1. 일반사항
1.1 적용범위
- 이 기준은 교량의 신축이음과 받침, 지진격리받침의 설계 및 선정에 관한 요구사항을 기술하고 있다.
- 이 기준에서 사용하는 단위는 별도의 언급이 없는 한 MPa, mm, rad, ℃를 사용한다.
- 이 기준에서 기술하고 있는 기타시설 이외에도 해당 시설 및 장치의 안정성과 적절성이 기술적으로 확인된 경우에는, 이를 이용한 개선된 설계를 인정한다.
1.2 용어정의
1.2.1 신축이음관련 용어
- 개방형 신축이음: 신축이음을 통해 물이나 불순물의 침투를 허용하는 신축이음
- 교축방향 축에 대한 회전: 교량의 주경간에 평행한 축에 대한 회전
- 교축직각방향 축에 대한 회전: 교량의 교축직각방향에 평행한 축에 대한 회전
- 교축방향 신축이음: 바닥판이나 상부구조를 두개의 독립 구조계로 분리하기 위해서 경간 방향으로 평행하게 설치되는 신축이음
- 구속장치: 상부구조들 또는 상부구조와 하부구조 사이에 설치되어 느리게 발생하는 온도 신축은 허용하면서 지진 또는 기타 동적으로 발생하는 하중을 전달하는 장치
- 밀폐형 신축이음: 신축이음을 통해 오물이 들어가는 것을 완전히 방지한 신축이음
- 방수형 신축이음: 구조물로의 누수를 방지하기 위해 신축이음 아래에 물받이를 설치해 놓은 개방형 또는 밀폐형 신축이음
- 반복-제어 신축이음: 일체식 교량에서 접속 슬래브(approach slab)와 교량과의 반복적인 교축방향 이동을 흡수하기 위해 설치되는 교축직각방향 접속 슬래브 신축이음
- 봉함재: 습기 및 불순물이 신축이음을 통과하는 것을 방지하도록 설치되는 고무 또는 기타 탄성재
- 봉함재형 신축이음: 봉함재(seal)를 가지고 있는 신축이음
- 시공이음: 단계별 순차적인 시공을 위해 사용되고 있는 임시 이음
- 일체식교량: 상부구조와 하부구조가 일체로 되어 있는 교량
- 이음: 두 부재사이의 구조적 불연속점
- 이동: 교량의 교축방향이나 교축직각방향의 수평변위
1.2.2 받침관련 용어
- 검사(inspection): 정기적인 관찰, 기록, 보고의 작업
- 경질 크롬면(hard chromium surface): 경질 크롬 층으로 도금된 강재의 지지 요소
- 교체(replacement): 받침의 주요 부품 또는 받침 전체에 대한 갱신
- 누적이동거리(accumulated slide path): 변동 회전에 의해 발생하는 상대 이동의 합
- 내부 봉함링(internal seal): 압축을 받고 있는 탄성중합체가 피스톤과 포트 사이로 돌출하는 것을 방지하기 위한 포트받침의 구성요소
- 마찰계수(coefficient of friction): 수평하중(저항 하중 )과 수직하중()의 비
- 미끄럼 탄성받침(sliding elastomeric bearing): 일방향 또는 이방향으로 수평 이동을 수용하기 위하여 미끄럼 요소와 결합된 탄성받침
- 미끄럼 판(sliding plate): 받침이 미끄럼 요소와 결합될 때 받침의 상부 미끄럼 표면과 접촉하는 구성 요소
- 미끄럼 포트받침(sliding pot bearing): 일방향 또는 모든 방향으로의 수평 이동을 수용하기 위하여 미끄럼 요소와 결합된 포트받침
- 받침(bearings): 상부구조의 하중을 하부구조로 전달시키고, 하중·회전·크리프·건조수축·온도변화 등에 의한 상부구조의 이동을 가능하게 하는 부속시설
- 받침시스템(bearing system): 상부 구조의 이동 및 하중전달을 제공하는 받침의 조합 시스템
- 배치(batch): 동일한 생산설비로 동일한 부품 생산에 사용되는 탄성중합체 각각의 배합 또는 배합의 혼합물
- 보수(servicing): 청소, 기름칠, 페인팅 및 사소한 결점에 대한 복구
- 복합 재료(composite material): 가이드에 사용되는 미끄럼 재료
- 스트립받침(strip bearing): 받침의 길이가 너비의 최소 10배인 평패드받침
- 미끄럼면(sliding surface): 상대변위를 수용하기 위하여 이종 재료로 이루어진 한 쌍의 평면 또는 곡면의 조합
