	제3장 설 계 기 준

			3.1 개 요 3.2 구조물 설계기준 3.3 하중조합과 구조세목 3.4 설계방법

제3장 설 계 기 준

서부이촌동 보행육교 설치공사 실시설계

□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

3 -

3.1 개 요

설계기준은 구조설계의 가장 기본이 되는 사항이므로 구조물의 중요도, 지형조건 및 경제성을 충분히 고려하여 설정되어야 한다. 본 설계에서는 이들 요소들을 고려하면서 「도로의 구조⦁시설기준에 관한 규칙(2009.2)」, 「도로교설계기준(한계상태설계법)」, 「국도건설공사 설계실무요령(2013.5)」 및 각종 국내도로 설계기준서 등을 참조하여 본 구조물의 설계기준을 정하였다.

3.2 구조물 설계기준

3.2.1 일반사항

본 과업구간의 구조물은 구조적 안전성, 경제성, 사용성, 주변환경과의 조화 및 가능한 동일한 내구 수준과 통일성을 갖도록 다음과 같은 구조물 설계 기준을 적용하여 설계하였다.

3.2.2 적용시방서

본 과업의 구조물 설계기준은 건설교통부 제정 각종 시방서를 따르는 것을 원칙으로 하며 특별한 경우에는 국내 유관기관 및 외국의 시방서 및 지침을 따른다.

도로교설계기준(한계상태설계법)	국토해양부 (2012)

콘크리트구조기준	한국콘크리트학회 (2012)

하천설계기준	국토해양부 (2009)

강도로교 상세부 설계 지침	건설교통부 (2006)

도로설계요령	한국도로공사 (2009)

국도건설공사설계실무요령	국토해양부 (2013)

기타 국토해양부에서 제정한 각종시방서	국토해양부

단, 옹벽과 암거 구조물은 콘크리트구조설계기준에 따른다.

3.2.3 설계방법과 구조물의 적용

1) 허용응력설계법(WSD)

사용재료를 탄성체로 보아 사용하중에 의한 부재응력을, 사용재료의 항복응력을 적절한 안전계수로 나눈 허용응력 이하로 설계하는 방법이다.

2) 강도설계법(USD)

부재의 파괴상태 또는 파괴에 가까운 상태에 기초한 것으로 부재의 저항력은 파괴직전의 공칭강도 Sn (Nominal Strength)에 재료의 결함 등을 고려한 강도감소계수 ø 를 적용하여 설계강도 øSn(Design Strength)으로 하고, 작용하중은 기준하중 Li

(Specified Load)에 불확실성 등을 고려한 하중증가계수 γi(Load Factor)를 적용하여 소요강도 U(=γiLi) (Required Strength)로 하여, 소요강도 U가 설계강도 øSn이하로 되도록 설계하는 방법이다.

ø Sn ≥ ∑(U=γiLi)

3) 한계상태설계법(LSD)

한계상태설계법은 부재, 상세요소의 극한내력강도 또는 한계내역에 기초를 두고 극한/한계하중에 의한 부재력이 부재의 극한/한계 내역을 초과하지 않도록 하는 설계법이다.

[eqn: RM]                   [eqn: rm R _{r} ` GEQ eta _{i} gamma _{i} `Q _{i}]

여기서 [eqn: rm R _{r}] = 계수저항

[eqn: eta _{i}]  = 하중수정계수

[eqn: gamma _{i}]  = 하중계수

[eqn: Q _{i}]  = 하중효과

확률론과 구조신뢰성 이론에 근거한 구조해석 방법이며 구조물이 한계상태를 벗어날 가능성을 적정수준으로 제한하는 설계방법으로 계수저항이 하중효과 등의 값 이상으로 설계하는 방법이다.

또한, 하중 및 저항 관련 설계 안전율 결정은 종래의 설계법과 같이 주로 오랜기간의 경험에만 의존하여 확정적으로 결정하지 않고, 하중과 저항에 관련된 모든 불확실성을 확률 통계적으로 처리하는 구조 신뢰성 이론에 기초하여 결정한다. 따라서 일관성 있는 적정수준의 안전율을 확보할 수 있어 구조물의 신뢰도를 높일 수 있는 보다 합리적이고 새로운 설계법이다.

본 과업 구조물 설계의 적용은 다음과 같다.

→ 철근 콘크리트 구조물

- 강재 구조물

참고로, 도로교설계기준(한계상태설계법)과 도로교설계기준(2010)을 비교 정리하면 다음과 같다.

