TIMWORK-inc/kds-kcs-standards huggingface dataset:
그림 4.11-1 연속슬래브교의 가상지간
② 각각의 단순보의 하중분배계수를 계산해야 한다.
③ 연속보를 1개의 보로 하여, 보이론에 의하여 단면력을 계산하고 이 하중분배계수를 곱해서 각각의 보의 설계단면력을 계산해야 한다.
④ 중간지점부의 단면력에 대해서는, 그 지점의 양쪽 지간의 하중분배계수의 평균값을 하중분배계수로 하여 위와 같이 각각의 보의 설계단면력을 계산해야 한다.
(2) 교축 직각방향의 지진의 영향 및 풍하중에 대한 구조해석은 교각의 휨강성을 고려하여 행해야 한다. 교각의 휨강성 평가방법으로는 그림 4.11-2에서와 같이 등가스프링 받침부로 치환하는 방법 등이 있다.
그림 4.11-2 교축 직각방향의 검토 모델의 예
4.11.3 중간지점상의 설계휨모멘트
(1) 연속거더교의 중간지점상의 휨모멘트는 보 이론으로는 지점상에서 뾰족한 분포로 나타나나 실제의 거더에서는 받침부폭, 거더의 높이, 가로보 등의 영향을 받아 그림 4.11-3에서와 같이 된다. 따라서 중간지점상의 설계휨모멘트는 식 (4.11-1)에 의하여 계산할 수 있다.
다만,
그림 4.11-3 중간지점상의 설계휨모멘트
(2) 한편, 거더의 아래 연단측에는 보 이론으로 계산한 경우 보다 큰 압축응력이 발생할 수 있으므로 이 부분에서는 4.11.5의 규정에 따라 가외철근을 배치할 필요가 있다. 또한 지점상에 가로보나 격벽이 있는 경우의 설계단면은 이를 무시한 단면으로 보는 것이 좋다.(그림 4.11-4 참조)
그림 4.11-4 중간지점의 휨모멘트에 대한 응력계산에 쓰이는 단면
4.11.4 고정받침부
(1) 연속거더교의 고정받침부는 그림 4.11-5에서 나타난 바와 같이 지진의 영향에 의한 수평반력이 거더에 작용하게 되므로 이로 인한 응력에 대해 철근이나 프리스트레스트에 의해 보강하여 설계해야 한다.
그림 4.11-5 고정받침부에서의 수평반력
그림 4.11-6 단지점의 격벽으로부터 직접 교대에 수평반력을 전달하는 경우
4.11.5 구조상세
(1) 연속거더교의 중간지점 부근에서는 휨모멘트와 전단력이 모두 최대가 되는 단면이고, 또한 집중적인 받침반력을 받아 응력상태가 복잡하고, 거더 아래 측에는 보 이론으로 해석한 경우보다 큰 압축응력이 발생할 수 있다. 따라서 그림 4.11-7에서와 같이 복부와 거더 아래 측에 가외철근을 충분히 배치해야 한다.
그림 4.11-7 가외철근 배치의 한 예
4.12 라멘교
4.12.1 일반내용
(1) 이 절은 거더 및 슬래브와 기둥이 일체로 강결(剛結)된 철도교량의 설계에 적용해야 한다. 이 절은 라멘교 고유의 사항에 대해 규정한 것으로, 슬래브교, T형거더교, 박스거더교 등의 단면형상의 고유 사항에 대해서는 각각의 절의 규정에 따라야 한다.
(2) 라멘교의 기둥 및 벽에 대해서는 이 절에서 규정하고 있지 않는 사항들인 토압, 수압 및 지점침하 등에 대해서도 추가로 검토해야 한다.
: 보강철근량(mm)
: 스터럽 또는 띠철근의 간격(mm) 혹은 연직방향부재의 높이(mm)
: 수평방향부재의 높이(mm)혹은 그림 4.12-7의 보의 폭 또는 기둥의 폭(mm)
: 연직부대의 지름 그림 4.12-6 혹은 그림 4.12-7의 벽체 또는 기둥의 폭
: 라멘부재 절점부에서의 강역선정을 위한 접합부재의 제원(그림 4.12-3 참조)
