ) 지진시 낙교의 위험이 적다.

ㄹ) 신축이음이 적어 유지보수 및 주행성이 좋다

ㅁ) 부모멘트에 의한 보강이 필요하다.

ㅂ) 지점부등 침하시 응력 발생

3) Gerber교

① 연속교의 중간에 힌지를 삽입 정정구조의 형태로한 교량

② 특징

ㄱ) 휨모멘트가 연속거더와 유사

ㄴ) 지점부등 침하에 의한 응력 미발생

ㄷ) 힌지부의 구조적 약점, 진동하기 쉬운 구조

4. 구조형태에 의한 분류

1) 형교 : 주형을 수평방향으로 가설

① 강판형교(Plate Girder)

② box형교

③ Slab교

④ T형교

⑤ PSC I형교

2) Truss교 : 주형 대신 Truss사용

① Howe Truss

② Pratt Truss

③ K - Truss

④ Warren Truss

3) Arch교 : 곡형 또는 곡Truss를 위로 볼록하게 한 형태

① Tied Arch

② Langer Arch

③ Nielsen Arch

4) Rahmen교 : 상부구조와 하부구조가 일체가 되게 가설

5) 현수교 : 양안에 주탑을 세워 케이블을 설치하고 교량의 상판을지지

① 장대지간 가설에 유리하고, 미관이 양호하나 내풍성이 약함

② 구성요소 : 탑, 케이블, 행거, 정착장치등

③ 적용사례 : 남해대교, 영종대교

6) 사장교 : 주탑에서 경사방향으로 설치된 케이블로 교량의 상판을지지

① 장대지간 가설에 유리하고 외관이 미려하나 내진, 내풍성에 약함

② 형식 : 방사형, 평행형, 다케이블 등

③ 적용사례 : 서해대교

Ⅳ. 교량 하부구조

1. 하부공의 분류

교량의 하부공은 지승아래에서 기초지반까지를 말하며, 하부공의 기능은 상부구조에서 전달된 하중을 기초지반에 안전하게 전달하는 것으로 다음과 같이 분류한다.

2. 기초공

1) 기초공 선정 절차

2) 직접기초

연직력은 저면반력, 수평력은 저면의 전단저항과 측면반력으로지지

① 특징

ㄱ) 지지층이 얕고(약 5m 이하) 지하수위가 낮고 배수처리 가능시 적용

ㄴ) 세굴의 우려가 없고, 지반이 좋아 부등침하의 우려가 없는 경우 적용

② 형식

ㄱ) 독립 Footing, 연속 Footing, 복합 Footing, 전면 Mat 기초

3) 말뚝기초

연직력은 말뚝과 지반의 마찰력과 선단지지로, 수평력은 말뚝의 휨강성으로 저항

① 특징

ㄱ) 기성말뚝

- 지지층의 깊이 및 상재하중이 제한된 경우

- 재료수급 및 시공이 간단

- 필요에 따라 절단 및 연장이 용이

ㄴ) 현장타설말뚝

- 소음 및 진동이 적고 대구경 말뚝 시공이 가능

- 지지층의 상태에 따른 공법선정이 가능

- 시공심도를 깊게 할 수 있고, 대형 구조물 축조가 가능

② 형식

ㄱ) 기성말뚝 : RC말뚝, PSC말뚝, 강말뚝

ㄴ) 현장타설말뚝 :

4) 케이슨 기초 : 수평력은 케이슨과 지반의 마찰과 저면의 전단저항으로 수직력은 지반의 지지력으로 저항

① 특징

ㄱ) 깊은 기초에서 가장 확실한 기초 공법

ㄴ) 수심이 깊은 곳에 적합

ㄷ) 횡력에 대한 저항이 크므로 대형 구조물에 적합

ㄹ) 공사비가 비싸고 시공속도가 늦다.

② 형식

ㄱ) Open caisson - 육상에서 제작 내부토사를 굴착하면서 소요의 지지층에 설치

ㄴ) Pneumatic caisson - 압축공기를 보내면서 인력으로 굴착 소요의 지지층에 설치

ㄷ) Box caisson - 육상에서 제작, 수중으로 이동 caisson 내부에 물을 채워 설치

3. 구체공

1) 교대공 : 상부에 작용하는 하중 및 토압에 의한 측압을 받으므로 전도, 활동, 지지력에 대해 안정해야 한다.