구 분	도로교설계기준(2010)	도로교설계기준(한계상태설계법)
적용 범위	도로상에 건설하는 지간 200m이하의 교량에 적용	도로교의 설계, 평가 및 보수에 적용
설계법	교량의 안전성을 확보하기 위해 필요한 최소한의 요구조건	공공의 안전을 위해 필요한 최소 필요조건
	강교 : 허용응력설계법(ASD) [eqn: F.S= {R _{n}} over {sum _{} ^{} Qi}] (통상 1.7~1.8 정도 이상 적용)	하중조합 및 강교편 : AASHTO LRFD를 기반으로 개정 [eqn: phi _{i} R _{n} GEQ sum _{} ^{} eta _{i} r _{i} Q _{i}] 여기서, [eqn: phi _{i}] = 강도감소계수 [eqn: eta _{i}] = 하중수정계수 [eqn: r _{i}] = 하중계수
	콘크리트교 : 강도설계법(USD) [eqn: phi R _{n} GEQ sum _{} ^{} r _{i} Q _{i}] 여기서, [eqn: phi] = 강도감소계수 [eqn: r _{i}] = 하중계수)	콘크리트교 : Eurocode 2 기반으로 개정 [eqn: E _{d} LEQ R _{d}] 여기서, [eqn: E _{d}] = 계수하중영향, [eqn: R _{d}] = 설계저항강도 (재료부분안전계수 [eqn: r _{M}] 포함))
설계수명	-	100년
설계하중	DB-24 (표준트럭하중 : 432kN) DL-24 (w = 12.7kN/m)	KL-510 하중 : (표준트럭하중 : 510kN, 표준차로하중 : w = 12.7kN/m)
설계 검토 항목	강도검토 : 인장, 압축, 휨, 전단 등 사용성 검토 : 처짐, 균열, 피로 등	극한한계상태 : 항복, 좌굴, 휨, 전단 등 극단상황한계상태 : 지진, 홍수, 선박충돌 등 사용한계상태 : 응력, 변형 및 균열폭 등 피로와 파단한계상태 : 반복하중, 파단시 등
본과업 적용		◯

3.2.4 설계하중

교량을 설계할 때 고려하여야 할 하중의 종류를 기준에 나열된 모든 하중을 열거하였으며 조건과 구조에 따라 적절한 하중 및 하중의 조합을 선정하여야 하며 반드시 모든 하중을 고려할 필요는 없다.

1) 하중의 종류

지속하는 하중		변동하는 하중
(1) 고정하중 - 구조부재와 비구조적 부착물의 중량 (DC) - 포장과 설비의 고정하중 (DW) (2) 프리스트레스힘 (PS) - 포스트텐션에 의한 2차하중 효과를 포함한, 시공과정 중 발생한 누적 하중효과 (3) 시공중 발생하는 구속응력 (EL) (4) 콘크리트 크리프의 영향 (CR) (5) 콘크리트 건조수축의 영향 (SH) (6) 토압 - 수평토압 (EH) - 상재토하중 (ES) - 수직토압 (EV) - 말뚝부마찰력 (DD)		(7) 활하중 - 차량활하중 (LL) - 상재활하중 (LS) - 보도하중 (PL) (8) 충격 (IM) (9) 풍하중 - 차량에 작용하는 풍하중 (WL) - 구조물에 작용하는 풍하중 (WS) (10) 온도변화의 영향 - 단면평균온도 (TU) - 온도구배 (TG) (11) 지진의 영향 (EQ) (12) 정수압과 유수압 (WA) (13) 부력 또는 양압력 (BP)	(14) 설하중 및 빙하중 (IC) (15) 지반변동의 영향 (GD) (16) 지점이동의 영향 (SD) (17) 파압 (WP) (18) 원심하중 (CF) (19) 제동하중 (BR) (20) 가설시하중 (ER) (21) 충돌하중 - 차량충돌하중 (CT) - 선박충돌하중 (CV) (22) 마찰력 (FR) (23) 케이블 교체 (PS1) (24) 케이블 파단 (PS2)

2) 고정하중

고정하중의 산출은 다음 표의 단위중량을 기준으로 하며 실하중이 명백한 것은 그 값을 사용한다.

재료의 단위 중량(단위 : kg/m3)

재 료	단 위 중 량	재 료		단 위 중 량
강 재, 주 강, 단 철	7,850	목 재		800
주 철	7,250	역 청 재 (방 수 용)		1,100
알 미 늄	2,800	아 스 팔 트 포 장		2,300
철 근 콘 크 리 트	2,500	흙	지하수위 이상	1,800
프리스트레스트콘크리트	2,500		지하수위 이하	1,000
무 근 콘 크 리 트	2,350		뒷채움(φ=35°)	2,000
시 멘 트 , 모 르 터	2,150		뒷채움(φ=30°)	1,900

① 1차 및 2차 고정하중

구 분	적용대상	하중재하
1차고정하중	거더 하중	프로그램 자동 재하
2차고정하중	포장, 데크, 난간 하중	거더에 하중으로 재하

3) 활하중

① 보행육교에 관한 설계이므로 차량활하중은 존재하지 않는다.

② 바닥판과 바닥틀을 설계하는 경우에 보도 등에는 5×10-3  MPa의 보도하중이 설계차량 활하중과 동시에 적용된다.

③ 주거더를 설계하는 경우에 보도 등에는 다음의 등분포하중을 재하한다.

지간장	L ≦ 80	80 < L ≦130	L > 130
등분포하중의 크기(MPa)	5×10-3	(4.3-0.01L)×10-3	3×10-3

4) 풍하중

① 상부구조에 작용하는 풍하중

단 면 형 상	풍 하 중 (kN/m)
[eqn: 1~≦~B/D~〈~8]	[eqn: [ 4.0-0.2 (B/D)]]
[eqn: 8~≦~B/D]	2.4

여기서, [eqn: B] : 교량의 총폭(m)

[eqn: D] : 교량의 총높이(m)

② 하부구조에 작용하는 풍하중

단면형상	풍상측 부재(kPa)	풍하측 부재(kPa)
원 형	1.5	1.5
각 형	3.0	1.5

5) 크리프와 건조수축

① 크리프계수

통상적으로 콘크리트의 크리프만을 고려한다.