: 헌치부의 높이
: 기둥의 폭
: 라멘부재 절점부의 휨강성
: 정착길이 혹은 기둥의 축방향 철근의 확대기초에서의 정착길이
그림 4.12-1 라멘교 각부의 명칭
4.12.2 구조해석
(1) 단면력을 계산할 때의 라멘축선(軸線)은 그림 4.12-2(a)에서와 같이 부재단면의 도심축선에 일치시킨다. 그러나 그림 4.12-2(b)에서와 같이 수평부재와 연직부재의 길이의 비가 4정도 이상이거나 단면의 변화가 매우 심한 경우는 거더의 축선변화의 영향을 고려하여 단면력을 계산하는 것이 좋다.
(2) 기둥의 축선의 하단은 기둥이 기초구조와 일체로 강결된 경우에는 기초구조의 상면으로 하고, 힌지구조에 결합되어 있는 경우에는 힌지의 중심으로 해야 한다.
그림 4.12-2 라멘교에 대한 구조모델
(3) 헌치의 크기가 부재단면에 비해 작고, 단면의 응력계산에서 무시될 수 있는 정도의 크기의 헌치인 경우는 휨강성의 변화를 무시해도 좋다. 또한 지간이 비교적 긴 라멘교에서는 강역(剛域)의 영향을 무시하여 해석하더라도 그 오차는 작기 때문에 일반적으로 강역의 영향을 무시할 수 있다. 이 경우 휨강성의 변화의 영향을 고려하여 해석하려면 라멘부재절점부의 설계휨모멘트는 그림 4.12-5에 따라 구해도 좋다. 그러나 기둥과 보의 절점부에 특히 큰 헌치가 있는 경우나 보 부재 또는 기둥부재의 부재두께가 매우 큰 경우에는 강역의 영향이 무시될 수 없으므로 아래의 방법으로 구하는 강역 그림 4.12-3을 고려하여 구조해석을 수행하는 것이 좋다.
① 부재단부가 다른 부재와 접합할 때는 그 부재단에서 부재두께의 1/4안쪽 점에서부터 절점까지로 해야 한다.
② 부재가 그 축선에 대해 25° 이상 경사진 헌치를 갖는 경우에는 부재두께가 1.5배가 되는 점에서부터 절점까지로 해야 한다. 다만, 헌치의 경사가 60°이상의 경우는 헌치의 시점(始點)부터 부재 두께의 1/4 안쪽점에서부터 절점까지로 해야 한다.
③ 양측의 헌치의 크기가 다른 경우 등의 사유로 ① 및 ②로 정한 점이 2점 이상 동시에 존재하는 경우에는 강역의 범위는 큰 쪽을 취해야 한다.
그림 4.12-3 라멘교 절점부에서의 강역
4.12.3 라멘부재 절점부
(1) 라멘부재의 절점부(節點部)는 접속하는 부재 서로가 단면력을 확실하게 전달시킬 수 있도록 해야 한다.
(2) 라멘부재 절점부 모서리부에는 헌치를 붙인다. 그러나 부재가 변단면(變斷面)인 경우 혹은 라멘 중간 절점부인 경우에는, 특히 절점부의 안정성에 대하여 검토한 경우 등의 절점부에는 헌치를 붙이지 않아도 좋다.
(3) 응력을 검사할 때 헌치의 유효부분은 그림 4.12-4와 같다고 본다.
그림 4.12-4 헌치의 유효부분
(4) 라멘부재 절점부의 설계휨모멘트는 그림 4.12-5와 같이 구한다.
그림 4.12-5 라멘부재 절점부의 설계휨모멘트
(5) 기둥의 단면이 원형인 경우는 거더 또는 슬래브의 응력 등을 검사할 단면의 위치는 그림 4.12-6과 같이 기둥 표면에서 기둥 직경의 1/10만큼 들어간 위치로 하거나 단면적이 같은 가상의 정사각형 단면으로 원형 단면을 치환했을 때의 표면 위치로 하여도 좋다.
그림 4.12-6 기둥 단면이 원형인 경우의 설계단면
4.12.4 토압이 작용하는 라멘교
