성산대교 성능개선사업 기본 및 실시설계

성산대교 재하시험 계획서

2014.  5. 16

	(주)	평화엔지니어링
	(주)	진우엔지니어링
	(주)	동해종합기술공사
	(주)	세광엔지니어링

1. 재하시험 개요

남단접속교 및 남단 램프교(PSCI 형식) 구간은 과거 정밀안전진단에서 재하시험을 시행하지 않는 구간으로 재하시험을 통하여 거동특성 및 교량의 현재 성능을 파악하고자 함

1.1 재하시험의 주요 목적

1. 교량의 정적 및 동적 실거동 분석

2. 해석값과 실측값을 통한 응답비 비교/분석

3. 실동응력 측정을 통한 손상 부위 상태 평가 및 분석

4. 충격하중에 따른 교량의 동적특성 파악

5. 내하력 평가를 위한 응력보정계수 도출

1.2 의사정적재하시험

정적재하시험의 목적은 대상교량의 응답비 분석, 실거동 특성을 분석하기 위함이다. 정적재하시험은 최대 부재력이 발생하는 교량상의 위치에 차량을 정지․재하시켜 측정을 수행하는 방법으로 도심지나 고속도로와 같이 교통량이 많아 교통의 흐름방해나 안전사고의 우려가 있어 의사정적재하시험으로 수행하는 추세이다. 의사정적재하시험은 동적재하시험과 연계하여 수행할 수도 있으며, 시험차량을 시험대상 경간에 저속(10km/h 미만)으로 주행시켜 계측한 후 응력파형상의 동적효과를 제거함으로써 정적효과를 얻을 수 있는 재하시험의 한 방법이다. 본 교량은 1번 국도상에 있으며 서부간선도로와 연결된 교량으로 교통량이 빈번하여 의사정적재하시험을 수행하는 것으로 계획하였다.

1.3 동적재하시험

동적재하시험은 시험차량의 주행에 의해 유발되는 동적효과 및 제반 동특성을 추정하여 대상교량의 안전성 및 사용성 평가를 위한 기초자료를 도출하고자 실시한다. 동적주행시험은 동적거동특성을 파악하고자 주행속도를 10㎞/hr부터 최고주행속도까지, 단계적으로 증가하면서 주행하여 교량의 동적거동상태를 파악하고자 한다.

1.4 시험경간

시험대상 경간은 남단접속교(P16～P17), 남단램프J1(P3～P5)구간으로. 접속교 구간은 연장 30.0m, 단경간, PSCI 형식으로 경간 중앙이 최대 정모멘트 발생부위이며, 남단램프J1 구간은 연장 25.0m, PSCI 형식으로 경간 중앙의 최대 정모멘트부와 지점의 최대 전단력 발생 위치를 선정하였다.

교량의 재하시험 대상경간은 다음<그림 1.1>과 같다.

1.5 시험경간 위치

<그림 1.1> 재하시험 대상경간

2. 남단접속교 구간의 재하시험

2.1 검토 단면

1. 최대 휨모멘트가 작용하는 경간 중앙부

단면 A-A	경간 중앙부

<그림 2.1> 남단 접속교 재하시험의 측정위치

2.2 하중재하경우 및 게이지 부착위치

의사정적재하시험 및 동적재하시험에서 차량의 재하위치는 남단 접속교의 계측 부재에 가능한 최대하중이 작용하도록 14가지로 분류하여 차량을 재하 하였다. 동적재하시험의 경우 최대속도는 가속구간과 제동거리 확보를 고려하여 동적재하시험의 경우 최대속도는 최대 50km/h로 하였다.

<그림 2.2> 남단 접속교 게이지 부착위치

<표 2.1> 본선구간의 재하경우와 측정목적

하중경우 (L.C)	재하 차량수	주행방향	주행속도	주행차로	비고
L.C 1	2	북단측	10km/h	2, 3차로	남단접속교 남→북 외측차로 주행
L.C 2	2	남단측	10km/h	2, 3차로	L.C 1 대칭성 조사
L.C 3	3	북단측	10km/h	1, 2, 3차로	남단접속교 남→북 모든 차로 주행
L.C 4	3	남단측	10km/h	1, 2, 3차로	L.C 3 대칭성 조사
L.C 5	2	북단측	20km/h	2, 3차로	남→북 외측차로 주행 동적재하시험 및 중첩성 조사
L.C 6	2	남단측	20km/h	2, 3차로	L.C 5의 대칭 동적재하시험 및 중첩성 조사
L.C 7	2	북단측	30km/h	2, 3차로	남→북 외측차로 주행 동적재하시험 및 중첩성 조사
L.C 8	2	남단측	30km/h	2, 3차로	L.C 7의 대칭 동적재하시험 및 중첩성 조사
L.C 9	3	북단측	40km/h	1, 2, 3차로	남→북 외측차로 주행 동적재하시험 및 중첩성 조사
L.C 10	3	남단측	40km/h	1, 2, 3차로	L.C 9의 대칭 동적재하시험 및 중첩성 조사
L.C 11	2	북단측	50km/h	2, 3차로	남→북 외측차로 주행 동적재하시험 및 중첩성 조사
L.C 12	2	남단측	50km/h	2, 3차로	L.C 11의 대칭 동적재하시험 및 중첩성 조사
L.C 13	2	북단측	60km/h (최대속도)	2, 3차로	남→북 외측차로 주행 동적재하시험 및 중첩성 조사
L.C 14	2	남단측	60km/h (최대속도)	2, 3차로	L.C 13의 대칭 동적재하시험 및 중첩성 조사