① 형식 : 중력식, 반중력식, 역T형, 부벽식, Box형 등

2) 교각공 : 상부에 작용하는 하중을 안전하게 기초에 전달하고 유수방해가 적으며, 세굴에 안전하고 내구적이어야 한다.

① 형식 : 주식, 라멘식, 벽식

Ⅴ. 결론

교통량의 증가, 차량의 대형화 및 주량화 추세에 맞는 교량의 형식이 선정되어야 하며

1. 도로선형을 감안해서 교량의 위치를 선정하고

2. 주변환경과 조화있는 형식 결정

3. 사용성 검토

4. 시공성 및 경제성, 주행성의 고려

5. 첨단 시공기술의 도입

6. 장래 유지관리 측면등을 고려해야 한다.

Ⅰ. 개 요

1. 교량은 도로에 있어서 중요한 역활을 담당하며 특히, 우리나라는 험준한 지형에 하천이 산재되어 있어 도로건설에 따른 교량건설은 필수적이며 교량의 계획시는 도로의 선형을 우선적으로 고려하고, 구조물로서의 외부적 조건 즉, 길이, 지간, 형하공간 등이 적합하고

2. 주변경관의 조화 등을 고려하여 시공성 및 유지관리가 용이하도록 계획, 설계되어야 한다.

Ⅱ. 교량형식의 선정절차

Ⅲ. 교량 계획을 위한 조사

1. 예비조사

1) 자료조사

2) 현지답사

2. 본조사 : 예비조사에 의해 계획된 교량의 상세 설계를 위해 실시

1) 교량의 위치 선정시 고려 사항

① 하상 및 양안의 지질이 양호한 곳

② 하상 및 유수가 안정된 곳

③ 가급적 직교가 되도록하고, 과도한 사교나 곡선교가 요구되는 지점을 회피한다.

④ 주위경관과 조화가 가능한 곳

2) 하부구조 조사

① 지형조사 : 가교지점의 지형 및 상황파악

② 지반조사 : 지질조사, 토질조사, 지하수조사

③ 하천조사 : 이수상황조사, 하상조사

④ 시공조건조사 : 기상조사, 주변환경조사, 작업환경조사

3) 상부구조조사

① 지형조사 : 가교 위치, 교량길이, 경간분할 결정

② 교차도로조사 : 교량 연장, 경간장, 시공방법 판단

③ 하천조사 : HWL, LWL

④ 기상조건 : 온도변화, 풍하중, 지진하중의 결정

⑤ 교량의 첨가물 조사 : 상수관, 하수관, 전력, 통신관

⑥ 부식조사 : 기존 구조물 부식상태

⑦ 기타조사 : 재료, 시공, 신공법, 관련기준 등

Ⅳ. 설계하중 및 교량하부공간 결정

1. 하중의 종류

2. 활하중 : 자동차 하중 즉, 표준트럭하중(DB하중), 차로하중(DL하중), 보도등의 등분포 하중 및 궤도의 차량하중이다.

1) DB하중의 크기

2) DB 및 DL하중

3. 설계기준자동차 하중

4. 교량 하부공간

1) 하부 공간 결정시 고려 요소

① 교통의 종류와 하부 공간 이용 규모

② 하천의 제방높이

③ 계획 홍수량 및 Back Water

2) 하부공간 확보

① 하천횡단교량 : 계획제방고 이상, 계획 홍수량에 따른 적정 지간장 및 여유고 확보

② 도로, 철도횡단교량 : 도로철도의 폭원구성 및 시설한계 고려

③ 계획 홍수량 여유고

Ⅴ. 경간 분할

1. 미관상의 경간 분할

1) 연속교의 경우 중앙경간을 측경간 보다 크게

- 3경간시(3 : 5 : 3), 4경간시(3 : 4 : 4 : 3)

2) 교량 길이가 길고, 지형이 평탄한 경우 : 등경간

3) 접속교와의 연결은 연속적인 변화가 되도록

4) 중앙경간을 측경간 보다 크게하면 안정감이 있다.