(1) 벽식 교각의 라멘교 등에서는 교각에 토압이 작용할 때, 토압이 여러가지요인에 의해 설계대로 작용하지 않을 경우가 있다. 이렇게 토압이 작게 작용하는 경우에는 작은 토압을 고려해야 한다.
(2) 시공 중에 토압이 작용하지 않을 경우, 혹은 부분적으로 작용하는 경우 등에 대해서도 검토할 필요가 있다.
4.12.5 구조상세
(1) 거더 및 슬래브와 기둥의 주철근은 절점부에서 서로간의 배치관계를 고려하여 단면력이 확실하게 전달되도록 배치해야 한다.
(2) 라멘 절점부는 각종의 철근이 교차하고 있고, 그 외에 큰 단면력이 작용하고 있기 때문에 철근의 배치에 대해서는 각별히 주의하고, 철근의 조립 및 배근, 콘크리트의 치기 등에 지장이 없도록 설계해야 한다.
(3) 단절점부에서는 그림 4.12-7에서 보여주는 바와 같이 절점부에서 결합하는 부재의 주철근량의 적어도 1/2은 외측에 연해서 배치하는 것이 좋다. 그림 4.12-7에서 파선으로 표시된 철근은 계산상 필요한 경우에 배치하는 철근이다.
그림 4.12-7 라멘 단 절점부의 철근의 배치
① 부휨모멘트가 최외측 접합부에 작용하는 경우에 계수하중 휨모멘트에 의해 대각선 방향의 단면에 생기는 인장응력 가 를 넘을 경우는 철근을 배치해야 한다.
② 접합부에 정휨모멘트가 작용하면, 접합부 대각선 방향으로 인장응력이 작용하므로 경사방향으로 철근을 배치해서 보강해야 한다.
(4) 중간 절점부에서의 기둥의 주철근은 모서리에서 거더 및 슬래브의 부재높이의 1/2 또는 기둥의 유효높이의 1/2 중 작은 값만큼 지나서 이 점부터 정착길이 이상 연장해야 한다. 즉, 박스거더 등에서는 격벽에 설치된 개구부 등으로 인해서 축방향철근이 끊기는 경우가 많으므로 이 경우도 그림 4.12-8의 a-a단면에서 소요 철근량은 이 규정에 따라 정착시키는 것이 필요하다.
그림 4.12-8 기둥의 주철근의 묻힘길이
(5) 그리고, 기둥의 하단이 고정된 경우에도, 기둥의 주철근은 기초의 상단부터 위의 4.12.5(4)와 같이 정착시킨다. 다만, 시공상 부득이한 경우에는 그림 4.12-9와 같이 축방향철근을 확대기초 하단까지 연장하여 직각갈고리를 만들어 정착시켜도 좋다.
그림 4.12-9 확대기초 내에서의 축방향철근의 정착
(6) 헌치에는 계산상 철근이 필요없는 경우에도 경사면에 연하여 보강철근을 추가로 배치해야 한다.
(7) 부재 접합부 및 그 부근에는 주철근의 이음을 두지 않아야 한다.
(8) 접합부 모서리 측면은 시공 중에 동바리의 변형이나 기둥이 연직방향 반력의 영향에 의한 연직방향으로 발생하는 균열을 방지하기 위하여 수평방향 철근을 추가 배치해야 한다.
(9) 라멘의 접합부 모서리 부분은 콘크리트의 시공이음을 고려하여 철근을 배치해야 한다.
4.13 박스거더교
4.13.1 일반내용
(1) 이 절은 단면이 박스 모양으로 구성된 철도교량의 설계에 적용된다.
(2) 박스거더교의 기본적인 단면형상에는 그림 4.13-1에 보인 것처럼 단일박스 거더교, 다열박스 거더교 및 다중박스 거더교가 있다.
(3) 그림 4.13-2에는 상자단면의 특성을 갖는 여러 가지 형상의 박스거더교를 보여준다.
그림 4.13-1 박스거더교의 기본 단면 형상
그림 4.13-2 여러 가지 형상의 박스거더교
4.13.2 설계일반
(1) 주거더의 받침점상에는 가로보 및 격벽을 둔다.