② 건조수축률

가. 90  εsh = 14×10-5

나. 365일이후  εsh = 7×10-5

6) 토 압

토압은 벽면에 작용하고 분포하중으로 하며 그 하중강도는 다음과 같다.

① 가동벽 (옹벽, 교대)에 작용하는 토압

가. 사질토

[eqn: p_a ~=~k_A ~ CDOT ~z + k_A CDOT q]

[eqn: p_P ~=~k_P ~ CDOT ~z + k_P CDOT q]

나. 점성토

[eqn: p_a ~=~k_A ~ CDOT ~r CDOT z-2c SQRT {k_A } ~+~k _A CDOT q]      단, [eqn: p_a >= 0]

[eqn: p_p ~=~k_P ~ CDOT ~r CDOT z+2c SQRT {k_P } ~+~k _P CDOT q]

② 고정벽 (라멘벽체, 암거, 날개벽)에 작용하는 토압

[eqn: p_s ~=~k_s ~ CDOT ~z + k_s CDOT q]

여기서, [eqn: r]  : 흙의 단위중량 (kN/m³)

[eqn: p_a] : 깊이[eqn: z]에 대한 주동토압 (kN/m2)

[eqn: p_p] : 깊이[eqn: z]에 대한 수동토압 (kN/m2)

[eqn: p_s] : 깊이[eqn: z]에 대한 정지토압 (kN/m2)

[eqn: k_A] : Coulomb에 의한 주동토압계수

[eqn: k_A ~=~ {cos^2 ( varphi - theta )} over {{cos^2 theta cos ( theta + delta )} LEFT [ {1+} SQRT {sin ( phi + delta ) sin ( phi + alpha)} over {cos ( theta + delta ) cos ( theta - alpha ) } RIGHT ] ^2}}]

[eqn: phi +- alpha 〈 0]의 경우에는 [eqn: sin ( phi +- alpha ) = 0]으로 한다.

[eqn: k_P] : Coulomb에 의한 수동토압계수

[eqn: k_P ~=~ {cos^2 ( varphi + theta )} over {{cos^2 theta cos ( theta + delta )} LEFT [ {1-} SQRT {sin ( phi + delta ) sin ( phi + alpha)} over {cos ( theta + delta ) cos ( theta - alpha ) } RIGHT ] ^2}}]

[eqn: phi +- alpha 〈 0]의 경우에는 [eqn: sin ( phi +- alpha ) = 0]으로 한다.

[eqn: k_S] : 정지토압계수([eqn: =1-sin phi])

[eqn: z] : 토압 [eqn: p_a], [eqn: p_p], [eqn: p_s]가 벽면에 작용하는 깊이(m)

[eqn: c] : 흙의 점착력 (kN/m2)

[eqn: q] : 평상시의 지표재하중 (kN/m2)

[eqn: phi] : 흙의 전단저항각(。)

[eqn: alpha] : 지표면과 수평면이 이루는 각(。)

[eqn: theta] : 벽배면과 연직면이 이루는 각(。)

[eqn: delta] : 벽배면과 흙사이의 벽면마찰각(。)(안정계산용 0, 단면계산용 φ/3)

7) 온도 변화

① 강      교 : [eqn: TRIANGLE T~=~-10℃ ～ +40℃]

② 콘크리트교 : [eqn: TRIANGLE T~=~-5℃ ～+35℃]

8) 지점 침하

하부 구조물들 사이 또는 하부구조물의 세부구조들 사이에서 발생하는 최대 부등침하에 의한 하중을 고려하여야 하나 연직변위 침하량은 10mm으로 한다.

9) 유수압

하부 구조물에 종바향으로 작용되는 유수에 의한 압력은 다음과 같다.

여기서, CD : 항력계수

V  : 설계홍수시의 설계유속(m/s)

10) 지진 하중

지진하중에 관련된 항목은 다음과 같다.

① 지진구역 계수

지진구역	행 정 구 역		지진구역 계수 (재현주기 500년에 해당)
Ⅰ	시	서울특별시, 인천광역시, 대전광역시, 부산광역시, 대구광역시, 울산광역시, 광주광역시	0.11
	도	경기도, 강원도 남부, 충청북도, 충청남도, 경상북도, 경상남도, 전라북도, 전라남도 북동부, 전라남도 남서부
Ⅱ	도	강원도 북부, 제주도	0.07

② 위험도 계수

재현주기(년)	100	200	500	1000	2400	4800
위험도계수	0.57	0.73	1.0	1.4	2.0	2.6

③ 지반 계수

일반교량
지반종류	지반계수, S	지반종류	지반계수, S
지반종류 I	1.0(1.0)	지반종류 III	1.5(2.0)
지반종류 II	1.2(1.5)	지반종류 IV	2.0(2.5)
※ ( ) : 지진격리교량

④ 내진성능목표(설계수명 100년에 대한)

요구내진성능수준	설계지진수준	설계지진의 재현주기	성능검증 수행방법
무손상 수준	설계수명 내 초과확률 63 % 수준	100년	다중모드스펙트럼해석법
기능수행 수준	설계수명 내 초과확률 8 ~ 10 % 수준	1,000년	다중모드스펙트럼해석법
붕괴방지 수준	설계수명 내 초과확률 4 % 수준	2,400년	시간이력해석법

