KDS 설계기준 24 12 11 교량 설계하중조합(한계상태설계법)

2024년 07월 06일 건설엔지니어

1. 일반사항

1.1 적용범위

이 기준은 교량 설계에 사용되는 하중에 대한 최소 요구 조건, 적용 한계, 하중 계수 및 하중 조합을 규정합니다. 또한 기존 교량의 구조적 안전성 평가에도 적용할 수 있습니다.

이 규정은 하중에 대한 최소 요구 조건이므로 발주자의 판단에 따라 이 기준 이상의 하중을 사용할 수 있습니다.

2. 조사 및 계획

내용 없음.

3. 재료

내용 없음.

4. 설계

4.1 하중의 종류와 하중 조합

(1) 하중 계수를 고려한 총 설계 하중은 다음과 같이 결정됩니다.

∑(γi * Qi) * γf

γ_i: 하중 수정 계수 (KDS 24 10 11(1.3.2) 참조)
Q_i: 하중 또는 하중 효과
γ_f: 하중 계수 (표 4.1-1과 표 4.1-2 참조)

(2) 교량의 부재와 연결부는 다음 각 한계 상태에서 규정된 극한 하중 효과의 조합에 대하여 식 (4.1-1)에 의해 검토해야 합니다.

극한 한계 상태 하중 조합 Ⅰ: 일반적인 차량 통행을 고려한 기본 하중 조합 (풍하중은 고려하지 않음)
극한 한계 상태 하중 조합 Ⅱ: 발주자가 규정하는 특수 차량이나 통행 허가 차량을 고려한 하중 조합 (풍하중은 고려하지 않음)
극한 한계 상태 하중 조합 Ⅲ: 거더 높이에서의 풍속 25 m/s를 초과하는 설계 (풍하중을 고려하는 하중 조합)
극한 한계 상태 하중 조합 Ⅳ: 활하중에 비하여 고정 하중이 매우 큰 경우에 적용하는 하중 조합
극한 한계 상태 하중 조합 Ⅴ: 차량 통행이 가능한 최대 풍속과 일상적인 차량 통행에 의한 하중 효과를 고려한 하중 조합
극단 상황 한계 상태 하중 조합 Ⅰ: 지진 하중을 고려하는 하중 조합
극단 상황 한계 상태 하중 조합 Ⅱ: 빙하중, 선박 또는 차량의 충돌 하중 및 감소된 활하중을 포함한 수리학적 사건에 관계된 하중 조합 (차량 충돌 하중 CT의 일부분인 활하중은 제외)
사용 한계 상태 하중 조합 Ⅰ: 교량의 정상 운용 상태에서 발생 가능한 모든 하중의 표준값과 25m/s의 풍하중을 조합한 하중 상태 (교량의 설계 수명 동안 발생 확률이 매우 낮은 하중 조합) – 철근 콘크리트의 사용성 검증, 옹벽과 사면의 안정성 검증, 매설된 금속 구조물, 터널 라이닝 판과 열가소성 파이프에서의 변형 제어에 적용
사용 한계 상태 하중 조합 Ⅱ: 차량 하중에 의한 강구조물의 항복과 마찰 이음부의 미끄러짐에 대한 하중 조합
사용 한계 상태 하중 조합 Ⅲ: 교량의 정상 운용 상태에서 설계 수명 동안 종종 발생 가능한 하중 조합 (부착된 프리스트레스 강재가 배치된 상부 구조의 균열 폭과 인장 응력 크기를 검증하는 데 사용)
사용 한계 상태 하중 조합 Ⅳ: 설계 수명 동안 종종 발생 가능한 하중 조합 (하부 구조는 연직 하중보다 수평 하중에 노출될 때 더 위험하기 때문에 연직 활하중 대신에 수평 풍하중을 고려한 하중 조합) – 부착된 프리스트레스 강재가 배치된 하부 구조의 사용성 검증에 사용 (하부 구조는 사용 하중 조합 Ⅲ에서의 사용성 요구 조건도 동시에 만족하도록 설계)
사용 한계 상태 하중 조합 Ⅴ: 설계 수명 동안 작용하는 고정 하중과 수명의 약 50% 기간 동안 지속하여 작용하는 하중을 고려한 하중 조합
피로 한계 상태 하중 조합: KDS 24 12 21(4.3.2)에 규정되어 있는 피로 설계 트럭 하중을 이용하여 반복적인 차량 하중과 동적 응답에 의한 피로 파괴를 검토하기 위한 하중 조합

(3) 이 기준의 하중 조합들에 적용되는 하중 계수는 표 4.1-1에 정리되어 있습니다. 설계 시 적절한 모든 하중 조합들에 대한 검토가 이루어져야 할 것입니다. 각 하중 조합에서 모든 하중들은 적절한 하중 계수에 의해 곱하여져야 하며, 필요시에는 KDS 24 12 21(4.3.1.2)에 제시된 다차로 재하 계수에 의해 곱하여져야 합니다. 곱하여진 하중들은 KDS 24 10 11(식 (1.3-1))에 의해 조합되고, 최종적으로 KDS 24 10 11(1.3.2)의 하중 수정 계수에 의해 곱하여져야 합니다.