(2) 지간이 24 m 이상인 다열형 박스거더에서는 중간 가로보 및 중간 격벽을 설치한다. 경간 내에 가로보를 둘 경우에는 휨모멘트가 가장 큰 위치에 배치하는 한다.
(3) 단일 및 다중 박스거더로서 직선교이거나 내측 곡률반경이 240 m 이상인 곡선교일 경우에는 중간 격벽을 설치할 필요가 없다.
(4) 단일 및 다중 박스거더의 곡률반경이 240 m 미만일 경우에는 중간 격벽이 필요할 수 있으며 중간 격벽 간격과 강도는 설계 시에 신중히 검토해야 한다. 이 경우에 중간 격벽의 간격은 12 m 이하로 하는 것이 바람직하다.
(5) 전단응력의 계산에 쓰이는 복부의 폭은 복부 축선의 직각방향의 두께로 해야 한다. 예를 들면 경사진 복부의 경우에는 그림 4.13-3에 보인 것과 같이 전단류의 직각방향의 폭을 사용하면 된다.
그림 4.13-3 전단응력의 계산에 쓰이는 복부의 폭
(6) 플랜지 폭이 복부 또는 플랜지의 두께에 비하여 클 때에는 플랜지에 생기는 전단력에 대하여 검토하는 것이 좋다. 특히 복부폭이 플랜지 두께의 4배를 넘거나, 보강 리브가 있는 박스거더교 등에 대하여는 플랜지에 생기는 수평전단응력에 대하여 조사를 하는 것이 좋다.
그림 4.13-4 플랜지에 생기는 수평전단응력의 분포
(7) 박스거더의 압축플랜지의 유효폭
전체 슬래브 폭이 압축에 유효하다고 가정해야 한다.
4.13.3 구조 해석
(1) 단일박스 거더교 및 다중박스 거더교의 단면력은 보이론에 따라 계산하면 된다. 일반적으로 단일박스 거더교 및 다중박스 거더교는 교축 직각방향의 강성이 크고 하중분배작용이 좋기 때문에 박스거더 전단면을 하나의 보로 보고 해석하여도 된다. 그러나 지간에 대한 전체폭의 비(전체폭/지간)가 0.5를 넘는 비교적 폭이 넓은 다중박스 거더교는 격자이론에 따라 단면력을 계산하는 것이 좋다.
(2) 사각이 있는 박스거더교 및 다열 박스거더교의 단면력은 격자이론에 따라 계산해야 한다. 다만 단일 박스거더교 및 다중 박스거더교에서 사각이 20° 미만이면 격자이론을 따르지 않고 보이론에 따라 해석하는 것도 좋다.
4.13.4 횡방향 설계
(1) 하부플랜지 및 복부의 응력은 박스거더를 복부 및 상하 플랜지로 구성된 라멘 구조로 보고 해석하여도 좋다. 그림 4.13-15 보인 것처럼 교축방향으로 1 m의 두께가 있는 박스 라멘 구조로 모델링하여 계산하여도 실제적으로 충분한 정도의 해를 얻을 수 있기 때문에 일반적인 경우에 이 방법을 써서 구하여도 좋은 것으로 하였다. 프리스트레스 이외의 하중에 의하여 부재에 생기는 축방향력은 일반적으로 작기 때문에 하부 플랜지 및 복부를 설계할 때에 축방향력은 고려하지 않아도 좋다.
그림 4.13-5 하부플랜지 및 복부의 휨모멘트
(2) 경사진 복부 및 보강 리브가 있는 박스거더교의 하부플랜지 및 복부의 단면력은 복부의 경사와 보강 리브의 영향을 고려하여 구해야 한다. 경사진 복부가 있는 박스거더교에서 복부에 배치된 교축방향의 PS강재가 위로 휘어진 경우 프리스트레스 힘의 연직방향분력에 의하여 생기는 단면력 등에 대하여 검토해야 한다. 다만 보강 리브가 있는 박스거더교의 단면력은 리브의 영향을 고려하여 계산한다. 거더 높이의 변화가 있는 박스거더교는 하부플랜지에 작용하고 있는 수직응력 및 프리스트레스 힘의 수직분력에 의하여 단면력이 생기게 된다. 따라서 하부플랜지의 폭이 넓고 그 영향을 무시할 수 없는 경우에는 설계 시 이를 고려해야 한다.