<그림 2.2>와 <그림 2.3>은 본선의 각 게이지 부착위치와 하중재하경우에 따른 차량재하위치를 나타내었다.

a. Load Case 1 (의사정적-L.C 1)

b. Load Case 2 (의사정적-L.C 2)

c. Load Case 3 (의사정적-L.C 3)

d. Load Case 4 (의사정적-L.C 4)

e. Load Case 5 (동적-L.C 5)

f. Load Case 6 (동적-L.C 6)

g. Load Case 7 (동적-L.C 7)

h. Load Case 8 (동적-L.C 8)

I. Load Case 9 (동적-L.C 9)

J. Load Case 10 (동적-L.C 10)

K. Load Case 11 (동적-L.C 11)

L. Load Case 12 (동적-L.C 12)

M. Load Case 13 (동적-L.C 13)

N. Load Case 14 (동적-L.C 14)

<그림 2.3> 남단접속교(P16-P17)구간 하중재하 경우

3. 남단 램프J1교 구간의 재하시험

3.1 검토 단면

1. 최대 휨모멘트가 작용하는 경간 중앙부

2. 최대 전단력이 작용하는 경간 지점부

단면 A-A 단면 B-B	경간 중앙부(1/2지점) 경간 지점부

<그림 3.1> 남단 램프J1교 재하시험의 측정위치

3.2 하중재하경우 및 게이지 부착위치

의사정적재하시험 및 동적재하시험에서 차량의 재하위치는 램프(J1)의 계측 부재에 가능한 최대 하중이 작용하도록 10가지로 분류하여 차량을 재하 하였다. 동적재하시험의 경우 최대속도는 가속구간과 제동거리 확보를 고려하여 동적재하시험의 경우 최대속도는 최대 60km/h로 하였다.

A. 단면 A-A 정모멘트부 게이지 부착위치

B. 단면 B-B 게이지 부착위치

<그림 3.2> 남단 램프(J1)교 게이지 부착위치

<표 3.1> 램프J1 구간의 재하경우와 측정목적

하중경우 (L.C)	재하 차량수	주행방향	주행속도	주행차로	비고
L.C 1	1	본선→램프	10km/h	1차로	남단 램프J1교 남→북 램프 1차선 주행(A차량)
L.C 2	1	본선→램프	10km/h	2차로	남단 램프J1교 남→북 램프 2차선 주행(B차량)
L.C 3	1	본선→램프	10km/h	3차로	남단 램프J1교 남→북 램프 3차선 주행(A차량)
L.C 4	2	본선→램프	10km/h	1, 2차로	남단 램프J1교 남→북 램프 1, 2차선 주행(A+B차량)
L.C 5	2	본선→램프	10km/h	2, 3차로	남단 램프J1교 남→북 램프 2, 3차선 주행(B+A차량)
L.C 6	2	본선→램프	20km/h	1, 2차로	남단 램프J1교 남→북 동적재하시험(A+B차량)
L.C 7	2	본선→램프	30km/h	1, 2차로	남단 램프J1교 남→북 동적재하시험(A+B차량)
L.C 8	2	본선→램프	40km/h	1, 2차로	남단 램프J1교 남→북 동적재하시험(A+B차량)
L.C 9	2	본선→램프	50km/h	1, 2차로	남단 램프J1교 남→북 동적재하시험(A+B차량)
L.C 10	2	본선→램프	60km/h (최대속도)	1, 2차로	남단 램프J1교 남→북 동적재하시험(A+B차량)

<그림 3.2>와 <그림 3.3>은 각 게이지 부착위치와 하중재하경우에 따른 차량재하 위치를 나타내었다.

a. Load Case 1 (의사정적-L.C 1)

b. Load Case 2 (의사정적-L.C 2)

c. Load Case 3 (의사정적-L.C 3)

d. Load Case 4 (L.C 4)

e. Load Case 5 (의사정적-L.C 5)

f. Load Case 6 (동적-L.C 6)

g. Load Case 7 (동적-L.C 7)

h. Load Case 8 (동적-L.C 8)

I. Load Case 9 (동적-L.C 9)

J. Load Case 10 (동적-L.C 10)

<그림 3.3> 남단 램프J1교(P3-P5)구간 하중재하 경우

※ 각 단면별 게이지 갯수

구 분	남단 접속교	남단 램프J1교	합 계
Strain gauge	19	20	39
변 위 계	7	7	14
가 속 계	1	1	2
합 계	27	28	55

4. 재하시험 수행비용

구 분	유원이엔씨	한국종합시설안전	합 계
남단접속교 및 램프교 총2개소	28,320,600	40,546,000	V.A.T 포함
특이사항	재하시험시 교통관련 협의 :영등포 경찰서 교통안전계 경찰서 협의 15~30일 소요(교통통제계획서, 재하시험계획서, 계약서 첨부)