- 미끄럼재(sliding materials): 미끄럼면을 형성하는 재료
- 유도장치(guide): 미끄럼 받침에서 특정 축에 대해 구속하는 요소
- 유지관리(maintenance): 보수 및 교체작업
- 윤활제(lubricant): 고무패드와 금속 사이의 마찰력을 감소시킴으로써 마모현상 뿐만 아니라 회전강성을 감소시키는 그리스
- 외부 봉함재(external seal): 피스톤과 포트의 유격으로 인한 수분과 먼지 침투를 방지하는 포트받침의 구성요소
- 적층받침(laminated bearing): 하나 이상의 강판이 고무와 화학적으로 결합하여 내부적으로 보강된 탄성받침
- 접촉면(mating surface): 복합 재료가 미끄러지는 단단하고 매끄러운 금속 표면
- 정기검사(regular inspection): 측정 작업 없는 정밀 육안검사
- 주요검사(principle inspection): 정기 검사와 유사하나 보다 세부적이며 정밀 측정 작업을 포함함
- 지점(support): 상대 이동 및 구조부재로 하중전달을 위한 받침을 포함하는 모든 가설조치
- 지지판(backing plate): 미끄럼 재료를 지탱하는 받침의 구성요소
- 평패드받침(plain pad bearing): 탄성중합체 내부에 이종 재료가 없고 일체로 경화된 탄성받침
- 포트(pot): 내부 공간에 탄성패드, 피스톤, 내부 봉함링을 수용할 수 있는 포트받침의 구성요소
- 포트받침(pot bearing): 포트에 밀폐된 탄성패드가 피스톤 하중과 회전운동을 수용할 수 있는 받침
- 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE): 열가소성으로서 낮은 마찰계수를 갖는 재료
- 피스톤(piston): 탄성패드에 압력을 가하여 하중을 전달하는 포트받침의 구성요소
- 탄성받침(elastomeric bearing): 한 개 이상의 강판으로 보강되어 경화된 탄성중합체 블록으로 이루어진 받침
- 탄성중합체(elastomer): 압력을 가했을 때 변형이 발생하지만 압력을 제거하면 초기의 형상과 크기로 복원되는 고분자 물질
- 탄성패드(elastomeric pad): 받침에 회전성능을 제공하는 포트받침의 구성요소
1.2.3 지진격리받침관련 용어
- 고감쇠고무지진격리받침(high-damping rubber bearing, HDR): 고무의 조성을 조절하고 첨가물을 사용하여 상대적으로 큰 감쇠비를 갖도록 제작된 지진격리받침
- 공칭 압축응력: 장기적으로 지진격리받침에 가해지는 압축응력으로서 안전율을 감안하여 제조사가 추천하는 값
- 구조 기술자: 교량 구조의 지진격리설계에 대한 책임을 맡고 있고 지진격리받침의 요구 사항들을 지정할 책임이 있는 사람
- 극한특성(ultimate properties): 압축하중과 전단하중을 재하 하였을 때 좌굴(buckling), 파단(breaking) 혹은 삐져나옴(롤아웃, roll-out) 등이 발생하는 지점에서의 지진격리받침의 특성
- 극한 특성 다이아그램(UPD: Ultimate Property Diagram): 지진격리받침에 있어서 압축응력과 좌굴 혹은 파괴 시의 전단변형률의 상관관계를 나타내는 곡선
- 납삽입지진격리받침(LRB: Lead Rubber Bearing): 납봉을 탄성중합체 블록에 삽입하여 납의 전단변형이 감쇠효과를 나타내도록 제작된 지진격리받침
- 내부 고무: 지진격리받침의 보강철판 사이에 있는 고무층
- 덮개 고무: 보강철판과 고무층을 번갈아 적층한 지진격리받침에 있어서보강철판의 부식을 방지하고 산화작용, 자외선 기타 자연 상태의 열화 요인으로부터 내부 고무층을 보호할 목적으로 가황처리 이전에 내부 고무와 보강철판을 바깥쪽에서 둘러싸는 고무
- 삐져 나옴 : 맞춤못(dowel 또는 recess)으로 연결된 지진격리받침이 전단 변위를 받아 불안정해진 상태
- 선형천연고무받침(LNR: Linear Natural Rubber bearing): 전단하중과 전단변형의 관계가 선형적 특성을 가지고 있고, 감쇠비가 상대적으로 작은 지진격리받침으로서 천연고무를 재료로 제작됨.