- 황금분할의 경우(1 : 1.618)

2. 치수상의 경간 분할

1) 유속 및 하상이 급변하는 곳에 교각설치 회피

2) 저수로 지역은 경간을 크게 분할

3) 교각 설치로 인한 수위 상승 및 배수 검토

4) 하천 협소부 교각 본수 축소

5) 유로가 일정치 않은 경우 장경간

6) 동일하천에 교량 평행시 동일 경간 분할 및 하나씩 건너뛰는 형식

7) 유목, 유빙이 많은 하천 -> 교각 본수 감소

3. 경제상 경간 분할

1) 단위 길이당 공사비는 상부구조 공사비가 하부구조와 같거나 약간 클 때 최적

2) 기초지반 불량시 장경간, 양호시 단경간이 유리

Ⅵ. 교량 형식 결정

1. 상부구조 형식결정

1) 교량 형태

① 종단 경사는 인접도로와 연속되게 쳐저보이지 않도록

② 노면과 상부구조는 조화되게 계획, 설계

③ 경간장(L)과 상부구조 높이(H)의 비율 검토

④ 통과높이(H)와 상부구조 높이(h)의 비율 검토

⑤ 교각은 경간장(L)과의 비율을 고려 검토

2) 주행성을 위해서는 연속교가 유리

3) 산간지방에서는 단순한 구조형식으로 상로교가 좋으며

4) 유적지는 석조arch 등이 좋다.

5) 지반이 양호한 지역은 arch나 rahmen교

6) 유지관리면에서 강교보다 Concrete교가 유리

2. 하부구조 형식 결정

1) 하부구조 형식은 상부구조 형식의 특징, 상부공의 가설공법 등 상부구조 계획과 서로 연관시켜 구조적 안전성, 경제성, 교량 입지조건에 따른 시공의 안전성 및 간편성, 교량미관의 유지관리 측면등을 고려하여 하부구조구체

2) 기초 형식 결정시 중점 고려사항

① 하천변 지반 여건을 고려하여 선정

② 수상구간으로서 시공성이 용이하도록 선정

③ 구조적인 안전성을 확보할 수 있도록 함

④ 연속교로서 지진시, 온도변화에 의한 수평력 저항을 고려하여 선정

⑤ 세굴등의 영향을 고려하여 공법을 선택

⑥ 유수방향을 고려하여 유수저항계수가 작은 단면으로 선택

Ⅷ. 결 론

1. 도로의 노선 선정시 교량의 계획 및 설계를 고려하여 유리한 선형을 결정하고,

2. 교량의 계획시에 지반조사 및 가교조사등을 철저하게 실시하여 교량 상하부 구조형식을 결정하는 것이 가장 경제적이다.

3. 교량의 설계시 구조적 안전성, 경제성, 시공성 및 제반여건을 고려하여 교량의 지간, 교각의 위치와 방향, 하부공간의 확보등을 검토하여야 한다.

[상부구조]

교대나 교각 위에 설치되는 교량의 주거더를 비롯한 일체의 구조를 일컫는다.

[하부구조]

상부구조로부터 전달되는 하중을 기초지반으로 전달하는 구조부분으로서 교대나 교각 및 그들의 기초를 일컫는다.

[강교]

상부구조를 구성하는 주요 부재가 강재로 이루어진 교량을 일컫는다.

[콘크리트교]

상부구조를 구성하는 주요 부재가 콘크리트로 이루어진 교량을 일컫는다.

[주하중]

교량의 주요구조부를 설계하는 경우에 항상 또는 자주 작용하여 내하력에 결정적인 영향을 미치는 하중의 총칭이다. 즉, 고정하중, 활하중, 충격, 프리스트레스, 크리프 영향, 건조수축 영향, 토압, 수압, 부력 등

[부하중]

교량의 주요구조부를 설계하는 경우에 항상 또는 자주 작용하지는 않지만 내하력에 영향을 미칠 수 있고, 통상 다른 하중과 동시에 작용하는 하중으로서 하중의 조합에서 반드시 고려하여야 하는 하중의 총칭이다. 즉, 풍화중ㆍ온도변화의 영향ㆍ지진의 영향 등이다.

[특수하중]

교량의 주요구조부를 설계하는 경우에 교량의 종류, 구조형식, 가설지점의 상황 등의 조건에 따라 특별히 고려하여야 하는 하중의 총칭이다.

