TIMWORK-inc/kds-kcs-standards huggingface dataset:
이 기준은 선로를 지지·보호하는 철도교 구조물 중 철근콘크리트 및 프리스트레스 콘크리트 교량의 상부구조 설계에 주로 적용한다. 다만, 라멘교의 교각 등 상부구조와 하부구조의 구별이 명확하지 않은 부재의 설계에도 적용할 수 있다.
● 가외철근: 콘크리트의 건조수축, 온도변화, 기타의 원인에 의하여 콘크리트에 일어나는 인장응력에 대비하여 가외로 더 넣는 보조적인 철근
● 갈고리: 철근의 정착 또는 겹침이음을 위하여 철근 끝의 구부린 부분을 말하며, 모양에 따라 180° 표준갈고리, 90° 표준갈고리, 135° 표준갈고리가 있음.
● 강재의 인장강도: 한국산업표준(KS)에 규정되어 있는 인장강도의 규격 최솟값. PS강선 및 PS강연선에서는 인장하중의 최솟값
● 강재의 항복점: 한국산업표준(KS)에 규정되어 있는 강재의 항복점 또는 내력의 규격 최솟값. PS강선 및 PS강연선에서는 0.2% 영구옵셋(offset)에 대한 하중의 최솟값
● 검토등급 Ⅰ: 사용하중에 대하여는 인장응력이 허용되지 않으며, 시공 중에만 인장응력을 허용하는 콘크리트 단면의 등급
● 검토등급 Ⅱ: 평상시의 사용하중에 대하여는 인장응력이 허용되지 않으며, 시공 중과 흔하지 않은 사용하중 조합에만 인장응력을 허용하는 콘크리트 단면의 등급
● 검토등급 Ⅲ: 총 단면을 고려하는 경우에는 흔하지 않은 사용하중 조합에만 인장응력을 허용하며, 콘크리트 피복두께 단면을 고려하는 경우에는 평상시의 사용하중에 대하여 인장응력을 허용하나 반영구적 하중조합에 대하여는 인장응력을 허용하지 않는 콘크리트 단면의 등급
● 격벽: 단면 형상을 유지시키기 위하여 거더에 배치하는 횡방향 보강재, 다이아프램, 또는 단일 박스 또는 다중 박스거더의 받침점부나 경간 내에 비틀림 등에 저항하기 위하여 설치하는 칸막이 벽
● 계수하중: 강도설계법으로 부재를 설계할 때 사용되는 하중으로서, 사용하중에 하중계수를 곱한 하중
● 공칭강도: 강도설계법의 규정과 가정에 따라 계산된 부재 또는 단면의 강도로 강도감소계수를 적용하기 전의 강도
● 국소구역(local zone): 정착장치 주위 및 바로 앞 콘크리트 부분으로 높은 국부지압응력을 받는 부분
● 긴장력(jacking force): 긴장재에 인장력을 도입하는 장치에 의해 발휘되는 임시적인 힘
● 긴장재(tendon)：콘크리트에 프리스트레스를 가하는 데 사용되는 강선, 강연선, 강봉 또는 이들의 다발
● 단부 스트럿(end strut): 거더에 작용하는 모든 힘을 받침부로 전달시키는 통로로서 특별한 전단보강 철근이 필요한 곳
● 단블록(end block): 정착부의 응력을 감소시키기 위해 부재의 단부를 확대하는 것
● 덕트(duct): 포스트텐션 방식의 PSC부재에서 콘크리트 경화전이나 또는 후에 PS강재를 배치시켜 긴장할 수 있도록 미리 콘크리트 속에 설치해둔 원형의 관
● 마찰: 프리스트레싱 동안 접촉하게 되는 긴장재와 덕트 사이의 표면 저항. 곡률마찰과 파상마찰이 있음.
● 묻힘길이: 위험단면을 넘어 더 연장하여 묻어 넣은 철근길이
● 바닥판: 도상이나 침목, 레일 등을 통해 열차하중을 지지하고 다른 부재들에 의해 지지되는 판 부재
● 방향 변환력(deviation force): 긴장재의 곡률 또는 방향변경에 의해 곡선부 또는 방향변경부에 작용하게 되는 힘
● 방향변환블록(deviation saddle): 거더단면 내외측에 PS강재(external tendon)의 방향변환을 위해 복부, 플랜지, 복부와 플랜지의 접합부에 두는 블록
● 배력철근(distributing bar): 집중하중을 분포시키거나 균열을 제어할 목적으로 주철근과 직각에 가까운 방향으로 배치한 보조철근
● 부모멘트: 바닥판 및 부재 상측에 인장응력을 생기게 하는 휨모멘트
● 부착된 긴장재(bonded tendon): 직접 또는 그라우팅을 통해 콘크리트에 부착되는 긴장재
● 부철근: 부모멘트에 의하여 생긴 인장응력에 대하여 배치하는 철근
● 브래킷 또는 내민받침(코벨): 집중하중이나 보의 반력을 지지하기 위하여 기둥면 또는 벽체면에서부터 나와 있는 짧은 캔틸레버 부재
● 블록공법: 프리캐스트 부재를 부재 방향으로 몇 개의 블록으로 나누어서 제작하고, 블록을 서로 연결시키기 위해 프리스트레스를 주어 구조부재로 만든 공법
● 사용 프리스트레스 힘(unfactored prestressing force): 프리스트레싱에 의해 부재 단면에 작용하는 힘으로서 하중계수를 곱하지 않은 것
● 사용하중: 하중계수를 곱하지 않는 하중으로서, 작용하중이라고도 함.
● 사인장철근: 철근 콘크리트 보에 하중 작용으로 인해 사인장 균열이 발생하며 균열은 휨균열과 달리 주로 전단응력에 지배되어 갑작스러운 파괴를 유발하므로 이를 방지하기 위하여 전단(보강)철근을 배근해야 한다. 이때 보에 배치하는 전단철근을 복부철근 또는 사인장철근이라 함.
● 설계강도: 공칭강도에 강도감소계수 를 곱한 강도
● 설계단면력: 하중작용에 의해 부재단면에 생기는 휨모멘트, 전단력, 축방향력 및 비틀림모멘트. 강도설계법에서는 계수하중작용에 의해 생기는 부재의 단면력이므로 소요강도라고도 함.
● 설계하중: 부재를 설계할 때 사용되는 적용가능한 모든 하중과 힘, 또는 이와 관련된 내적 모멘트와 힘으로서, 허용응력설계법에 의한 설계에서는 하중계수가 없는 하중(사용하중)이고, 강도설계법에 의한 설계에서는 적절한 하중계수를 곱한 하중(계수하중)이 설계하중이 됨.
● 소요강도: 하중조합에 따른 계수하중을 저항하는데 필요한 부재 또는 단면의 강도, 또는 이와 관련된 휨모멘트, 전단력, 축방향력 및 비틀림모멘트 등으로 나타낸 단면력
● 쉬스: 덕트를 형성하기 위한 관
● 압출용 받침 (launching bearing): 압출공법(incremental launching method)으로 가설할 때 설치하는 마찰이 작은 임시가설용 받침
● 압출코(launching nose): 교량을 압출하는 동안 상부구조의 휨모멘트를 감소시키기 위하여 압출되는 상부구조의 선단에 부착한 가설용 강재부재(temporary steel assembly)
● 옵셋 굽힘철근: 기둥연결부에서 단면치수가 변하는 경우에 배치되는 구부린 주철근
● 유효깊이: 휨모멘트가 작용하는 부재단면에서 콘크리트의 압축단에서 인장철근의 도심까지의 거리
● 유효폭: T형보의 플랜지 등에서 유효하게 작용한다고 보는 플랜지 등의 폭
● 유효 프리스트레스: 프리스트레싱에 의한 콘크리트 내 응력 중 자중과 외력에 의한 영향을 제외하고 계산된 모든 응력 손실량을 뺀 나머지 응력, 또는 자중과 외력의 영향을 제외하고 모든 손실이 발생한 후에 프리스트레스트 긴장재 내에 남아있는 응력
● 일반구역: 집중된 프리캐스트레스 힘이 부재 단면상에 선형에 가까운 응력분포로 확산되는 구역, 또는 거더의 단부로부터 거더 높이(h)만큼 떨어진 일반단면 사이의 정착부 앞 구역을 의미하고, 부재의 단부가 아닌 보의 중간위치에 정착부가 있는 경우에는 정착장치 전방으로 거더 높이만큼 떨어진 구역(그림 1.2-1 참조)
그림 1.2-1 정착구역
● 일반단면: 프리스트레스 힘이 콘크리트부재에 충분히 전달되어 단면내의 응력분포가 선형연속분포가 되는 단면. 일반적으로 단부 단면(end section)으로부터 거더의 높이만큼 떨어진 위치의 단면