- 설계 압축 하중: 구조물에 의해 지진격리받침에 장기적으로 가해지는 압축 하중
- 압축-전단 시험 기계: 지진격리받침에 일정한 압축하중을 유지하는 상태에서 전단 하중을 가함으로써 지진격리받침을 시험하는 설비
- 유효 재하 면적: 지진격리받침에서 수직 하중을 버티는 면적으로서 보강철판의 면적과 동일
- 유효폭: 사각형 지진격리받침에서 내부 고무의 짧은 변 길이를 의미하며 이 방향으로는 전단변형이 구속되지 않음.
- 정기 시험(Routine test): 지진격리받침의 생산 도중 혹은 생산 후에 지진격리받침의 품질관리를 위해 실시하는 시험
- 좌굴: 압축-전단 하중을 받는 상태에서 지진격리받침이 안정성을 잃는 상태
- 지진격리받침(seismic isolation bearing): 교량에 고유주기 이동, 지진력 분산, 지진에너지 감쇠 기능을 부여하여 교량을 지진으로부터 보호하는 받침으로서, 여기서는 선형천연고무받침, 고감쇠고무지진격리받침, 납삽입지진격리받침 등을 대상으로 함
- 지진격리받침의 수평특성 : LNR : 전단강성() : HDR : 전단강성()과 등가감쇠비() : LRB : 항복 후 전단강성()과 특성 하중() : EDC : 사이클 당 소산되는 에너지
- 지진격리받침의 압축특성(compressive properties of elastomeric isolators) : 지진격리받침의 압축강성()
- 지진격리받침의 파괴: 압축(또는 인장)-전단 하중에 의한 지진격리받침의 파손
- 최대 압축응력: 지진 시에 지진격리받침에 장기적으로 작용하는 최대 압축응력
- 형식 시험(Type test): 제품 개발 단계에서 재료의 특성과 지진격리받침의 성능에 대한 검증, 혹은 요구되는 설계사양을 만족하는가를 확인하기 위하여 실시하는 시험
- 1차 형상계수: 보강 철판 사이에 있는 하나의 내부 고무층에 대하여 변형이 자유로운 면적에 대한 유효 재하면적의 비율
- 2차 형상계수: 원형 지진격리받침일 경우 내부 고무층의 총 두께에 대한 내부 고무층의 지름의 비, 사각형 지진격리받침일 경우 내부 고무층의 총 두께에 대한 내부 고무층의 유효폭의 비
1.3 기호정의
1.3.1 신축이음관련 기호
- = 차량 진행방향으로 산정한 신축이음 노면 최대 틈새 간격(mm)(4.1.3.1)
1.3.2 받침관련 기호
- = 탄성받침 단면적(4.2.3.2)
- = 가동받침 이동량 계산을 위한 콘크리트 단면적(4.2.2.3)
- = 탄성받침의 감소 유효면적(4.2.3.8)(4.2.3.11)(4.2.3.12) = 슬라이딩면의 유효접촉면적(4.2.5.3)(4.2.6.9)
- = 탄성받침 유효 단면적(4.2.3.7)
- = 원형 받침의 전체 직경(4.2.3.4) = 포트 내부 직경(4.2.4.3)(4.2.4.9)
- = 원형 적층받침의 유효직경(4.2.3.4)(4.2.3.12)
- = 탄성중합체의 체적탄성계수(4.2.3.13)
- = 가동받침 이동량 계산을 위한 콘크리트 탄성계수(4.2.2.3) = 탄성받침의 압축탄성계수(4.2.3.2)
- = 포트의 탄성계수(4.2.4.9)
- = 탄성받침에 작용하는 수평하중(4.2.3.12)
- = 탄성받침의 수직설계하중(4.2.3.8)(4.2.3.11)(4.2.3.12)
- = 탄성받침의 전단탄성계수(4.2.3.2)
- = 포트의 깊이(4.2.4.3)
- = 고정되지 않는 탄성받침의 마찰계수 계산을 위한 계수(4.2.3.12)