⑤직교지진력 및 변위의 조합

하중조합	다중모드스펙트럼	시간이력해석(붕괴방지 수준)
하중 경우 1	1.0(종방향영향)+0.3(횡방향 및 수직영향)	두개의 직교하는 주축방향(교축 및 교축직각방향)과 하나의 수직방향에 통계학적으로 독립된 지진입력이 동시에 작용하는 것으로 하여 해석
하중 경우 2	1.0(횡방향영향)+0.3(종방향 및 수직영향)
하중 경우 3	1.0(수직영향)+0.3(종방향 및 횡방향영향)
※ 지진력의 수직영향은 케이블교량의 경우에만 적용

⑥설계응답스펙트럼

지진격리교량
탄성지진 응답계수

3.3 하중조합과 구조세목

3.3.1 한계상태 하중조합

⦁극한한계상태Ⅰ : 일반적인 차량통행을 고려한 기본하중조합. 풍하중 미고려

⦁극한한계상태Ⅱ : 발주자가 규정하는 특수차량이나 통행허가차량을 고려한 하중조합. 풍하중                   미고려

⦁극한한계상태Ⅲ : 거더 높이에서의 풍속 25m/sec를 초과하는 설계 풍하중을 고려하는 하중 조합

⦁극한한계상태Ⅳ : 활하중에 비하여 고정하중이 매우 큰 경우에 적용하는 하중조합

⦁극한한계상태Ⅴ : 차량 통행이 가능한 최대 풍속과 일상적인 차량통행에 의한 하중효과를 고려                   한 하중조합

⦁극단상황한계상태Ⅰ : 지진하중을 고려하는 하중조합

⦁극단상황한계상태Ⅱ  : 빙하중, 선박 또는 차량의 충돌하중 및 감소된 활하중을 포함 한 수리학적      사건에 관계된 하중조합

이때 차량충돌하중 CT의 일부분인 활하중은 제외

⦁사용한계상태Ⅰ : 교량의 정상 운용 상태에서 발생 가능한 모든 하중의 표준값과 25 m/s의      풍하중을 조합한 하중상태
철근콘크리트의 사용성 검증에 사용

⦁사용한계상태Ⅱ : 차량하중에 의한 강구조물의 항복과 마찰이음부의 미끄러짐에 대한 하중조합

⦁사용한계상태Ⅲ : 교량의 정상 운용 상태에서 설계 수명 동안 종종 발생 가능한 하중조합
부착된 프리스트레스 강재가 배치된 상부구조의 균열폭과 인장응력 검증에     사용

⦁사용한계상태Ⅳ : 설계수명 동안 종종 발생 가능한 하중조합으로 교량 특성상 하부구조는     연직하중보다 수평하중에  노출될 때 더 위험하기 때문에 연직 활하중 대신에     수평 풍하중을 고려한 하중조합
부착된 프리스트레스 강재가 배치된 하부 구조의 사용성 검증에 사용.       하부구조는 사용하중조합III에서의 사용성 요구 조건도 동시에 만족하도록     설계

⦁사용한계상태Ⅴ : 설계수명 동안 작용하는 고정하중과 수명의 약 50%기간 동안 지속하여      작용하는 하중을 고려한 하중조합

⦁사용한계상태Ⅵ : 설계수명 내 초과확률 63% 지진의 지진하중을 고려하는 하중조합

⦁피로한계상태   : 피로설계트럭하중을 이용하여 반복적인 차량하중과 동적응답에 의한        피로파괴를 검토하기 위한 하중조합

3.3.2 하중계수

하중 한계상태 하중조합	DC, DD, DW EV,ES, EL PS, CR, SH, EH	LL, IM, CE BR, PL, LS, CF	WA BP Wp	WS	WL	FR	TU	TG	GD SD	이 하중들은 한번에 한가지만 고려
										EQ	IC	CT	CV
극한Ⅰ		1.80	1.00	-	-	1.00	0.50 /1.20			-	-	-	-
극한Ⅱ		1.40	1.00	-	-	1.00	0.50 /1.20			-	-	-	-
극한Ⅲ		-	1.00	1.40	-	1.00	0.50 /1.20			-	-	-	-
극한Ⅳ -EH,EV,ES,DW,DC		-	1.00	-	-	1.00	0.50 /1.20	-	-	-	-	-	-
극한Ⅴ		1.40	1.00	0.40	1.00	1.00	0.50 /1.20			-	-	-	-
극단상황Ⅰ			1.00	-	-	1.00	-	-	-	1.00	-	-	-
극단상황Ⅱ		0.50	1.00	-	-	1.00	-	-	-	-	1.00	1.00	1.00
사용Ⅰ	1.00	1.00	1.00	0.30	1.00	1.00	1.00 /1.20			-	-	-	-
사용Ⅱ	1.00	1.30	1.00	-	-	1.00	1.00 /1.20	-	-	-	-	-	-
사용Ⅲ	1.00	0.80	1.00	-	-	1.00	1.00 /1.20			-	-	-	-
사용Ⅳ	1.00	-	1.00	0.70	-	1.00	1.00 /1.20	-	1.0	-	-	-	-
사용Ⅴ	1.00	-	-	-	-	-	0.50	-	-	-	-	-	-
피로 -LL,IM&CF만 고려	-	0.75	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