● 전달길이(transfer length): 프리텐션 부재에서 부착에 의해 콘크리트에 프리스트레스 힘을 전달하는데 필요한 길이
● 접속구 또는 커플러(coupler): PS강재와 PS강재 또는 정착장치와 정착장치를 접속하여 프리스트레스 힘이 전달되도록 하는 장치
● 정모멘트: 바닥판 및 부재 하측에 인장응력을 생기게 하는 휨모멘트
● 정착구역(anchorage zone): 부재에서 집중된 프리스트레스 힘이 정착장치로부터 콘크리트로 도입되고(국소구역), 부재 내로 넓게 분포되는(일반구역) 부분
● 정착길이: 위험단면에서 철근의 설계강도를 발휘하기 위해 필요한 철근의 묻힘길이
● 정착 단면(anchored section): 정착부가 있는 거더의 끝단부의 단면
● 정착돌출부(anchorage blister): 한 개 이상의 PS강재 정착부에서 면적 확보를 위하여 복부, 플랜지, 복부와 플랜지의 접합부에 돌출시킨 부분
● 정착장치: 포스트텐션방식에 의한 프리스트레스트 콘크리트에서 인장력을 준 PS강재를 경화한 콘크리트에 고정시키기 위한 장치
● 정착장치의 슬립량: PS강재를 정착장치에 정착시킬 때에 PS강재가 정착장치 내에 딸려 들어가는 양
● 정철근: 정모멘트에 의하여 생긴 인장응력에 대하여 배근하는 철근
● 주철근: 철근콘크리트 부재의 설계에서 하중작용에 의해 생긴 단면력에 대하여 소요단면적을 산출한 철근
● 축방향철근: 부재축 방향으로 배치하는 철근
● 코팅재: 철근 또는 긴장재를 부식에 대해 보호하거나 덕트와 긴장재사이의 마찰을 감소시키기 위해 사용하는 재료
● 콘크리트의 건조수축: 콘크리트의 건조 또는 수화반응에 의해 시간 경과에 따라 발생하는 수축 변형
● 콘크리트의 크리프: 콘크리트에 일정한 응력이 장기 지속적으로 작용하는 상태에서 시간의 경과와 더불어 변형이 증가하는 현상
● 콘크리트의 탄성수축(elastic shortening): 축방향 압축력에 의해 부재가 수축되는 현상
● 콘크리트 피복두께 단면(concrete covering area of section): 단면외곽선과 PS강재에서 PS강재의 최소 피복두께(c) 만큼 떨어진 휨 축에 평행한 두 직선으로 이루어진 단면
● 파상마찰: 프리스트레스를 도입할 때 쉬스 또는 덕트의 시공상 오차에 의해 발생하는 마찰
● 파열력(bursting forces): 정착장치 또는 교량받침 설치위치 등 하중집중점에서 발생하는 파열력으로서, 콘크리트 부재의 치수와 집중하중의 크기, 방향, 위치에 따라 좌우되는 힘
● 폐합부(closure): 한 경간을 완성하기 위하여 사용하는 현장치기 콘크리트의 세그먼트
● 포스트텐션 방식: 콘크리트와 부착하지 않도록 쉬스를 통하여 배치한 PS강재를 콘크리트가 굳은 다음에 긴장시켜 프리스트레스를 주는 방식
● 프리스트레스: 외력의 작용에 의한 인장응력을 상쇄할 목적으로 미리 계획적으로 콘크리트에 준 응력
● 프리스트레스 강재의 릴렉세이션율: PS강재에 인장력을 주어 일정한 변형이 유지되는 상태에서 시간의 경과와 더불어 감소된 인장력을 최초로 준 PS강재 인장력에 대한 백분율로 나타낸 값
● 프리스트레스 힘: 프리스트레싱에 의하여 부재의 단면에 작용하고 있는 힘
● 프리스트레스 힘의 전달(prestressing transfer): 정착단면으로부터 일반단면으로 프리스트레스 힘이 전달되면서 단면 내에서의 응력분포곡선은 비연속 분포로부터 점차적으로 선형 연속 분포로 바뀌게 되는데 이 과정에서 단면 내에 수직응력()과 전단응력()이 발생하는 3차원적인 현상
● 프리스트레싱: 프리스트레스를 주는 일
● 프리텐션 방식: 콘크리트를 치기 전에 거푸집내의 소정의 위치에 PS강재를 긴장시켜 놓고, 그 주위에 콘크리트를 치며, 콘크리트가 굳은 다음에 긴장력을 풀어주어 PS강재와 콘크리트의 부착력에 의하여 콘크리트에 프리스트레스를 주는 방식
● 피복두께: 철근, PS강재 또는 쉬스의 표면에서 콘크리트 표면까지의 최단거리
● 하단 코너부(lower coner): 받침 안쪽에서 시작하여 거더의 끝부분을 분리시키려는 힘에 저항하도록 설계해야 하는 곳
● 횡방향철근: 부재축에 직각방향으로 배근하는 철근으로 기둥부재의 띠철근이나 보 부재의 스터럽 등
● A형 이음부: 현장타설콘크리트 이음부, 프리캐스트부재 사이의 습윤콘크리트나 에폭시 이음부
● B형 이음부: 프리캐스트 부재사이에 특별한 재료를 두지 않은 이음부(dry joint)
1.3 기호정의
＝ 부재의 단면적()
＝ 콘크리트의 탄성계수()
＝ 재령 28일에서 콘크리트의 초기 접선탄성계수()
＝ 재령 일에서 콘크리트의 초기 접선탄성계수()
＝ 장기변형을 고려할 경우의 탄성계수()
＝ 콘크리트의 순간탄성계수()
＝ 철근의 탄성계수()
＝ 재령 일에서 콘크리트의 압축응력()
＝ 콘크리트의 설계기준압축강도()
＝ 콘크리트 타설 후일의 압축강도()
＝ 콘크리트의 배합강도()
＝ 재령 28일에서 콘크리트의 평균압축강도()
＝ 재령일에서 콘크리트의 평균압축강도()
＝ 콘크리트 타설 후 j일에서의 콘크리트의 인장강도()
＝ 개념 부재치수()
＝ 외기의 상대습도,
＝ 표준편차()
＝ 콘크리트의 재령, 일()
＝ 하중이 가해질 때의 재령, 일()
＝ 콘크리트가 외기 중에 노출되었을 때의 재령, 일()
＝ 온도가 20가 아닌 T에서 양생할 경우 등가재령, 일()
＝ 외기 또는 양생온도,
＝ 단면적 의 둘레 중에서 수분이 외기로 확산되는 둘레길이()
＝ 콘크리트 강도가 크리프에 미치는 영향함수
＝ 지속하중이 가해지는 시간 가 크리프에 미치는 영향함수
＝ 재하기간에 따라 크리프에 미치는 영향함수
＝ 콘크리트 강도 발현에 대한 재령에 따른 보정계수
＝ 외기의 상대습도와 부재의 두께에 따른 계수
＝ 외기습도에 따른 크리프와 건조수축에 미치는 영향계수
＝ 건조기간에 따른 건조수축 변형률 함수
＝ 시멘트 종류에 따른 건조수축에 미치는 영향계수
＝ 재령 일에서의 응력이 가해졌을 때 시간 일에서의 탄성변형률과 크리프를 포함한 전체 변형률
＝ 재령 에서 외기에 노출된 콘크리트의 재령 에서의 전체 건조수축 변형률
＝ 개념 건조수축계수
＝ 콘크리트의 크리프계수
＝ 콘크리트의 개념 크리프계수
＝외기의 상대습도와 부재 두께가 크리프에 미치는 영향계수
＝ 콘크리트의 포아송비
3.1.1 콘크리트
(1)콘크리트의 설계기준 압축강도는 재령 28일 강도를 기준으로 해야 한다.
(2)설계 시 적용한 각 부재의 설계기준 압축강도를 도면상에 명시해야 한다.
(3)콘크리트의 설계기준 압축강도는 실무에서 적용가능한 강도범위내에서 정해야 한다.
(4)콘크리트의 설계기준 압축강도는 원주형 표준공시체의 시험결과에 기초를 두어야 한다.
3.1.2 강재
(1)설계 시 적용한 철근의 항복강도는 도면상에 명시해야 한다.
(2)용접해야 할 철근은 도면상에 도시해야 하고, 이 때 적용할 용접절차도 명시해 두어야 한다.
(3)보강철근은 이형철근만 사용해야 한다. 다만, 나선철근으로는 원형철근 또는 원형 철선을 사용할 수 있다.
3.2.1 콘크리트
(1) 설계기준 압축강도
① 콘크리트의 설계기준 압축강도 는 표 3.2-1에 규정된 값 이상이라야 한다.
표 3.2-1 콘크리트의 최저 설계기준압축강도