(3) 복부의 휨모멘트에 대하여 배치된 철근량의 1/2은 교축방향의 설계를 할 때 사인장철근으로 간주하여도 된다. 사인장 철근량을 계산할 때의 재하상태가 4.13.4(1)에 규정된 재하상태인 복부에 최대휨모멘트가 생기는 재하상태와 반드시 일치하는 것은 아니기 때문에 복부에 생기는 휨모멘트에 저항하기 위하여 필요한 철근량의 1/2까지 사인장철근으로 볼 수 있도록 하였다.
(4.13-1)
여기서, ：1개의 복부에 배치된 철근량
：복부 l개당 필요한 사인장 철근량
：복부에 생기는 휨모멘트에 저항하는데 필요한 철근량
(복부 내측 또는 외측의 것 중 큰 값)
：비틀림모멘트에 대한 복부 1개당의 횡방향 필요철근량
그러나 복부 내측 및 외측에 대하여는 복부에 생기는 정·부모멘트에 대하여 각각 필요한 철근량 이상의 철근을 배치해야 한다.
그림 4.13-6 복부에 배치되는 철근량
4.13.5 지점 가로보 및 다이아프램의 설계
(1) 지점 가로보 및 다이아프램의 단면력은 지점과 부재의 결합조건에 따라 해석모델을 설정하고 보이 론에 의하여 계산하는 것이 좋다.
(2) 가로보 및 다이아프램의 단면력을 계산할 때, 플랜지의 유효폭은 시방서의 규정에 따라 구하면 된다. 다만 지점 가로보 및 다이아프램에 개구부가 있을 때에는 그 영향을 고려하여 구조모델을 설정하고 단면력을 계산해야 한다.
4.13.6 구조상세
(1) 열차하중을 받는 박스거더의 상부슬래브 및 하부슬래브의 두께는 200 mm 이상으로 해야 한다.
(2) 플랜지의 두께를 주거더방향으로 변화시킬 경우에는 1/5보다 완만한 경사로 하는 것이 좋다. 다만 그 이상의 급한 경사로 할 필요가 있는 경우의 설계계산에 사용되는 유효단면적은 1/5 이하의 완만한 경사내의 부분으로 해야 한다.
그림 4.13-7 플랜지 두께의 변화
(3) 복부의 종방향 철근은 건조수축 및 온도철근(0.2%) 이상으로 전단면에 걸쳐서 균등하게 배치해야 하고, 하부슬래브의 종방향 및 횡방향 철근의 배근은 KDS 14 20 50(4.2)에 따라야 한다.
(4) 철근콘크리트 박스거더교의 주거더에 배치하는 주철근은 복부 및 헌치부 내에서 2단 이하로 배치하는 것이 좋다. 그러나 부득이 플랜지 내에 배치할 경우에는 복부의 측면에서 주거더의 지간의 1/10의 범위 내에 배치하고, 철근 중심간격의 최댓값은 250 mm로 하는 것이 좋다.
그림 4.13-8 주철근의 배치
(5) 개구부를 둘 경우에는 그 주위를 보강해야 한다. 개구부는 될 수 있으면 응력의 크기가 작은 곳에 두며, 개구부에 의하여 절단된 철근량 이상의 철근을 보강철근으로 배치하는 것으로 해야 한다. 그림 4.13-9과 같이 PS강재의 정착은 개구부로부터 충분히 떨어진 곳에 하도록 해야 한다.
그림 4.13-9 하부플랜지 개구부 구조의 한 예
4.14 아치교
4.14.1 일반내용
(1) 이 절은 철근콘크리트 아치교의 설계에 적용해야 한다. 아치교를 구조역학적으로 분류하면, 고정아치, 1힌지아치, 2힌지아치, 3힌지아치 등으로 구분된다.
(2) 아치교의 구조형식별에는 개복식(開腹式)아치 및 폐복식(閉腹式)아치교가 있다.
: 아치의 높이
: 스프링잉(springing)에서 단위길이당 고정하중(kN/m)
: 크라운에서 단위길이당 고정하중(kN/m)
: 세장비
4.14.2 설계일반
(1) 아치축선