- = 탄성받침의 수평 전단강성(4.2.3.2) = 보강판에 발생한 인장응력을 고려하기 위한 계수(4.2.3.11)
- = 하중 종류에 따라 탄성중합체의 최대설계변형률 계산을 위한 계수(4.2.3.6)
- = 탄성받침에서 복원모멘트 계수(4.2.3.13)
- = 탄성받침의 수직 압축강성(4.2.3.2)
- = PTFE 직경(4.2.6.6)
- = 포트받침에서 탄성패드에 발생하는 최대구속모멘트(4.2.4.3)
- = 탄성받침에서 복원모멘트 설계값(4.2.3.13)
- = 포트받침에서 피스톤과 포트벽의 마찰에 의한 모멘트(4.2.4.3)
- = 프리스트레싱 직후의 PS강재에 작용하는 인장력(4.2.2.3)
- = 포트받침에서 피스톤과 포트 접촉면의 반경(4.2.4.9)
- = 탄성받침에서 이동변위에 의해 구조물에 가해지는 힘(4.2.3.13)
- = 형상계수(4.2.3.7)
- = 최소두께의 탄성중합체 내부 층에 대한 형상계수(4.2.3.12)
- = 탄성중합체의 전체 공칭두께(4.2.3.12)(4.2.3.13)
- = 상하 덮개를 포함한 탄성중합체의 총 두께(4.2.3.9)
- = 탄성중합체의 총두께(4.2.3.2)
- = 고정장치의 설계강도(4.2.2.2)
- = 받침의 설계강도(4.2.2.2)
- = 받침에 작용하는 전단력(4.2.2.2)
- = 받침의 전체 나비(직사각형 받침에서 단변)(4.2.3.4)
- = 적층탄성받침의 유효나비(보강판의 나비)(4.2.3.4)(4.2.3.8)(4.2.3.12)
- = 받침의 전체 길이(직사각형 받침에서 장변)(4.2.3.4)
- = 적층탄성받침의 유효 길이(보강판의 길이)(4.2.3.4)(4.2.3.8)
- = 미끄럼 요소들 간의 유격(4.2.6.6)
- = 포트받침에서 탄성패드 직경(4.2.4.6)
- = 슬라이딩 곡면에서 편심(4.2.5.3)
- = PTFE의 돌출길이(4.2.6.6)
- = 거더의 중립축으로부터 받침의 회전중심까지의 거리(4.2.2.3)
- = 포트받침에서 탄성중합체의 허용압축응력(4.2.4.6)
- = PTFE 설계압축강도(4.2.5.3)(4.2.6.6)
- = 재료의 항복 강도(4.2.3.11)(4.2.4.9)
- = 신축거더길이(4.2.2.3)
- = 탄성받침의 자유 힘 둘레(4.2.3.7)
- = 받침 개수(4.2.2.4)
- = 적층탄성받침의 총 두께(4.2.3.4)
- = 압축시 탄성중합체의 유효두께(4.2.3.7)
- = 개별 탄성중합체 층 두께(4.2.3.4)(4.2.3.10)
- = 개별 탄성중합체 층 중 가장 작은 두께(4.2.3.10)
- = 포트받침에서 탄성패드 최소 두께(4.2.4.6)
- = PTFE 두께(4.2.6.6)
- = 보강판 두께(4.2.3.4)
- = 적층탄성받침에서 내부보강판 양면의 탄성중합체 두께(4.2.3.11)
- = 적층탄성받침에서 내부보강판 양면의 탄성중합체 두께(4.2.3.11)
- = 이동 변위에 의한 적층탄성받침의 수평 상대 변위(4.2.3.9)
- = 설계하중에 의한 받침의 나비 방향으로의 최대 수평 상대 변위(4.2.3.8)
- = 설계하중에 의한 받침의 길이 방향으로의 최대 수평 상대 변위(4.2.3.8)
- = 적층탄성받침의 총 수직변형(4.2.3.12)(4.2.3.13)
- = 피스톤 면의 폭(4.2.4.9)
- = 열팽창계수(4.2.2.3) = 받침 형식 및 수량에 따른 마찰계수 보정계수(4.2.2.4)
- = 직사각형 받침의 나비 a를 가로지르는 회전각(4.2.3.5)