[벤치(bench)]

터널 단면을 수평면으로 분할하여 굴착하는 경우에 분할면을 벤치(bench)라 함

[섬유보강 숏크리트(Fiber Reinforced Shotcrete)]

숏크리트의 역학적인 특성을 보완하기 위하여 강 또는 기타 재질의 섬유를 혼합하여 타설하는 숏크리트

[보조지보재]

막장전반에 설치하여 굴착시 지반의 자체 지보능력을 발휘하도록 도와주는 지보재로서 주지보재를 제외한 지보재의 총칭

[스프링 라인(Spring Line)]

터널의 상반 아치의 시작선 또는 터널단면중 최대폭을 형성하는 점을 종방향으로 연결하는 선

[인버트(Invert)]

터널 단면의 바닥부분에 설치되어 터널단면을 폐합시키기 위하여 숏크리트 또는 콘크리트 등으로 설치한 지보재를 말함

[터널의 시설한계]

터널 이용목적을 원활하게 유지하기 위한 공간적 한계이며 시설한계 내에는 시설물을 설치할 수 없도록 규제하고 있음.

[계측]

터널굴착에 따른 주변지반, 주변구조물 및 각 지보재의 변위 및 응력의 변화를 측정하는 방법 또는 그 행위를 말함

[단층]

외력에 의하여 지반이 상대적으로 이동된 단열구조로서 이동면을 따라 심한 파쇄암이나 점토 등 충진물이 협재하며, 발생유형에 따라 정단층, 역단층, 충상단충(thrust fault)등으로 구분됨

1. 개요

교량의 하부 구조는 상부로 부터 전달되는 하중을 안전하게 교대,교각을 통헤서 하부 기초 및 지반에 전달하는 기능을 담담 하므로 안전하고 미적 통일을 갖도록 하여야 한다.

1) 하부구조의 분류

- 교대 : 중력식,반중력식,역T형,L형,부벽식,BOX형

- 교각 : 중력식,반중력식,역T형,L형,부벽식,BOX형

- 기초 - 얕은 기초 : 직접기초

- 깊은 기초 : 말뚝기초,현장타설 말뚝,케이슨 기초

2.교대공

교대는 상부에서 작용하는 하중과 토압에 의한 측압을 받으므로 전도,활동,지지력에 대하여 안전해야 한다.

1) 중력식 : 무근콘크리트로 중량으로 하중을 지지

낮은 높이와 양호한 지반시 사용

2) 반중력식 : 균열 방지 위해 인장측에 철근 배치

3) 역T형 : 전도와 활동에 안전

4) L형 : 전면에 지장물 있을시 사용,설계시 안전에 유의

5) 부벽식 : 높이 11M 이상에 적용

6) BOX형 : 송유관,케이블 같은 지장물 통과시 사용

7) 라멘식

3. 교각공

- 교대 사이에 놓인 구조물로서 상부하중을 기초 및 지반에 전달

- 유수의 방해가 적고 오염에 안전한 형식으로 내구성을 갖은 것이어야 한다.

1) 중력식 : 무근콘크리트로 중량으로 하중을 지지

낮은 높이와 양호한 지반시 사용

2) 반중력식 : 원추형으로 외관이 아름답고 유수저항이 적고,거푸집 설치비 적음

3) 트레슬식 : 깊은 수위에 시공 가능하고 내진성 우수

4) 라멘식

4. 기초공

1) 직접 기초

① 특징

양질의 지지층 심도가 5.0M 이내에 존재시 부등 침하,세굴 영향 없는 곳 사용

② 종류

독립기초,연속기초,전면기초,복합기초

2) 말뚝기초

① 특징

시공이 용이하나 선단지지력 확인 곤란

세굴없고 호박돌,전석층이 없는 곳(즉, 항타 가능한곳)

② 종류

- R.C 말뚝 : N ≤ 15, H= 5 - 10 M, 이음 불가, 균열 위험

- P.C 말뚝 : N ≤ 15, H= 5 - 15 M, 이음 불가, 균열 감소

- 강관 말뚝 : N ≤ 30, H= 15 - 30 M, 이음 가능, 부식 위험

3) 현장타설 말뚝

① 특징 - 강성크고 무소음

- 모든 지반 적용 가능

- 말뚝선단 슬림처리 및 콘크리트 품질 확인 곤란

② 적용 - 깊이 15M 이상, 상부 하중 큰곳

- 환경 피해 고려 및 근접 구조물 시공시

③ 종류

- EARTH DRILL공법

회전식 드릴로 Φ500-1000MM 굴삭후 철근 콘크리트 타설,

공내 측벽 붕괴 방지위해 벤토나이트 사용

굴착깊이 24 - 27M, 접근 시공 곤란,경사시공 불가

- BENOTO 공법

케이싱을 좌우 회전 시키며 하향, 콘크리트 타설하면서 강관 제거

(ALL CASING 공법)