3.3.3 [eqn: gamma_p]에 관한 하중계수

하중의 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	-	-
⦁전체안정	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	1.0	1.0
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 대한 □ 사용
⦁비세그멘탈콘크리트교량 상부구조	1.0
⦁비세그멘탈콘크리트교량 하부구조	-
□를 사용하는 경우	0.5
□를 사용하는 경우	1.0
⦁강재 하부구조	1.0

3.3.4 사용재료

1) 콘크리트

설계기준 강도 (MPa)	골재 최대치수 (m/m)	적 용
30	19	․ 중분대 구체, 난간방호벽
	25	․ 교량하부구조 (교대, 날개벽) ․ 암거 (구체, 날개벽) ․ 암거유출입부 접속저판 ․ 역T형 옹벽, L형 옹벽 ․ 접속슬래브 (교량 및 암거) ․ 방음벽 기초 ․ 버스정차대 계단
	25(수중)	ㆍ수중콘크리트(현장타설말뚝)
24	25	․ 중력식 옹벽 ․ 단주식 표지판기초
	40	․ 속채움 콘크리트
16	25	․ 버림 콘크리트

* 주 : 현장 여건 및 사용장비에 따라 골재치수는 감독원과 협의 후 변경 가능

2) 철  근

KS D 3504에 적합한 재료를 기준으로 한다.

종 류	항 복 응 력 (MPa)	적 용 구 조 물
SD 400	fy = 400	옹벽, 기초
SD 300	fy = 300	-

3) 일반강재

주부재는 SM 490 및 SM 520 부부재는 SM 400을 기준으로 한다.

종 류	항 복 응 력 (MPa)	허용인장응력 (MPa)	허용전단응력 (MPa)
SM 520	360	210	120
SM 490	320	190	110
SM 400	240	140	80

강종에 대한 부재는 다음을 기준으로 한다.

구 분	강 종	부 재
주부재	SM 490 SM 520	상․하 플랜지, 복부판, 종리브, 수평보강재, 주부재연결판, 지점부 다이아프램, Sole Plate, 교량받침이 설치되는 횡빔 및 보강재, 지점부 수직보강재, 유지보수 Jack-up 수직보강재 등 응력수준이 높은 부재, Rolled Beam, Cover Plate
부부재	SM 400	횡리브, 수직 보강재, 스트링거, 횡빔, 지점부 이외 다이아프램, 부부재 연결판, 횡빔 및 스트링거의 보강재, 주부재와 횡빔 연결부, 브라켓, Plate Girder교의 브레이싱 등 2차적 기능을 가진 보강 부재

4) 재료계수

한계상태하중조합	콘크리트	철근 또는 프리스트레싱 강재
극한한계상태	0.65	0.90
극단상황한계상태	1.0	1.0
사용한계상태	1.0	1.0
피로한계상태	1.0	1.0

5) 허용응력

구 분	설 계 기 준
콘크리트	⦁구조물의 정상적 기능 발휘에 영향을 주는 균열 또는 큰 크리프 변형을 방지하기 위한 콘크리트 허용응력 ① 압축연단응력(유효프리스트레스+사용한계상태 하중조합-V) : ② 압축연단응력(유효프리스트레스+사용하중조합-I) : ⦁가설시 허용응력 ① 콘크리트 압축응력 : ② 콘크리트 인장응력 :
	⦁정착부 지압응력 : 여기서, : 최대인장응력, : 직사각형 단면의 치수 : 긴장 시의 콘크리트 강도
	⦁콘크리트 기준인장 강도 : 여기서, : 콘크리트 평균인장강도 : 콘크리트 평균압축강도

3.3.5 철근콘크리트 구조세목

1) 설계강도

노출환경	부 식
	탄산화에 의한 부식				염화물에 의한 부식			해수의 염화물에 의한 부식
	EC1	EC2	EC3	EC4	ED1	ED2	ED3	ES1	ES2	ES3
최소콘크리트 기준압축강도(MPa)	21	24	30		30		35	30	35

노출환경	콘크리트의 손상
	위험없음	동결/융해 침투				화학적 침투
	E0	EF1	EF2	EF3	EF4	EA1	EA2	EA3
최소콘크리트 기준압축강도(MPa)	18	24		30		30		35

2) 피복두께

피복두께	⦁ 여기서, : 부착에 대한 요구사항을 만족하는 최소피복두께(mm) : 환경조건에 대한 요구사항을 만족하는 최소피복두께(mm) : 고부식성 노출환경에 따른 피복두께 증가값(mm) 5mm(ED1/ES1), 10mm(ED2/ES2), 15mm(ED3/ES3) : 스테인레스 철근을 사용할 때 피복두께 감소값(mm) : 코팅과 같은 추가 보호 조치를 취한 경우 피복두께 감소(mm) : 설계 편차 허용량 (10mm)
	⦁최소피복두께 감소 조건 - 최소 강도보다 다음값 이상 큰 강도를 사용하는 경우 ① E0 등급이나 탄산화에 노출된 경우(EC 등급) : 5MPa ② 염화물이나 해수에 노출된 경우(ED, ES 등급) : 10MPa - 시공과정에서 철근 위치의 변동이 없는 슬래브 형상의 부재인 경우 - 콘크리트 제조할 때 특별한 품질관리방안이 확보되었다고 승인받은 경우

3) 철근 및 프리스트레싱 강재의 내구성을 고려한 최소피복두께, (mm)

강재종류	노출등급
	E0	EC1	EC2/EC3	EC4	ED1/ES1	ED2/ES2	ED3/ES3
철 근	20	25	35	40	45	50	55

4) 최소철근비

항목	내 용
건조수축 및 온도철근	⦁두께 1200mm 이하인 부재 : ⦁두께 1200mm 초과하는 부재 :
휨부재	⦁과 중 큰 값
압축부재(기둥)	⦁ ⦁
벽 체	⦁수직철근 : , 수평철근 : 수직철근량의 25% 또는 0.001중 큰 값
현장타설말뚝	⦁ ⦁ ⦁

3.3.6 철근의 정착길이와 겹이음 길이

철근의 정착길이와 겹이음길이는 콘크리트구조설계기준(2012)에 따라 다음과 같이 적용하였다.