부재의 종류

최저 설계기준압축강도()

무근 콘크리트 부재

18

철근 콘크리트 부재

21

프리스트레스트

콘크리트 부재

프리텐션 방식

35

포스트텐션 방식

30

주) PSM(Precast Span Method)공법 및 FCM(Free Cantilevered Method)공법의 경우 콘크리트 최저 설계기준압축강도 40 로 해야 한다.
② 콘크리트 타설 후일의 압축강도는 로 표시한다.
(2) 콘크리트의 탄성계수
콘크리트의 탄성계수는 KDS 14 20 10 (4.3)의 해당 규정을 따른다.
(3) 콘크리트의 포아송비는 실험에 의하여 결정되지 않는 경우에는 일반적으로 1/6로 가정한다.
(4) 콘크리트의 전단탄성계수는 식 (3.2-1)로 계산한다.
여기서, ：콘크리트의 전단탄성계수()
：콘크리트의 탄성계수()
：포아송비
(5) 온도팽창계수
① 보통 콘크리트의 온도팽창계수는 일반적으로 로 가정한다.
② 경량 콘크리트의 온도팽창계수는 콘크리트에 배합된 경량골재의 온도팽창계수를 고려하여 정해야 한다.
(6) 콘크리트의 건조수축 변형률은 KDS 14 20 01 (3.1.2(6))의 해당규정을 따른다.
(7) 콘크리트의 크리프는 KDS 14 20 01 (3.1.2(5))의 해당규정을 따른다.
3.2.2 강재
(1) 강재의 설계강도 및 탄성계수
① 프리스트레싱 긴장재를 제외하고는 철근의 설계기준항복강도 는 600 MPa를 초과하지 않아야 한다. 다만, 전단철근의 항복강도는 500 MPa 보다 더 큰 값으로 설계할 수 없다.
② 철근의 탄성계수는 (MPa) 값으로 한다.
③ 형강의 탄성계수는 (MPa) 값으로 한다.
(2) 강재의 온도팽창계수는 로 한다.
(3) 프리스트레싱용 강재
① PS강재의 특성 중 고려할 사항은 다음과 같다.
가. 긴장재의 공칭 단면적,
나. 긴장재의 인장강도() 및 항복강도()
다. 릴랙세이션 특성
라. 콘크리트에 대한 부착특성
마. 열팽창계수
바. 종방향 탄성계수
②PS강재의 온도팽창계수는 /의 값을 사용한다.
③PS강재의 종방향탄성계수()는 PS강선인 경우나 PS강연선 모두 200,000 MPa의 값을 사용한다.
④ PS강재는 고강도의 강재로서 시험에 의하여 그 품질이 확인된 것이어야 하며 저 릴랙세이션 강재를 사용해야 한다.
⑤ PS강선 및 PS강연선는 KS D7002에 적합한 것이어야 한다.
⑥ PS강봉은 KS D3505에 적합한 것이어야 한다.
⑦ PS강봉의 기계적 성질과 종류는 표 3.2-2와 표 3.2-3과 같다.
표 3.2-2 PS강봉의 기계적 성질

종류

기호

인장시험

릴랙세이션값

(%)

항복점

()

인장강도

()

연신율

(%)

원형봉강 A종

2호

SBPR 785/1030

800이상

1,050이상

5이상

1.5이하

원형봉강 B종

1호

SBPR 930/1080

950이상

1,100이상

5이상

1.5이하

2호

SBPR 930/1180

950이상

1,200이상

5이상

1.5이하
표 3.2-3 PS강봉의 종류

호칭명

기본지름

()

나사의

호칭

핏치

()

공칭단면적

()

단위중량

()