시공 안전성 확실, 굴착깊이 20 - 30M

1.9M까지 접근 시공 가능,경사 12°까지 가능

- R.C.D 공법

R.C.D로 Φ500 - 1500MM 굴착

공내 정수압으로 측벽 붕괴 방지하고 굴착 토사와 물을 함께 배출

시공안전성 보통, 굴착깊이 200M, 접근 시공 가능,경사 불가

4) 케이슨 기초

① 오픈 케이슨 기초

원형,사각형등으로 내부굴착하여 자중 또는 재하중으로 지지층에 정착

- 수심이 깊은 곳 시공 가능

- 지지층 확인 가능

- 수평 저항력 큼

- 경사 조정 어려움

② 공기 케이슨 기초

케이슨 하부에 압축 공기 작업실을 두고 여기에 수압에 상당하는 압축공기를 송기하여 지하수 배제후 작업실 바닥 토사 굴착

- 공기 빠름

- 지지층 확인 가능

- 공사비 고가

- 한계수심 35 - 40M (케이슨병)

5. 결론

- 지질 조건 좋은 교량 : 직접 기초

- 최대 30M 이내에 지지층이 존재하는 교량 : 말뚝 기초

- 하중큰 건물 기초 : 현장 타설 말뚝

- 수심 깊고 하천횡단 장대교량 : 케이슨 기초

1. 개요

도로 계획에 있어 교량의 계획은 인간이 지형 극복을 위한 필수적인 부분으로서 교량 계획시는 기능성,조형미,경제성등을 복합적으로 검토하여 최적 형식을 결정하여야 한다.

교량 상부 형식을 분류하면 크게 철근 콘크리트 교량과 강교로 구분 할수 있으며 지간별 적용 가능한 형식을 살펴 보면 다음과 같다.

2. 상부 형식 분류

1) 철근 콘크리트 교

① 소지간 교량 - 슬래브교 : 15M 이하

- 중공 슬래브교 : 15 - 20M

- 라멘교 : 15M이하

- T형교 : 12 - 24M

② 중지간 교량 - P.C 슬래브교 : 15 - 25M

- P.C BEAM교 : 20 - 50M

- P.C BOX교 : 30 - 60M

- PRE-FLEX교 : 30 - 40M

③ 장지간 교량 - 콘크리트 사장교

- 콘크리트 아치교 : 90 - 130M

2) 강교

- 강교

- 트러스교 : 단순트러스교(60 - 100M),연속트러스교(70 - 300M)

- 아치교 : 70 - 350M

- 라멘교

- 사장교 : 150 - 400M

- 현수교 : 300 -450 M

3. 특징

1) 철근 콘크리트교

- 작은 곡선에 적용 불리

- 가설 공법 다양(ILM,FCM,MSM,PSM 등)

2) 강교

- PC교에 비해 사하중이 적다

- 곡선교 등 적용 범위 넓다

- 유지관리(도장,진동,소음)면에서 불리

- 기초 지반 불량한 곳에서 R.C보다 유리

- 사하중 적어 고교각에 유리

4. 주요 교량 형식 일반 현황

1) P.C BEAM 교

- 원래 상부가 압축,하부가 인장 상태이나 PRE STRESS를 주어 하부를 압축 시

킨다.

- 단면 두께를 줄일수 있다.

- 가격이 저렴하여 가장 많이 이용한다.

2) PRE-FLEX BEAM교

① 순서

- 미리 구부린 고강도 STEEL BEAM에 하중을 재하하고

- 인장부 플랜지에 콘크리트 타설

- 하중 제거(콘크리트에 압축응력 작용)

- 현장 설치후 슬래브 타설

② 특징

- 형고를 줄일수 있어 건축한계 확보 필요한 곳 적용(단면 두께 감소)

- 미관이 양호

- STEEL BEAM과 콘크리트의 접착에 주의

3) P.C BOX교

- 형고/지간 비를 상대적으로 낮추어 중량(사하중) 경감

- 미관 양호하나 비싸다

- 엄격한 품질 관리가 필요

5. PC장대교 가설 공법

1) F.C.M : Dywidag 공법, P ＆ Z공법

2) I.L.M 공법(압출공법)

3) M.S.S 공법(이동식 비계 공법)