1) 기본정착길이[eqn: { l}_{db }]

① 인장이형철근 [eqn: { l}_{db } ~=~ { 0.6 CDOT { d}_{b } CDOT { f }_{y } } over { SQRT { { f }_{ck } } } ~ >= ~30cm]

② 압축이형철근 [eqn: l _{db} `=~ {0.25 CDOT d _{b} CDOT f _{y}} over {sqrt {f _{ck}}} ` >= `0.04 CDOT d _{b} CDOT f _{y} `and`30cm]

2) 정착길이[eqn: { l}_{d}]

기본정착길이[eqn: { l}_{db }]에 철근정착조건을 고려하는 다음의 보정계수를 곱하여 정착길이[eqn: { l}_{d}]를 산정한다.

보 정 계 수	적 용		철근직경	정착길이[eqn: { l}_{d}]
α(철근배근 위치계수)	∙상부철근 1.3 ∙기타철근 1.0		D19 이하	0.8αβλ[eqn: { l}_{db }]
		➡
β(에폭시 도막계수)	∙도막되지 않은 철근 1.0
λ(경량콘크리트 계수)	∙보통콘크리트 1.0		D22 이상	1.0 αβλ[eqn: { l}_{db }]

3) 겹이음길이

겹침 이음 길이	겹이음길이
A급 이음 (배근된 철근량이 이음부 전체구간에서 해석결과 요구되는 소요철근량의 2배 이상이고 소요 겹침이음길이 내 겹침이음된 철근량이 전체철근량의 1/2이하인 경우	1.0[eqn: { l}_{d}]
B급 이음(위에 해당되지 않는 경우)	1.3[eqn: { l}_{d}]

4) 이형철근의 정착길이 및 겹침이음길이

① 이형철근 정착의 일반사항

가. 철근 콘크리트 부재 각 단면의 철근에 작용하는 인장력 또는 압축력이 단면의 양측에서 발휘될 수 있도록 묻힘길이, 갈고리, 기계적 정착, 또는 이들의 조합에 의해 철근을 정착하여야 한다.

나. 철근의 정착길이를 산출하기위해 사용하는 [eqn: root{f_ck}]값은 8.37 MPa를 초과하지 않아야 한다.

② 이형철근의 정착길이

[eqn: l_d``=``{0.90``d_b``f_y} over root{f_ck}``{alpha``beta``gamma``lambda} over {left({c``+``K_tr} over d_b right)}]

[eqn: pile{&l_d``````:````인장이형철근의~정착길이~(rm mm)~~~# &d_b``````:````철근의~공칭직경~(rm mm)~~~~~~~~~~~# &~~f_y``````:````철근의~설계기준항복강도~(rm MPa )# &~~f_ck``````:````콘크리트의~설계기준강도~(rm MPa )}]

가. [eqn: alpha``=``]철근 배근 위치계수 : 1.3(상부철근), 1.0(기타)

나. [eqn: beta``=``]에폭시 도막계수 : 1.5 (피복두께 3[eqn: d_b]미만 또는 순간격이 6[eqn: d_b] 미만

도막철근)

1.2 (기타도막), 1.0(도막되지 않은 철근)

다. [eqn: lambda``=] 경량콘크리트계수 : 1.3([eqn: f_sp]가 주어지지 않은 경량콘크리트)

1.0이상([eqn: f_sp]가 주어진 콘크리트 : [eqn: {`root{f_ck}} over{ 1.76f_sp}``≥``1.0])

1.0(보통콘크리트)

에폭시 도막철근이 상부 철근인 경우에 상부 철근의 보정계수 [eqn: alpha]와 에폭시 도막계수 [eqn: beta]의 곱 [eqn: alpha``beta``]가 1.7보다 클 필요는 없다.

라. [eqn: gamma``=] 철근 또는 철선의 크기계수 : 0.8(D19이하), 1.0(D22이상)

마.  c = 철근간격 또는 피복두께에 관련되는 치수

철근의 중심으로부터 콘크리트 표면까지의 거리와 철근의 중심 거리의 1/2중 작은 값

바. [eqn: K_tr``=] 횡방향 철근지수

횡방향 철근이 배근되어 있더라도 설계를 간편하게 하기 위해 [eqn: K_tr``=``0]으로 사용. 위의 정착길이는 철근직경과 c값에 의해 정해지며, 정착길이를 이용한 겹침이음길이를  인장이형철근의 겹침이음길이 산출의 항에서 도표로 정리하였으며,  설계에 적용하였다.

단, 제시한 C값 이외의 경우는 별도 계산하여 감독관과 협의하여 적용하여야 한다.  단, [eqn: C+K_tr OVER d_b] ＜ 2.5 이하이어야 한다.