9.2

11

13

17

23

26

32

9.2

11.0

13.0

110.0

23.0

26.0

32.0

M10

M12

M14

M18

M24

M27

M33

1.25

1.5

1.5

1.5

2

2

2

66.48

95.03

132.7

2210.9

415.5

530.9

804.2

5.2

7.5

10.4

110.8

32.6

41.7

63.1
(4) 정착장치 및 접속구
① 정착장치 및 접속구는 정착 또는 접속된 PS강재가 규정된 규격에 정해진 인장하중 값에 이르기 전에 파괴되거나 현저한 변형이 일어나는 일이 없는 구조 및 강도를 갖는 것이라야 한다.
② PS강재의 정착장치 및 접속구는 정착 또는 접속되는 PS강재가 KS D 7002 혹은 KS D 3505에 규정된 인장강도를 발휘하기 전에 유해한 변형을 발생시키거나 파괴되어서는 안 된다. 따라서 PS강재의 정착장치 및 접속구는 PS강재의 인장강도를 발휘할 수 있는지에 대하여 정적시험 및 피로시험에 의해 확인하지 않으면 안 된다. 다만, 일반적으로 많이 사용되고 있어 안전성이 확인되어 있는 정착장치나 접속구에 대해서는 시험을 생략할 수 있다.
(5) 쉬스는 그 취급 중 또는 콘크리트 치기를 할 때에 쉽게 변형되지 않는 것이어야 하며 맞물림이나 이음부 등에서 시멘트 풀이 흘러들어가지 않는 것이어야 한다.
(6) PS그라우트
① PS그라우트는 PS강재를 충분히 피복함으로써 녹슬지 않도록 보호하고 부재 콘크리트와 긴장재가 확실하게 부착이 될 수 있는 품질이라야 한다.
② 그라우트는 재령 28일에서의 압축강도가 21 MPa 이상으로 또 PS강재와 프리스트레스트 콘크리트 부재사이에서 충분한 부착이 있어야 한다.
4.1.1 일반내용
(1) 구조의 각 부재는 단순한 구조로 하고 시공, 검사, 배수, 유지관리 등에 편리하도록 설계해야 한다. 여기서 단순하다는 의미는 단순보만을 의미하는 것이 아니라, 구조의 각 부재가 단순 명확한 구조로 되어야 한다는 것이다.
(2) 설계계산에 있어서는 최종단계에서 유효숫자 3자리를 얻을 수 있도록 해야 한다.
(1) 설계계산의 원칙
① 부재를 설계함에 있어서 설계하중 작용 시에 대하여 다음 사항을 검사하고, 부재가 안전한가를 확인해야 한다.
가. 계수하중이 설계하중으로 작용 시 부재단면의 설계강도가 소요강도(설계단면력) 이상이 되어야 한다.
나. 사용하중이 설계하중으로 작용할 때의 부재단면의 응력은 허용응력 이하가 되어야 하고, 또 사용성 조건을 충족시키기 위해 처짐 등이 조절되어야 한다.
② 위에서 규정한 사용하중 및 계수하중 작용시의 하중조합은 각각 다음과 같다.
가. 강도설계법에서의 하중조합은 KDS 24 12 10 (4.2.4)에 규정된 하중의 조합으로 해야 한다.
나. 허용응력설계법에서의 하중조합은 KDS 24 12 10 (4.2.4)에 규정된 하중의 조합으로 해야 한다.
(2) 강성 및 단면력
① 연속구조물과 골조구조물 부재의 상대적 휨강성과 비틀림강성을 구할 때는 어떠한 합리적 가정도 사용될 수 있다. 그러나 사용된 가정은 해당 해석과정을 통하여 일관성이 있어야 한다. 부재의 강성은 부재단면의 균열 등을 고려하여 구한 강성을 사용하나, 부재에 생기는 단면력의 계산에 사용되는 강성은 부재상호의 강성비, 즉 상대적 강성이므로 강성의 크기 그 자체로 인하여 단면력 계산에 미치는 영향은 작다고 볼 수 있다. 이러한 사유에서 상대적인 휨강성과 비틀림강성을 구할 때 어느 합리적 가정도 사용될 수 있다. 균열단면 대신에 콘크리트의 전단면에 준한 강성을 흔히 사용하고 있다.
② 휨모멘트를 결정할 때, 또 부재를 설계할 때 모두 헌치의 영향을 고려해야 한다.
③ 부재를 설계할 때 쓰는 단면력은 탄성해석에 의해 계산하는 것으로 해야 한다. 콘크리트는 엄밀하게 말하면 응력과 변형률이 선형으로 비례하지 않으며 완전한 탄성체가 아니다. 그러나 이를 탄성체로 가정하여 해석하는 것이 단면력의 계산이 간단하고, 또 그 단면력에 의해 설계된 부재가 엄밀한 계산에 의해 설계된 부재와 비교하여 안전성이 떨어지지 않는다. 이와 같은 이유에서 부재를 설계할 때 쓰이는 단면력은 콘크리트를 완전한 탄성체로 보고 탄성이론에의해 계산하도록 하였다. 이때 부재의 휨강성 및 비틀림강성은 콘크리트의 전 단면을 유효단면으로 하여 계산하여도 좋다. 콘크리트의 전 단면이란 덕트와 강재를 콘크리트 단면으로 환산한 단면이며, 균열의 발생을 무시한 단면이다.
(3) 콘크리트의 크리프 및 건조수축의 영향에 의한 부정정력
콘크리트의 크리프 및 건조수축에 의한 변형이 구속되는 부정정구조물에서 발생되는 부정정력은 다음의 규정에 따른다.
① 구조계에 변화가 없는 경우: 구조물 전체를 한 번에 동바리상에서 시공하여 시공 중의 구조계와 시공 후의 구조계에 변화가 없는 경우에는 다음의 규정에 의해 부정정력을 계산하는 것으로 한다.
가. 콘크리트의 크리프의 영향
일반적으로 고려하지 않아도 좋다. 그러나 장경간의 아치교 등에서 부재 축선의 이동을 고려하여 단면력을 계산하는 경우에는 크리프에 의한 변형이 단면력에 영향을 미치게 됨으로 검토해야 한다.
나. 콘크리트의 건조수축의 영향
3.2.1(6)에 의해 계산하는 것으로 한다.
② 구조계에 변화가 있는 경우: 구조물 전체를 한 번에 시공하지 않아, 시공 중의 구조계와 시공 후의 구조계에 변화가 있는 경우에는 다음의 규정에 의해 부정정력을 계산하는 것으로 한다.
가. 콘크리트의 크리프 영향
3.2.1(7)에 의해 계산하는 것으로 한다. 이때 고려할 지속하중은 고정하중, 프리스트레스 힘, 건조수축의 영향 등으로 한다. 한편 크리프에 의한 부정정력은 엄밀하게는 구조계가 변화할 때의 콘크리트의 재령으로부터 구조계 각부의 크리프계수를 구하여 지속하중에 의한 단면력을 고려해야 한다. 그러나 엄밀한 방법은 구조계가 변화하는 횟수가 많아짐에 따라 복잡하게 되므로 크리프에 의한 부정정력을 식 (4.1-1)에 의해서 크리프에 의한 반력의 변화량을 계산하여 근사적으로 계산할 수 있다.
3.2.1(6)에 의해 계산하는 것으로 한다. 한편, 건조수축에 의한 부정정력을 엄밀하게 계산하기 위해서는 각각의 구조계에 대해 각 시공기간에 따른 부정정력을 산출해서 합계해야 한다. 그러나 건조수축에 의한 부정정력이 그리 크지 않다고 생각되는 경우에는 근사적으로 최종 구조계에 대한 건조수축에 의한 부정정력을 사용해도 좋다.
(4) 교량의 신축
① 일반적으로 단순지간에서는 지간길이가 12 를 초과할 때는 온도변화에 대해 고려해야 한다.