(4) 하중 계수들은 최대 하중 조합 효과가 계산되도록 선정되어야 하며, 각 하중 조합에서 정과 부의 극한 상태가 모두 검토되어야 합니다. 한 하중이 다른 하중의 효과를 감소시키는 하중 조합에서는 그러한 하중에 최소 하중 계수를 적용해야 합니다. 상시 하중 효과에 대해서는 표 4.1-2에 제시된 두 가지 하중 계수 중에서 큰 하중 조합 효과를 주는 하중 계수가 적용되어야 합니다. 반면에 상시 하중 효과가 구조물의 안정성이나 내하 성능의 증가를 가져오는 경우에는 최소 하중 계수가 적용되어야 합니다.

(5) TU, CR 및 SH 하중에 제시된 두 가지 하중 계수 중에서 큰 값은 변형량 계산에 적용되며, 나머지 모든 경우에는 작은 값이 적용됩니다.

(6) 뒤채움이나 얕은 기초 또는 깊은 기초의 설치와 관계없이 사면의 전체 안정성은 KDS 24 12 41(4.1.1)에서 규정된 적절한 저항 계수와 사용 하중 조합 – Ⅰ에 근거하여 평가되어야 합니다.

(7) 온도 경사에 대한 하중 계수 (γ_T)와 침하에 대한 하중 계수 (γ_S)는 공사별 특별 시방에 의해 결정해야 합니다. 공사별 하중 계수 값이 없는 경우에 γ_T와 γ_S는 다음과 같이 결정합니다.

극한 한계 상태와 극단 상황 한계 상태 조합 – 0.0 (고려하지 않음)
활하중이 고려되지 않는 사용 한계 상태 조합 – 1.0
활하중이 고려되는 사용 한계 상태 조합 – 0.5

(8) 세그먼트 방식으로 가설되는 교량에서는 사용 한계 상태에 대하여 식 (4.1-2)의 하중 조합이 고려되어야 합니다.

∑(γi * Qi) * γf + ∑(γj * Qj) * γf

(9) 극단 상황 한계 상태 조합 Ⅰ에서의 활하중 계수 (γ_LL)는 공사별 특별 시방에 의해 결정해야 합니다.

표 4.1-1 하중 조합과 하중 계수 (도로교)

| 하중 | 한계 상태 하중 조합 | DC | DD | DW | EH | EV | ES | EL | PS | CR | SH | LL | IM | BR | PL | LS | CF | WA | BP | WP | WS | WL | FR | TU | TG | GD | SD | EQ | IC | CT | CV | |—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—| | 이 하중들은 한 번에 한 가지만 고려 | 극한 Ⅰ | 1.80 | 1.00 | – | – | 1.00 | 0.50/1.20 | | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극한 Ⅱ | 1.40 | 1.00 | – | – | 1.00 | 0.50/1.20 | | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극한 Ⅲ | – | 1.00 | 1.40 | – | 1.00 | 0.50/1.20 | | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극한 Ⅳ – EH, EV, ES, DW DC만 고려 | – | 1.00 | – | – | 1.00 | 0.50/1.20 | | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극한 Ⅴ | 1.40 | 1.00 | 0.40 | 1.0 | 1.00 | 0.50/1.20 | | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극단 상황 Ⅰ | 1.00 | – | – | 1.00 | – | – | – | 1.00 | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극단 상황 Ⅱ | 0.50 | 1.00 | – | – | 1.00 | – | – | – | – | 1.00 | 1.00 | 1.00 | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 사용 Ⅰ | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.30 | 1.0 | 1.00/1.20 | | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 사용 Ⅱ | 1.00 | 1.30 | 1.00 | – | – | 1.00/1.20 | | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 사용 Ⅲ | 1.00 | 0.80 | 1.00 | – | – | 1.00/1.20 | | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 사용 Ⅳ | 1.00 | – | 1.00 | 0.70 | – | 1.00/1.20 | | – | 1.0 | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 사용 Ⅴ | 1.00 | – | – | – | – | 0.50 | | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 피로 – LL, IM & CF만 고려 | – | 0.75 | – | – | – | – | | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |

표 4.1(철)-1 하중 조합과 하중 계수 (철도교)

| 하중 | 한계 상태 하중 조합 | DC | DD | DW | EH | EV | ES | EL | PS | CR | SH | LL | IM | PL | LS | WA | BP | WP | WS | WL | TU | TG | GD | SD | CF (LF) | SB | LR | EQ | IC | CT | CV | DR | |—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—| | 이 하중들은 한 번에 한 가지만 고려 | 극한 Ⅰ | 1.85 | 1.00 | – | – | 0.50/1.20 | | 1.35 | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극한 Ⅱ | 1.40 | 1.00 | – | – | 0.50/1.20 | | 1.35 | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극한 Ⅲ | – | 1.00 | 1.35 | – | 0.50/1.20 | | – | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극한 Ⅳ – EH, EV, ES, DW DC만 고려 | – | 1.00 | – | – | 0.50/1.20 | | – | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극한 Ⅴ | 1.40 | 1.00 | 0.70 | 1.35 | 0.50/1.20 | | 1.35 | 1.40 | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극단 상황 Ⅰ | 1.00 | – | – | – | – | – | – | – | 1.00 | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극단 상황 Ⅱ | 0.50 | 1.00 | – | – | – | – | – | – | – | – | 1.00 | 1.00 | 1.00 | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 극단 상황 Ⅲ | 1.00 | 1.00 | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 1.00 | – | – | – | – | – | – | | | 사용 Ⅰ | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.30 | 1.0 | 1.00/1.20 | | 1.00 | 1.00 | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 사용 Ⅱ | 1.00 | 1.30 | 1.00 | – | – | 1.00/1.20 | | – | – | 1.30 | 1.30 | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 사용 Ⅲ | 1.00 | 1.00 | 1.00 | – | – | 1.00/1.20 | | 1.00 | 1.00 | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 사용 Ⅳ | 1.00 | – | 1.00 | 0.70 | – | 1.00/1.20 | | – | 1.0 | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 사용 Ⅴ | 1.00 | – | – | – | – | 0.50 | | – | – | – | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | | | 피로 – LL, IM & CF만 고려 | – | 1.0 | – | – | – | – | | – | – | 1.0 | – | | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |

표 4.1-2 하중 계수

| 하중의 종류 | 하중 계수 | 최대 | 최소 | |—|—|—|—| | DC: 구조 부재와 비구조적 부착물 | 1.25 | 1.50 (극한 한계 상태 조합 Ⅳ에서만) | 0.90 | | DD: 말뚝 부마찰력 | 1.80 | 0.45 | | DW: 포장 (도로교), 자갈 도상 (철도교)와 시설물 | 1.50 | 0.65 | | EH: 수평 토압 | 주동 | 1.50 | 0.90 | | | 정지 | 1.35 | 0.90 | | EV: 연직 토압 | 전체 안정성 | 1.00 | – | | | 옹벽 및 교대 | 1.35 | 1.00 | | | 강성 암거 (예, 콘크리트 박스) | 1.30 | 0.90 | | | 뼈대형 강성 구조물 (예, 라멘형) | 1.35 | 0.90 | | | 연성 암거 (예, 파형 강관) | 1.95 | 0.90 | | | 박스형 연성 강재 암거 | 1.50 | 0.90 | | ES: 상재 토 하중 | 1.50 | 0.75 | | EL: 시공 중 발생하는 구속 응력 | 1.0 | 1.0 | | PS: 프리스트레스 힘 | 세그멘탈 콘크리트 교량의 상부, 하부 구조 | 1.0 | 0.5 | | | 비세그멘탈 콘크리트 교량 상부 구조 | 1.0 | 1.0 | | | 비세그멘탈 콘크리트 교량 하부 구조 (- 를 사용하는 경우) | 1.0 | 1.0 | | | 강재 하부 구조 (- 를 사용하는 경우) | 1.0 | 1.0 | | CR, SH: 크리프, 건조 수축 | 세그멘탈 콘크리트 교량의 상부, 하부 구조 | DC에 대한 사용 1.0 | 0.5 | | | 비세그멘탈 콘크리트 교량 상부 구조 | 1.0 | 1.0 | | | 비세그멘탈 콘크리트 교량 하부 구조 (- 를 사용하는 경우) | 1.0 | 1.0 | | | 강재 하부 구조 (- 를 사용하는 경우) | 1.0 | 1.0 |

4.1.2 가설 시 하중에 대한 하중 계수

(1) 구조물과 부속물의 중량에 대한 하중 계수는 1.25 이상의 값을 택해야 합니다.

(2) 발주자에 의해 특별히 제시되지 않은 경우에는 시공 하중, 설비 하중 그리고 동적 효과에 대한 하중 계수는 1.5 이상의 값을 택해야 합니다. 풍하중에 대한 하중 계수 (γ_W)는 1.25 이상의 값이어야 합니다. 모든 다른 하중 계수들은 1.0을 택합니다.

4.1.3 받침 인상과 포스트 텐션 힘을 위한 하중 계수

(1) 발주자에 의해 정하지 않았다면, 사용하는 설계 인상력을 받침 인상 위치에 가장 가까운 지점에 발생하는 고정 하중에 의한 반력의 1.3배보다 작아서는 안 됩니다. 받침 인상 작업 시 교통 통제가 이루어지지 않은 경우에는 활하중 계수를 곱한 활하중에 의한 반력을 포함해야 합니다.

(2) 포스트 텐션의 정착부에 대한 설계력은 최대 긴장력의 1.2배를 택합니다.