③ 압축이형철근의 정착길이

압축이형철근의 정착길이는 아래의 식에 의해 구하여야 하며

[eqn: l_d``=``{0.25``d_b``f_y} over root{f_ck}``>``0.04``d_b``f_y``]

최소 20cm 이상 확보하여야 한다.

④ 인장이형철근의 이음

인장이형철근의 겹칩이음길이 산출은 인장이형철근의 정착길이에 의해 배근된 철근에 따라 이음의 종류를 다음과 같이 정한다.

가. 인장을 받는 이형철근의 이음은 A급, B급으로 분류하며, 최소 30cm 이상이어야 한다.

나. A급 이음 : [eqn: 1.0``l_d]    B급 이음 : [eqn: 1.3``l_d]

다. 용접이음과 기계적 연결(커플러 사용)은 다음 규정을 따라야 한다.

- 용접이음은 철근의 설계기준 항복강도 [eqn: f_y``]의 125%이상을 발휘할 수 있는 완전용접이어야 한다.

- 기계적 연결은 철근의 설계기준 항복강도 [eqn: f_y``]의 125%이상을 발휘할 수 있는 완전 기계적연결이어야 한다.

⑤ 압축이형철근의 이음

가. 압축이형철근의 겹침이음길이는 다음 식에 따라 구하여 적용한다.

[eqn: f_y``=``400``{rm{MPa}}``이하````-````0.072``f_y``d_b``이상``,``30``{rmcm}``이상]

[eqn: f_y``=``400``{rm{MPa}}``초과````-```(`0.13``f_y``-``24)``d_b``이상,``30``{rmcm}``이상]

나. 콘크리트의 설계기준강도가 [eqn: 21``rm MPa]미만인 경우는 겹이음길이를 1/3증가시켜야 한다

3.4 설계방법

3.4.1. 보행육교 설계 절차

한계상태설계법에 관한 일반적인 설계 절차는 다음과 같다.

교 량 설 계 흐 름 도
	교량등급 결정(교량의 중요도 및 대표신뢰도지수 결정)
	교량의 설계수명 및 부재별 사용수명의 결정
	교량의 전체 Layout 및 단면 가정
	한계상태별 저항수정계수의 산정
	노출환경에 따른 내구성 설계등급 결정 (설계 피복두께, 염화물 확산계수 등 결정)
	설계하중 및 한계상태별 하중조합의 산정
				N.G
	가설단계를 고려한 초기치 해석 (초기평형상태의 완성계 모델 완성)
			가설중 한계상태 검증
					O.K
	전체계 해석
	종방향해석			횡방향해석(필요시)
	내진 해석
		한계상태 검증 (극한, 피로, 사용)		N.G
		극단한계상태		N.G
	설계완료

3.4.2 부재설계 일반

1) 철근콘크리트

① 응력-변형률 관계

구 분

설 계 기 준

응력변형률

곡선

: 콘크리트에 대한 재료계수

: 압축강도에 대한 유효계수(0.85)

설계상수

(MPa)	18	21	24	27	30	35	40	50	60	70	80	90	비 고
	2.0							1.92	1.50	1.29	1.22	1.20
(‰)	2.0							2.1	2.2	2.3	2.4	2.5
(‰)	3.3							3.2	3.1	3.0	2.9	2.8

② 설계강도

구 분		설 계 강 도	비 고
콘크리트	설계압축강도		: 인장강도 유효계수 : 0.85(쪼갬인장강도) : 1.00(그외 모든 경우)
	설계인장강도
철근	설계항복강도

3.4.3 극한한계상태 검토

⦁중립축이 단면 내에 있을 경우 - 콘크리트 압축연단 변형률 ≤ 한계변형률() - 철근과 프리스트레스 강재의 극한한계변형률 ≤ 설계한계변형률() ⦁중립축이 단면 내에 있을 경우 - 콘크리트 압축연단 변형률 : ⦁박스형 단면 거더의 압축 플랜지처럼 중심 축압축력이 작용하는 부재
⦁철근 및 프리스트레스 콘크리트의 부재는 힘의 평형조건과 변형적합조건을 만족해야 함 ⦁축하중 부재는 최소편심의 의한 값 이상 ⦁외부에 설치한 긴장재의 변형률은 긴장력 도입 후의 초기 변형률과 접촉구간 내에 발생하는 변형에 따른 증가분 고려 ⦁프리스트레스 구조물의 취성파괴 방지 - 사용하중조합-Ⅲ에서 긴장재 수를 가상으로 감소시켜 휨모멘트를 저항할 수 있도록 설계 - 최소철근량 여기서, : 프리스트레스 영향을 무시한 거더의 균열모멘트, : 철근만에 의한 단면 내부팔길이

3.4.4 전단설계

⦁스트럿-타이 모델에 따라 설계된 부재를 제외하고는 전단력이 작용하는 부재의 단면은 를 만족하는지 검증해야 함

1) 전단보강철근이 없는 부재

⦁전단보강철근이 없는 콘크리트 부재 - 설계전단강도 - 최소설계전단강도 여기서, : 콘크리트 인장강도(MPa)
⦁전단철근이 없고 휨균열이 없는 프리스트레스 부재 - 설계전단강도 여기서, : 도심축 위쪽 단면의 도심축에 대한 단면1차모멘트 : 프리텐션 부재( : 전달길이 시작점부터 검토하는 단면까지 거리) = 1.0 : 기타 프리스트레스 부재( : 프리스트레싱 긴장재의 전달길이) (MPa) : 압축인 경우 + ⦁받침점 내면으로부터 인 구간 내에 하중이 작용 하는 깊은 부재 - 설계전단강도 여기서,