② 연속교량에서는 설계 시 온도응력 또는 로커, 활동판, 탄성패드(elastomeric pad) 등을 사용하는 방법으로 온도이동 조절을 고려해야 한다.
③ 보통 콘크리트에 대한 온도팽창 및 건조수축에 대해서는 3.2.1의 규정에 따라야 한다.
④ 경량 콘크리트에 대한 온도팽창계수와 건조수축계수는 사용된 경량골재의 종류에 따라 결정되어야 한다.
(5) 압축플랜지의 유효폭
① T형거더의 압축플랜지의 유효폭은 다음과 같이 결정해야 한다.
가. 대칭 T형거더의 경우
유효폭는 , 양쪽 슬래브의 중심간 거리, 거더 경간의 1/4 가운데 가장 작은 값으로 해야 한다. 여기서 는 거더의 복부폭, 는 플랜지의 두께이다.
나. 반T형거더의 경우
유효폭는 , 거더경간/12, 인접거더와의 순경간/2 가운데 가장 작은 값으로 해야 한다. 여기서 은 거더의 복부폭에 돌출된 플랜지의 길이를 더한 거리이다.
다. 독립 T형거더의 경우
독립 T형거더의 플랜지 두께는 거더의 복부폭의 1/2 이상, 플랜지의 유효폭은 거더의 복부폭의 4배 이하라야 한다.
② 박스거더의 압축플랜지의 유효폭은 전체 슬래브 폭이 압축에 유효하다고 가정한다.
(6) 슬래브 및 복부의 최소두께
① 바닥판의 두께는 4.8에 따라야 한다.
② 박스거더의 하부 슬래브의 두께는 거더 복부의 순지간의 1/16 이상, 또는 140 mm 이상이라야 한다. 하부 슬래브에는 직접 활하중이 작용하지 않기 때문에 상부 슬래브보다 그 두께를 얇게 취하지만, 시공성 및 박스거더로서의 특성 등을 고려하여 최소두께를 140 mm로 규정한 것이다. 다만, 두께가 설계에 의해 요구되지 않는 한, 상부 슬래브보다 클 필요는 없다.
③ 거더 복부의 폭이 높이에 따라 변하도록 설계하는 경우 이 변화는 복부폭의 차이의 12배 이상의 길이에 걸쳐서 변하게 해야 한다.
(7) 격벽
① T형거더와 박스거더의 단부에는 다른 방법에 의해 횡력에 저항 하지 못하거나 단면 형상을 유지하지 못할 경우에는 다이아프램을 사용한다. 단, 다이아프램을 시험이나 구조해석에 의해 충분한 강도가 있다고 확인될 경우에는 두지 않아도 좋다. T형거더와 박스거더는 다이아프램이 없으면 주거더 직각방향 강성의 감소로 인하여 바닥판, 받침 등의 구조에 해로운 영향을 미칠 수 있으므로 단부에는 다이아프램을 두어야 한다.
② T형거더에는 중간 다이아프램을 1경간에 1개소 이상, 15 m 이하의 간격으로 설치한다. 다만, 실험이나 구조해석에 의해 다이아프램이 필요하지 않다는 것이 확인되는 경우에는 두지 않아도 좋다.
(8) 지간
① 받침부와 일체로 되어있지 않는 부재에서는 순경간에 부재의 두께를 더한 값을 지간으로 해야 한다. 그러나 그 값이 받침부의 중심간 거리를 초과할 수 없다.
② 연속구조물과 골조구조물 해석에서 휨모멘트를 구할 때 사용하는 지간은 받침부 중심간 거리로 한다. 그러나 받침부 내면에서의 모멘트를 부재설계에 사용해도 좋다. 헌치가 부재의 받침부와 일체로 만들어지고, 그 기울기가 연속부재나 구속부재의 축과 45° 이상인 경우에는 받침부 내면은 부재와 헌치 부분이 결합된 높이가 적어도 부재 두께의 1.5배되는 단면으로 보아야 한다. 그러나 이 받침부 내면에서의 헌치 부분이 유효높이에 더해지는 것으로 보아서는 안 된다.
(9) 합성 휨부재
① 콘크리트 합성휨부재는 별개로 분리 시공되었으나 외력에 일체로 작용하도록 상호 연결된 프리캐스트 또는 현장치기 콘크리트 요소로 구성된다. 동바리를 제거하였을 때 모든 하중을 지지할 수 있을 뿐 아니라 요구되는 처짐 및 균열한계 등을 충분히 만족시킬 수 있을 정도로 충분한 강도를 발휘할 수 있을 때까지는 동바리를 제거하여서는 안 된다.
② 전체 합성부재 또는 그 일부만이 전단 및 휨에 저항하도록 사용될 수 있다. 각각의 요소는 각 재하단계에서의 모든 위험한 하중조건에 대해 검토되어야 한다. 또 합성부재로서의 설계강도를 완전히 발휘하기 전에 작용하는 모든 작용외력을 지지할 수 있도록 설계되어야 한다.
③ 여러 요소간의 특정강도나 단위중량 또는 그 밖의 성질 등이 서로 다를 경우에는 설계시 각 요소들의 성질을 각각 사용하거나 또는 이들 중 가장 불리한 값을 사용해야 한다.
④ 합성부재의 강도계산에서는 동바리를 받쳐 시공한 부재와 동바리없이 시공한 부재간의 구분은 하지 않도록 해야 한다.
⑤ 각 요소의 분리를 막고, 균열을 억제하기 위해서 철근을 사용해야 한다.
⑥ 전체 합성부재가 수직전단에 저항한다고 가정하는 경우, 전단설계는 동일한 단면 형상으로서 일체로 사용된 부재에 관한 강도설계법 또는 허용응력설계법의 전단규정에 따라야 한다.
⑦ 전단철근은 구조상세의 규정에 따라 상호 연결된 요소 내로 충분히 정착시켜야 한다. 연장되어 정착된 전단철근은 수평전단에 대한 연결재로 포함될 수 있다.
⑧ 상호 연결된 요소 간의 접촉면에서 수평전단력이 충분히 전달되도록 설계해야 한다. 수평전단에 대한 설계는 강도설계법 또는 허용응력설계법의 전단규정에 따라야 한다.
(10) 설계 방법
① 철근콘크리트 구조물 설계 시에는 이 설계기준에서 규정한 강도설계법에 따라 하중계수와 강도감소계수를 사용하여 충분한 강도를 갖도록 부재 단면을 산정하며, 이와 같이 산정된 부재단면은 사용성 요구조건을 만족해야 한다. 한편, 거동특성 및 기능을 감안하여 허용응력설계법의 규정에 따라 설계할 수도 있다.
② 프리스트레스트 부재는 4.5의 규정에 따라 설계해야 한다.
4.2 철근 상세
(1) 철근콘크리트와 프리스트레스트 콘크리트 부재의 철근과 용접철망의 가공 및 배치 상세, 그리고 긴장재와 덕트의 배치는 KDS 14 20 50의 해당규정을 따른다.
(2) 철근의 피복 두께, 수축 및 온도 변화에 대한 보강도 KDS 14 20 50의 해당규정을 따른다.
(3) 압축부재의 철근량에 대한 제한은 KDS 14 20 20 (4.3.2))의 해당규정을 따른다.
(4) 수축·온도 철근은 KDS 14 20 50(4.6)의 해당규정을 따른다. 다만, 교대, 기초 등 교량 하부구조에 배치해야 하는 온도·수축철근의 단면적은 0.0015·h·s 이상이어야 한다. 여기서, h는 부재의 두께이며 s는 온도·수축철근의 간격이다. 다만, 부재의 두께가 1,200 mm를 초과하는 기초판의 경우에는 h를 1,200 mm보다 크게 취할 필요는 없다.
4.3 철근의 정착 및 이음
철근콘크리트와 프리스트레스트 콘크리트 부재의 철근과 용접철망, 그리고 프리스트레싱 강연선의 정착은 KDS 14 20 52의 해당규정을 따른다.
4.4 강도설계법
4.4.1 일반내용