- = 직사각형 받침의 나비 a, 길이 b를 가로지르는 누적 회전각(4.2.3.5)
- = 직사각형 받침의 나비 a를 가로지르는 회전각(4.2.3.10)(4.2.3.12)
- = 직사각형 받침의 길이 b를 가로지르는 회전각(4.2.3.5)
- = 직사각형 받침의 길이 b를 가로지르는 회전각(4.2.3.10)(4.2.3.12)
- = 원형 받침의 직경 D를 가로지르는 회전각(4.2.3.5)
- = 포트받침의 최대 회전각(4.2.4.3)
- = 건조수축, 크리프의 저감계수(4.2.2.3)
- = 회전에 의한 탄성중합체의 설계변형률(4.2.3.6)(4.2.3.10)
- = 압축하중에 의한 탄성중합체의 설계변형률(4.2.3.6)(4.2.3.8)
- = 수평 이동에 의한 탄성중합체의 설계변형률(4.2.3.6)(4.2.3.9)
- = 탄성중합체의 전체 설계 공칭 변형률(4.2.3.6)
- = 콘크리트의 크리프계수(4.2.2.3)
- = 동적마찰계수(4.2.6.10)
- = 고정되지 않은 탄성받침의 마찰계수(4.2.3.12)
- = 마찰계수(4.2.2.2)
- = 마찰계수(4.2.2.2)
- = 정적마찰계수(4.2.6.10)
- = 상쇄 마찰계수(4.2.2.4)
- = 최대 마찰계수(4.2.2.4)
- = 받침 상부의 거더 회전각(4.2.2.3)
- = 탄성받침의 수직압력(4.2.3.5)
- = 탄성받침의 평균압축응력(4.2.3.12)
- = 접촉응력(4.2.6.4)
- = 가동받침의 총 이동량(4.2.2.3)
- = 활하중으로 거더의 처짐에 의한 가동받침의 이동량(4.2.2.3)
- = 콘크리트의 건조수축에 의한 가동받침의 이동량(4.2.2.3)
- = 온도변화에 의한 가동받침의 이동량(4.2.2.3)
- = 콘크리트의 크리프에 의한 가동받침의 이동량(4.2.2.3)
- = 콘크리트의 건조수축에 해당하는 온도변화(4.2.2.3)
- = 활하중에 의한 포트받침의 회전각 변동(4.2.4.3)
1.3.3 지진격리받침관련 기호
- = 유효 면적; 적층고무 지진격리받침에서 덮개 고무 부분을 제외한 면적(4.3.2)
- = 비지진 전단변위 상태에서 적층 고무 지진격리받침의 상부와 하부가 겹쳐지는 면적(4.3.2)(4.3.3.2)
- = 정사각형 지진격리받침에서 덮개고무를 제외한 한 변의 길이 또는 직사각형 지진격리받침에서 덮개고무를 제외한 장변의 길이(4.3.3.2)
- = 직사각형 지진격리받침에서 덮개고무를 제외한 단변의 길이(4.3.3.4)
- = 직사각형 지진격리받침에서 덮개고무를 제외한 횡방향의 변의 길이(4.3.3.2)
- = 보강철판의 외부 지름(4.3.3.3)(4.3.3.4)
- = 지진격리받침 고무층의 겉보기 탄성계수(4.3.3.2)
- = 고무의 압축성을 고려하여 수정된 겉보기 탄성계수(4.3.2)
- = 1차 형상계수에 따라 결정되는 체적 압축특성을 고려하여 수정한 겉보기 탄성계수(4.3.3.2)
- = 전단탄성계수(4.3.2)
- = 전단변형률 에서의 등가 선형 전단탄성계수(4.3.2)
- = 전단강성(4.3.2)
- = 지진격리받침의 압축강성(4.3.2)
- = 내부 고무층의 개수(4.3.3.2)
- = 지진격리받침의 압축력(4.3.3.3)
- = 지진격리받침의 설계 압축력(4.3.2)
- = 지진격리받침의 최대 설계 압축력(4.3.2)(4.3.3.5)
- = 지진격리받침 최소 설계 압축력(4.3.2)
- = 1차 형상계수(4.3.3.2)(4.3.3.4)(4.3.3.5)