2) 전단보강철근이 배치된 부재

⦁전단보강철근이 배치된 부재는 트러스 모델을 기반으로 설계

여기서, 경사각 :

⦁수직 스트럽이 배치된 부재

- 설계전단강도 :

- 콘크리트 부재 최대설계전단강도 :

- 프리스트레스 부재 최대설계전단강도 :

여기서,    :
:
:

여기서,  = 계수하중에 의해 단면에 유발된 평균 압축 응력

- 최대 허용전단철근량

⦁받침점 내면으로부터 인 구간 내에 하중이 작용 하는 깊은 부재

- 설계전단강도 :

⦁작용 전단력 Vu에 의해 종방향 철근에 발생하는 추가 인장력

3) 계면전단

⦁플랜지 내민부와 복부 사이 연직 계면의 작용 하중에 의한 종방향 전단응력 :

⦁횡방향 소요 철근량 :

여기서, = 플랜지 내의 횡방향 철근 간격
압축플랜지 :
인장플랜지 :

⦁플랜지 콘크리트의 압축 파괴를 방지하기 위한 조건 :

3.4.5 사용한계상태

1) 최소 설계 등급

노출환경	최 소 설 계 등 급
	포스트 텐션	프리 텐션	비부착프리스트레싱	철근콘크리트
건조 또는 영구적 수중 환경(EC1)	D	D	E	E
부식성 환경 (습기 또는 물과 장기간 접촉 환경; EC2, EC3, EC4 )	C	C	E	E
고부식성 환경 (염화물 또는 해수에 노출된 환경; ED1, ED2, ED3, ES1, ES2, ES3)	C	B	E	E

2) 사용 한계값

설계등급	한계상태 검증을 위한 하중조합		한계균열폭(㎜)
	영(0)응력 한계상태	균열폭 한계상태
A	사용하중조합-I	-	-
B	사용하중조합-III/IV	사용하중조합-I	0.2
C	사용한계상태 하중조합-V	사용하중조합-III/IV	0.2
D	-	사용하중조합-III/IV	0.3
E	-	사용한계상태하중조합-V	0.3

3.4.5 균열검토

⦁구조물의 기능과 내구성을 손상시키거나 외관상 수용할 수 없을 정도의 균열폭은 제한

⦁인장응력이 유발되는 영역으로 균열제어가 필요한 부재에서는 최소철근량을 배치 :

⦁유효 프리스트레스와 사용하중조합-Ⅰ에 의해 콘크리트가 압축 상태에 있으면, 프리스트레스 부재의 단면에는 최소 철근량이 필요 없음

1) 간접균열제어

⦁균열이 직접하중에 의해 주로 발생하는 부재에서 최소 철근량 조건을 만족하고, 배치된 철근이 최대 지름과 최대 철근간격 중 하나를 만족한다면 균열폭이 허용 한계값 이내에 있다고 간주

⦁균열이 간접하중인 변형 구속에 의해 지배적으로 발생하는 부재에서 최소 철근량 조건을 만족하고, 적합한 하중 조합과 균열 단면을 기준으로 계산한 철근 응력에서 최대 철근 지름을 초과하지 않는 철근을 배치했을 때, 균열폭이
허용 한계값 이내에 있다고 간주

철근응력 (MPa)	최대 철근 지름(mm)			철근응력 (MPa)	최대 철근 간격(mm)
	철근콘크리트	프리스트레스트			철근콘크리트 순수휨 단면	철근콘크리트 순수인장 단면	프리스트레스 콘크리트 단면
160	32	25		160	300	200	200
200	25	16		200	250	150	150
240	16	13		240	200	125	100
280	14	8		280	150	75	50
320	10	6		320	100	-	-
360	8	5		360	50	-	-

3) 균열폭 계산

⦁균열폭 계산 :

여기서,

: 균열면에서 계산한 철근 인장응력

: 첫 균열이 발생할 때 유효한 콘크리트 인장강도, t≥28일에서의

: 단기하중일 경우 0.6, 장기하중일 경우 0.4

: 유효 철근비

3.4.6 처짐검토

구 분	허 용 처 짐 한 계 값
	단순 및 연속경간	캔틸레버
사용하중과 충격에 의한 처짐	1/800	1/300
보행자 교량 처짐	1/1,000	1/375

3.4.7 하부구조 설계

1) 교대설계

⦁압출시에 발생하는 하중으로 구조물의 안전성 검토 수행

⦁역T형 교대의 벽은 캔틸레버 보로서 설계

⦁교대흉벽은 윤하중 및 토압에 대하여 설계

2) 교각설계

⦁교각 시공중 안전성 검토 수행

⦁교각의 두부보 설계는 3차원 Solid 요소로 상세한 유한요소 해석을 수행

⦁교각의 기초는 하중흐름을 고려하여 스트럿-타이 모델을 적용

⦁현장 타설말뚝은 각 지반층의 특성을 고려한 스프링으로 모델링하여 해석을 수행

3.4.8 강교 상부 설계 흐름도

여기서, N.M : 부모멘트 (Negative Moment)

P.M : 정모멘트 (Positive Moment)