(1) 4.4는 철근콘크리트 및 프리스트레스트 콘크리트교량에 적용할 수 있다.
(2) 기호
= 전단전달에 저항하는 콘크리트의 단면적()
= 콘크리트 단면의 바깥 둘레로 둘러싸인 단면적. 뚫린 단면에서도 뚫린 면적을 포함함()
= 브래킷이나 내민받침에서 계수휨모멘트
[]에 저항하는 철근의 단면적()
= 단면의 총단면적()
= 비틀림에 저항하는 종방향 철근의 전체단면적()
= 브래킷이나 내민받침에서 인장력에 저항하는 철근의 면적()
= 가장 바깥의 비틀림 저항철근의 중심선으로 폐합된 면적()
= 인장철근의 단면적()
= 압축철근의 단면적()
= 축방향 철근의 총단면적()
= 거리내의 비틀림에 저항하는 폐쇄스터럽의 다리 1개의 면적()
= 거리 내의 전단철근의 단면적 또는 깊은 보의 경우 간격 내의 휨인장철근에 수직한 전단철근의 전체 단면적()
= 등가사각형 응력분포의 깊이
= 단면의 폭
= 수평전단을 고려할 때의 접촉면의 단면폭()
= 복부의 폭
= 등가모멘트 수정계수
= 최대 압축변형률이 발생하는 연단에서 중립축까지의 수직거리
= 압축연단에서 인장철근의 중심까지의 거리(유효깊이)
= 압축연단에서 압축철근의 중심까지의 거리
= 총단면의 중심에서부터 압축철근의 중심까지의 거리
= 철근의 탄성계수()
= 콘크리트의 설계기준압축강도()
= 경량 콘크리트의 평균쪼갬인장강도()
= 평형변형률 상태의 압축철근의 응력()
= 철근의 항복강도()
= 종방향 비틀림 철근의 항복강도()
= 폐합된 횡비틀림 철근의 항복강도()
= 단면의 도심에 대한 콘크리트 총단면의 단면 2차모멘트
= 단면의 도심에 대한 철근의 단면 2차모멘트
= 유효길이계수
= 지지부 내면 사이의 순지간
= 압축부재의 비지지장
= 단면의 공칭휨강도
= 소요 휨강도
= 2축휨을 받는 경우의 단면의 방향으로의 계수휨강도
= 2축휨을 받는 경우의 단면의방향으로의 공칭휨강도
= 압축부재 끝단의 계수 모멘트,는 기둥의 상·하부 단모멘트 중 큰 값
= 부재곡률의 영향을 고려한 확대모멘트
= 임계하중
= 2축휨을 받는 경우의 공칭 축하중강도
= 휨이 x축 방향으로만 고려되는 경우의 에 부합하는 단면의 공칭축하중강도
= 휨이 y축 방향으로만 고려되는 경우의 에 부합하는 단면의 공칭 축하중강도
= 순수 축하중강도
= 계수축하중
= 외곽부 폐합 횡방향 비틀림 철근의 중심선의 둘레길이
= 전단면의 둘레 길이
= 회전반경
= 부재 축방향으로의 전단철근의 간격
= 비틀림 균열모멘트
= 계수 비틀림모멘트
= 단면의 공칭전단력
= 공칭 수평전단강도
= 소요전단력
= 경사스터럽과 부재축선 사이의 각
= 전단마찰철근과 전단면 사이의 각
= 집중하중이나 반력면의 짧은 변에 대한 긴 변의 비
= 1) 횡변위가 지지된 경우
전체 계수축하중에 대한 최대 계수축고정하중의 비
2) 횡변위가 지지되지 않은 경우
해당 층의 전체 계수전단력에 대한 해당 층의 최대 계수지속전단력의 비
3) 안정성 검토의 경우
전체 계수축하중에 대한 최대 계수지속축하중의 비
= 일차탄성 골조해석으로 구한 로 인해 발생한 해당 층의 상·하부 사이의 상대횡변위
= 횡방향 변위가 방지된 골조구조에서 압축부재의 양단사이의 부재곡률의 영향을 반영한 모멘트 확대계수
= 강성감소계수
= 마찰계수
4.4.2 강도
단면의 소요강도는 규정된 설계 하중조합에 의한 계수하중을 저항하는데 필요한 강도이다. 구조물과 구조부재의 모든 단면은 적어도 설계단면력과 같은 크기의 설계강도를 가져야 한다. 강도설계법의 기본 요구조건은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
설계강도 ≥ 설계단면력 (4.4-1)
(2) 설계강도
① 하중, 휨, 전단 또는 응력으로 표시되는 부재나 단면의 설계강도는 강도설계법의 요구사항과 가정에 따라 계산되는 공칭강도에 강도감소계수를 곱한 강도이다.
② 강도감소계수는 다음과 같다.
가. KDS 14 20 20 (4.1.2(4))에 정의된 인장지배단면 0.85
나. KDS 14 20 20 (4.1.2(3))에 정의된 압축지배단면
(가) 나선철근 규정에 따라 나선철근으로 보강된 철근콘크리트 부재 0.70
(나) 그 외의 철근콘크리트 부재 0.65
(다) 공칭강도에서 최외단 인장철근의 순인장변형률 가 압축지배와 인장지배단면 사이일 경우에는, 가 압축지배변형률 한계에서 인장지배변형률 한계로 증가함에 따라 값을 압축지배단면에 대한 값에서 0.85까지 증가시킨다.다. 전단력과 비틀림모멘트 0.70
라. 콘크리트의 지압력(포스트텐션 정착부나 스트럿-타이 모델은 제외) 0.65
마. 포스트텐션 정착구역 0.85
바. 스트럿-타이 모델에서
(가) 스트럿, 절점부 및 지압부 0.75
(나) 타이 0.85
사. 긴장재 묻힘길이가 정착길이보다 작은 프리텐션 부재의 휨 단면
(가) 부재의 단부부터 전달길이 단부까지 0.75
(나) 전달길이 단부부터 정착길이 단부 사이의 값은 0.75에서 0.85까지 선형적으로 증가시킨다. 다만, 긴장재가 부재 단부까지 부착되지 않은 경우에는 부착력 저하 길이의 끝부터 긴장재가 매입된다고 가정하여야 한다.
아. 무근콘크리트의 휨모멘트, 압축력, 전단력, 지압력 0.55
③ 철근의 정착길이와 이음길이에는 강도감소계수를 적용할 필요가 없다.
4.4.3 휨 및 압축
(1) 휨모멘트나 축력을 받는 부재 또는 휨모멘트와 축력을 동시에 받는 부재의 설계는 KDS 14 20 20의 해당규정을 따른다.
(2) 부재 단면에 작용하는 휨모멘트와 축력의 계산 및 강도 계산은 KDS 14 20 20의 해당규정을 따른다.
(3) 부재 단면의 전단력과 비틀림모멘트의 계산 및 강도 계산은 KDS 14 20 22의 규정에 따라야 한다.
4.4.4 전단 및 비틀림
(1) 철근콘크리트와 프리스트레스트 콘크리트 부재의 전단력과 비틀림모멘트의 설계는 KDS 14 20 22의 규정에 따라야 한다.
(2) 합성콘크리트 휨부재의 수평전단강도
① 합성콘크리트 휨부재에서 수평전단력이 상호 연결된 요소들의 접촉면에서 충분히 전달되는지 여부를 확인해야 한다.
② 계산결과가 다음 바이나 사의 규정에 부합되도록 계산된 경우를 제외하고, 수평전단에 대한 단면설계는 식 (4.4-2)에 따라야 한다.
여기서, 는 고려되는 단면에서의 계수전단력이고, 는 공칭 수평전단강도로서 다음과 같이 규정한다.
가. 접촉면이 청결하고, 부유물이 없으며 표면을 거칠게 만들어진 경우, 공칭수평전단강도는 이하로 한다.
나. 4.4.4(2)③에서 규정한 최소전단연결재가 있으며, 접촉면이 청결하고 부유물은 없으나 표면이 거칠게 만들어지지 않은 경우, 공칭수평전단강도는 0.56 이하로 한다.