- = 고무층의 총두께로서 로 계산(4.3.2)(4.3.3.1)(4.3.3.4)
- = 내부 고무층 1개의 두께(4.3.3.2)
- = 지진격리받침에 작용하는 상향력(4.3.3.6)
- = 설계 전단변위(4.3.2)
- = 준정적 전단 작용에 의한 전단변위(4.3.3.1)
- = 최대 설계 전단변위(4.3.2)
- = 동적 전단 작용에 의한 전단변위(4.3.3.1)
- = 설계 전단변형률(4.3.2)
- = 적층고무 지진격리받침의 충 전단변형률에 대한 상한값(4.3.3.2)
- = 압축력에 의한 국부 전단변형률(4.3.3.2)
- = 지진 시 최대 전단변형률(4.3.2)
- = 회전에 의한 국부 전단변형률(4.3.3.2)
- = 준정적 전단 작용에 의한 전단변형률(4.3.3.1)(4.3.3.2)
- = 지진격리받침의 회전각(원형 지진격리받침은 지름, 직사각형 지진격리받침은 중심축에 대한 회전)(4.3.3.2)
- = 지진격리받침의 종축방향 회전각(4.3.3.2)
- = 지진격리받침의 횡축방향 회전각(4.3.3.2)
- = 지진격리받침의 설계 압축응력(4.3.2)
- = 지진격리받침의 최대 설계 압축응력(4.3.2)(4.3.3.5)
- = 지진격리받침의 최소 설계 압축응력(4.3.2)
- = 인장응력(4.3.3.6)
- = 지진격리받침의 허용 인장응력(4.3.3.6)
- = 좌굴 점검을 위한 계수(4.3.3.4)
2. 조사 및 계획
내용 없음.
3. 재료
내용 없음.
4. 설계
4.1 신축이음
4.1.1 요구사항
4.1.1.1 일반사항
- 신축이음을 선정하고 배치할 때에는 온도변화 및 시간 의존적 원인에 의한 교량 상하부구조의 각종 변형을 수용하여 교량 기능을 보장하여야 하고 차량 및 이륜 자동차, 원동기, 자전거 등의 통행에 지장이 없도록 하여야 한다.
- 신축이음은 사용한계상태 및 극한한계상태에서 하중을 충분히 지지할 수 있어야 하고, 상하부구조의 회전 및 이동을 자유롭게 수용해야 한다. 또한 피로한계상태에 대한 요구조건을 만족하여 충분한 내구성을 가지도록 설계되어야 한다. 대부분의 신축이음은 방수기능이 필수적으로 요구되고 있는데 이러한 신축이음은 내구연한동안 누수가 발생하지 않도록 설계되어야한다.
- 신축이음 내구연한이 교량 공용수명보다 작은 경우에는 상부구조에의 영향을 최소화하는 교체방법을 제시하여야 한다. 또한 신축이음 내구연한동안 유지관리나 교체가 필요한 부품들에 대한 작업 방법들을 제시하여야 한다.
- 신축이음에 발생하는 하중은 신축이음 구조형상과 각 요소들의 강성, 제작 및 시공 오차에 따라 달라진다. 각 요소들에 대한 설계하중 계산 시 이러한 영향들을 합리적으로 고려하여야 한다.
4.1.1.2 구조설계
- 신축이음의 허용 신축량과 극한 신축량은 발생 가능한 모든 하중들의 조합들 중에서 가장 불리한 경우에 대하여 각각 계산하여야 한다. 신축이음장치 본체와 그 지지부는 최대로 신축하였을 때 계수 하중에 안전하도록 설계하여야 한다. 여기서, 재료계수는 KDS 24 14 21과 KDS 24 14 31에 규정된 적절한 값을 사용할 수 있고 하중계수와 하중조합은 KDS 24 12 11과 KDS 24 12 21을 참조한다.
- 눈이 많이 내리는 지역에서는 신축이음 연결부 및 앵커는 제설기에 의해 신축이음에 가해질 수 있는 수평하중에 저항하도록 설계하여야 한다.
4.1.1.3 형상
신축이음 이동방향은 이동이 구속되거나 또한 받침에 불리한 하중이 작용하지 않
”