다. 4.4.4(2)③에 규정된 최소전단연결재가 있고, 접촉면이 청결하고 부유물이 없으며 표면이 대략 6 mm 깊이로 거칠게 만들어진 경우,
공칭수평전단강도 는 로 하며, 보다 크게 취할 수 없다. 여기서, 는 이다.
라. 고려하는 단면에서 계수전단력 가 를 초과하는 경우, 수평전단력에 대한 설계는 KDS 14 20 22(4.6)의 전단마찰 규정에 부합되도록 해야 한다.
마. 4.4.4(2)에서 는 긴장재와 종방향 인장철근의 중심에서 압축측 연단까지의 거리이며, 프리스트레스트콘크리트 부재의경우 이상이어야 한다.
바. 수평전단력은 합성부재의 임의 요소에서의 압축력이나 인장력의 실제 변화량을 계산하여 구하며, 이러한 힘은 이를 지지하는 요소에 수평전단력으로 전달할 수 있도록 조치하여야 한다. 계수수평전단력은 4.4.4(2)②에 규정된 수평전단강도 이하이어야 한다. 이때, 대신에 접촉면적 를 사용해야 한다.
사. 수평전단력에 저항하는 전단연결재를 4.4.4(2)②바에 만족되도록 설계할 때, 부재축을 따라 전단연결재의 간격과 단면적은 부재 내의 전단력 분포를 반영하여 결정하여야 한다.
아. 상호 연결된 요소사이에 접촉면을 가로질러 인장력이 존재할 경우에, 최소의 전단연결재가 KDS 14 20 22(4.6)에 따라 배치된 경우에만 접촉에 의한 전단전달을 허용해야 한다. 접촉면을 통과하는 철근 중 KDS 14 20 22(4.6)에 규정된 최소량을 초과하는 철근량의 매 %당 전단강도를 씩 증가시켜도 좋다.
③ 수평전단에 대한 연결재
가. 수평전단력을 전달시키기 위해 전단연결재를 사용할 경우, 연결재의 단면적은 이상으로 하고, 보다 적어서는 안 된다. 또한 연결재의 간격은 지지요소의 최소 치수의 4배, 또한 600 mm 이하이어야 한다.
나. 수평전단력에 대한 전단연결재로는 단일철근이나 철선, 다중 스터럽 또는 용접철망의 수직철근 등이 사용될 수 있다.
다. 모든 전단연결재는 상호 연결된 요소들에 충분히 정착되어야 한다.
(3) 슬래브와 기초판의 전단 설계는 KDS 14 20 22(4.11)에 따른다.
(4) 박스형 암거슬래브의 전단
① 박스형 암거슬래브의 전단강도 는 그 위에 채움흙 높이가 60 mm 이상의 경우 식 (4.4-3)에 의해 계산해도 좋다.
② 그러나 는 를 초과할 수 없다. 다만, 단일 사각형 암거에 대해서만은 벽체와 일체로 된 슬래브의 는 보다 작게 취할 필요는 없으며, 또 단순지지된 슬래브의 는 보다 작게 취할 필요는 없다. 와 는 고려되는 단면에서 동시에 발생하는 계수단면력으로서의 값은 1.0보다 크게 취하여서는 안 된다.
(5) 브래킷 및 내민받침의 전단 설계는 KDS 14 20 22(4.8)에 따른다.
(6) 깊은 보의 전단 설계는 KDS 14 20 22(4.7)에 따른다.
(7) 비틀림에 대한 설계는 KDS 14 20 22(4.4)에 따른다.
4.4.5 지압강도
(1) 콘크리트의 설계지압강도는 아래 (2), (3) 및 (4) 경우를 제외하고는 을 초과할 수 없다. 여기서 은 재하면적이다.
(2) 지지표면이 재하면보다 모든 측면에서 큰 경우에는 설계지압강도는 을 곱한 값을 사용할 수 있으되, 의 값은 2.0이하라야 한다. 여기서 는 재하면과 닮은 꼴이고 중심이 같은 지지표면 일부분의 최대면적이다.
(3) 지지표면이 경사지거나 층을 이루고 있는 경우에는 재하면으로부터 수직과 수평을 1:2의 비율로 경사를 그렸을 때 형성되어 지지부내에 포함되는 가장 큰 절두체(截頭體)의 밑면적을 로 취해야 한다.
(4) 재하면이 처짐이나 편심하중으로 인하여 재하면의 단에서 큰 지압응력이 발생하는 경우에는 위의 (1), (2) 및 (3)에서 구한 설계지압강도에 0.75를 곱해야 한다.
4.5 프리스트레스트 콘크리트
4.5.1 일반내용
(1) 이 항목은 철도교를 위한 프리스트레스트 콘크리트 교량 구조물의 설계에 관한 일반적인 표준을 규정한다.
(2) 기호는 1.2및 다음을 따라야 한다.
＝ 인장철근의 단면적(mm)
＝ 압축철근의 단면적(mm)
＝ 긴장재의 단면적(mm)
＝ 플랜지의 압축강도를 발휘하기 위해 요구되는 철근량(mm)
＝ 복부의 압축강도를 발휘하기 위해 요구되는 철근량(mm)
＝ 복부 철근량(mm)
＝ 플랜지를 갖는 부재의 플랜지 폭 또는 4각 거더 부재의 폭(mm)
＝ 보의 복부폭 와 내민 플랜지의 길이를 합한 거리(mm)
＝ 플랜지를 갖는 부재의 복부폭(mm)
＝ 긴장재의 공칭지름(mm)
＝ 압축측 연단에서 긴장재 도심까지의 거리 또는 프리캐스트연속 거더교에서 압축측 연단으로부터 부모멘트 보강철근 도심까지의 거리(mm)
＝ 총고정하중하에 의해 발생하는 긴장재 도심에서의 콘크리트평균압축응력(MPa)
＝ 프리스트레스 손실 후 긴장재의 도심에서의 콘크리트 평균압축응력(MPa)
＝ 프리스트레스 도입시의 콘크리트 압축강도(MPa)
＝ 콘크리트의 설계기준강도(MPa)
＝ 손실이 일어난 후 유효 긴장응력(MPa)
＝ 포스트텐션 부재에서 정착단에서의 긴장응력(MPa)
＝ 계수하중 하에서 긴장재의 평균응력(MPa)
＝ 긴장재의 극한강도(MPa)
＝ 콘크리트의 허용 휨강도, 파괴계수(MPa)
＝ 인장철근의 항복강도(MPa)
＝ 압축철근의 항복강도(MPa)
＝ 긴장재의 항복점 응력(MPa)
＝ 마찰손실을 제외한 총 손실(MPa)
＝ 콘크리트의 크리프에 의한 손실(MPa)
＝ 탄성수축에 의한 손실(MPa)
＝ PS강재의 마찰에 의한 손실(MPa)
＝ PS강재의 릴랙세이션에 의한 손실(MPa)
＝ 정착장치에서의 슬립량에 의한 손실(MPa)
＝ 콘크리트의 건조수축에 의한 손실(MPa)
＝ 부재의 총 높이(mm)
＝ 주위의 연간 평균상대습도(%)
＝ 플랜지를 갖는 부재의 플랜지 평균 두께(mm)
＝ 단면도심에서의 단면 2차모멘트(mm)
＝ 긴장재의 단위 길이당 파상마찰 계수 (1/m)
＝ 곡률마찰계수 (1/rad)
＝ 패널의 중심에서 긴장재 중심까지의 거리(mm)
＝ 정착단으로부터 임의의 점 까지의 긴장재의 길이(mm)
＝ 외부작용하중에 의한 휨균열 모멘트
＝ 계수하중에 의해 발생하는 단면의 최대 모멘트
＝ 부재의 공칭모멘트
＝ 단면의 계수모멘트( < )
＝ 단면도심에서의 단면 1차 모멘트(mm)
＝ 강재지수( )
＝ 복부철근의 횡방향 간격(mm)
＝ 횡방향 허용 수평 전단응력
＝ 콘크리트가 부담하는 공칭전단강도
＝ 전단과 모멘트의 조합에 의해 사인장균열이 발생할 때 콘크리트가 부담하는 공칭전단강도
＝ 복부의 과도한 주인장응력으로 인해 사인장균열이 발생할 때 콘크리트가 부담하는 공칭전단강도
＝ 사용 고정하중에 의해 발생하는 단면의 전단력
＝ 를 발생시키는 외부 작용하중에 의해 발생하는 단면의 계수전단력
＝ 단면의 유효 프리스트레스 힘의 수직분력
＝ 전단철근이 부담하는 공칭 전단강도
＝ 단면의 계수 전단력
＝ 외부 작용하중에 의해 인장응력이 발생하는 단면의 최외연에 대한 합성단면의 계수
＝ 콘크리트의 단위질량(kg/m)
＝ 철근을 무시한 총 단면의 도심축으로부터 인장측 연단까지의 거리(mm)
＝ 정착단에서 임의점 까지 프리스트레스 긴장재의 각의 총 변화(rad)
＝ 등가직사각형 응력분포의 깊이와 중립축 거리와의 비
＝ 인장철근비( )
＝ 긴장재비( )
＝ 압축철근비( )
4.5.2 원리 및 정의
(1) 사용 콘크리트의 강도 - 이 절은 설계기준 압축 강도가 60 MPa 이하인 콘크리트에 대하여 적용할 수 있다.
(2) 검토등급
① 콘크리트 단면의 세 개 검토 등급을 다음과 같이 정의한다.
가. 등급 Ⅰ: 사용하중에 대하여는 인장응력이 허용되지 않으며, 시공중에만 인장응력을 허용해야 한다.
나. 등급 Ⅱ: 평상시의 사용하중에 대하여는 인장응력이 허용되지 않으며, 시공 중과 흔하지 않은 사용하중 조합에만 인장응력을 허용해야 한다. 축응력은 비균열단면으로 계산해야 한다.
다. 등급 Ⅲ: 총 단면을 고려하는 경우에는 흔하지 않은 사용하중 조합에만 인장응력을 허용해야 한다. 콘크리트 피복두께 단면을 고려하는 경우에는 평상시의 사용하중에 대하여 인장응력을 허용하나 반영구적 하중조합에 대하여는 인장응력은 허용되지 않는다.
② 사용하중에 대하여 등급 I로 검토해야 한다. 즉, 프리스트레스 구조물이며 계산된 단면에 철근이 배근된 경우에 최악의 사용하중 조합에 대하여 인장응력이 발생하지 않아야 한다.
③ 철도선로를 가로지르는 도로교나 보도교는 관련기관에서 요구하지 않은 경우를 제외하고는 등급 II로 검토해야 한다.
④ 시공 중의 철도교량 또는 일시적으로 사용하는 철도교량에 대해서는 KDS 24 14 30 (4.5.1) 을 만족한다면 등급 II로 검토할 수 있다.
⑤ 위에서 정하지 않은 프리스트레스트 콘크리트구조물의 경우에는 관련기관의 요구에 따라 검토해야 한다.
4.5.3 적용범위 및 재료
① 구조물 각 부분의 콘크리트의 설계기준강도는 명확히 제시되어야 한다. 프리스트레스트 콘크리트(PSC)에 쓰이는 콘크리트는 압축강도가 높아야 하고 건조수축과 크리프가 작아야 한다. PSC의 목적을 달성하고 그 장점을 충분히 발휘시키기 위해서는 높은 압축강도의 콘크리트가 필요하다. 특히 설계계산에 사용한 압축강도 즉, 설계기준강도가 확실하게 현장시공에서 얻어져야 한다. PSC는 RC와 달라서 설계계산상의 큰 응력이 프리스트레싱에 의해서 실제로 콘크리트에 발생하기 때문이다. 따라서 PSC에서는 콘크리트의 설계기준강도을 적어도 다음 값 이상이 되게 해야 한다.
가. 프리텐션 방식의 경우 35 MPa
나. 포스트텐션 방식의 경우 30 MPa
② 구조물에 사용한 실제의 콘크리트 강도가 위의 설계기준강도보다 작게 되는 일이 있어서는 안 된다. 따라서 현장의 콘크리트 강도의 변동에 따라 콘크리트의 배합강도를 설계기준강도 보다 크게 정해야 한다.
(2) PS강재 및 철근
① PS강재
PS강선, PS강봉, PS강연선은 한국산업표준 KS D 7002, KS D 3505에 따라야 한다. 즉, PS용 강재는 일반적으로 다음과 같은 성질이 요구된다.
가. 초기 프리스트레스가 감소한 후에도 PSC가 성립되기 위해서는 소요의 유효 프리스트레스가 남아 있어야 하므로 PS강재를 높은 인장응력으로 긴장해 두어야 한다. 따라서 PSC에서는 고강도 강재가 필요하다. 보통의 PS강재는 연강의 2∼4배정도의 인장강도를 나타낸다. 즉, PS강선의 인장강도는 1,450∼1,950 MPa,항복강도는 1,250∼1,750 MPa, PS강봉의 인장강도는 950∼1,450 MPa, 항복강도는 800∼1,300 MPa 정도를 요구하고 있다. 이것은 항복비(항복강도/인장강도, %)로는 PS강선이 86∼90%, PS강봉이 84∼90%정도이다.
나. PS강재의 릴랙세이션이 크면 프리스트레스가 많이 감소하기 때문에 PS강재는 장기간에 걸쳐서 릴랙세이션이 작아야 한다. KS규격에서는 PS강선 및 PS강연선의 릴랙세이션은 3% 이하, PS강봉의 릴랙세이션은 1.5% 이하를 요구하고 있다.
다. 파괴에 이르기까지 높은 응력에 견디며 큰 변형을 나타내는 재료의 성질을 연성(ductility)이라 하며, 연성이 큰 재료는 연신율도 크다. KS D 7002에서는 PS강재의 파단시의 연신율을 지름에 따라 3.5∼4.5%, PS강연선에 대해서는 3.5% 이상을 요구하고 있다. 또 KS D 3505에서는 PS강봉의 연신율을 5% 이상 요구하고 있다.
라. 높은 응력을 받는 강재는 급속하게 녹스는 일이 있고 또 표면에 녹이 보이지 않더라도 조직이 취약해지는 경우가 있으므로 응력부식에 대한 저항성이 커야 한다.
마. 프리텐션 방식과 같이 PS강재를 부착시켜 사용하는 경우에는 PS강재가 콘크리트와 부착강도가 커야 하며 콘크리트와의 부착강도를 높이기 위해서는 몇 개의 강선을 꼰 PS강연선이나 이형 PS강재를 사용하는 것이 좋다. 곧은 상태로 출하된 PS강봉은 문제가 되지 않으나 타래로 감아서 출하되는 PS강재는 풀어서 사용하는데, 이때 감기지 않고 곧게 잘 펴져야 한다. 즉, 직선성이 좋아야 하는데 이점이 시공상 중요하다. 타래의 지름이 소선 지름의 150배 이상인 것이 좋다.
바. 철도교와 같이 하중 변동이 큰 구조물에 사용할 PS강재는 피로강도를 조사해 두어야 한다.
가. 철근의 항복강도는 계획시 주어져야 하고, 용접된 철근은 계획에 제시되어야 하며 용접과정도 규정되어야 한다.
나. 철근의 항복강도 는 500 MPa를 초과하지 않아야 한다.
다. 나선철근이나 띠철근으로 사용하는 것이 허용된 원형철근이나 강선을 제외하고는 이형철근을 사용해야 한다.
4.5.4 해석
이 규정들을 사용하여 부재들이 적당한 강도를 갖도록 해야 한다. 연속보와 부정정 구조물들은 적당한 강도를 갖고 만족스러운 거동을 하도록 설계해야 한다. 거동은 탄성해석에 의해 결정되며, 이때 프리스트레싱에 의해 유발되는 반력, 모멘트, 전단력 그리고 축력과 온도, 크리프, 건조수축, 축방향 변형, 접촉된 구조요소의 구속 그리고 기초의 침하에 의한 영향 등을 고려해야 한다.
(2) 교량의 신축
① 모든 교량은 온도응력에 저항하도록 설계해야 하며, 온도의 변화에 의해 발생하는 이동을 고려하여 설계해야 한다.