① 아치축선은 하중에 의한 압력선에 가능한 일치하도록 선택해야 한다.
② 일반적으로 아치축선을 정하는 압력선을 구하는 하중은, 고정하중 또는 고정하중에 등분포활하중의 1/2를 만재한 상태의 하중으로 해야 한다.
③ 아치축선은 일반적으로 식 (4.14-1)에 의해 정해야 한다.
그림 4.14.1 아치축선
(4.14-1)
(2) 아치 상부구조
① 개복아치의 상부구조는 라멘구조로서 설계해야 한다.
② 폐복아치의 측벽에는 적당한 간격마다 횡방향으로 칸막이를 붙이면 좋다. 측벽과 아치가 일체로 움직이지 않도록 하기 위하여 측벽에는 적당한 간격으로 연직이음을 설치해야 한다.
(3) 지간이 긴 아치에서는 좌굴에 대하여 안전한가를 검토해야 한다.
(4) 아치의 기초는 아치에서 발생하는 수평력에 충분히 저항할 수 있도록 해야 한다.
(5) 아치리브가 포함하는 면내에서의 좌굴이나 면외에서의 좌굴에 대하여 안전한가를 확인해야 한다.
① 아치리브를 설계할 때는 응력이나 단면력의 검사 외에 면내 및 면외방향의 좌굴에 대한 안정성을 확인해야 한다. 철근콘크리트 아치교의 면내좌굴에 대한 검토의 일례로서, DIN (1981.4)에 규정된 검사방법의 적용기준은 다음과 같다.
가. ≤ 20: 좌굴검사는 필요치 않음
나. 20 < ≤ 70: 유한변형에 의한 영향을 편심하중에 의한 휨모멘트로 치환하여 발생 모멘트에 더하여 단면의 계수 휨모멘트에 대한 안정성을 검토해야 한다.
다. 70 < ≤ 200: 유한변형에 의한 영향에 더하여, 철근콘크리트 부재의 재료의 비선형성에 의한 영향을 고려하여 좌굴에 대한 안정성을 검사해야 한다.
라. 200 < : 구조물로써 적합하지 않음.
4.14.3 구조해석
(1) 아치에는 2 힌지아치, 3 힌지아치, 고정아치 등이 있지만, 이 절에서는 철도교에서 주로 이용되는 고정아치에 대해서만 언급한다.
(2) 아치에 있어서 부정정력은 탄성이론에 의해서 구해야 한다.
(3) 아치를 설계하는 경우는 연직 및 수평하중 뿐만 아니라 온도변화 및 콘크리트 건조수축에 의한 영향도 고려해야 한다.
(4) 아치는 아치축선의 형상, 각 단면의 단면 2차모멘트의 변화 등이 부정정력에 미치는 영향을 고려하여 설계해야 한다.
4.14.4 하중의 취급
(1) 일반적으로 고정하중+열차하중+충격+온도변화+건조수축하중의 조합에 의하여 단면을 정하고, 다른 하중조합에 관해서도 검토하여 만일 단면이 부족하면 단면을 수정하도록 해야 한다.
(2) 열차하중은 표 4.14-1의 등가등분포하중을 이용해야 한다.
표 4.14-1 레일당의 등가등분포하중(kN/m)

지간 (m)

LS-22

고속철도하중

10 ∼ 15

75

110

15 ∼ 20

70

100

20 이상

65

90
(3) 건조수축은 표 4.14-2에 나타난 값을 표준으로 해야 한다.
표 4.14-2 건조수축률

철근 콘크리트 아치

철근량 0.5% 이상

철근량 0.1% 이상

무근 콘크리트 아치
(4) 아치에 작용하는 제동하중 및 시동하중과 장대 레일 종하중은 개복아치의 경우에는 상부구조의 수평부재의 축선에 수평으로 작용하는 것으로 하며. 폐복아치의 경우에는 폐복부의 상연에 작용하는 것으로 해야 한다.
(5) 아치에 작용하는 차량횡하중은 KDS 24 12 20에 표시한 차량횡하중이 아치축선의 크라운에 수평으로 작용하는 것으로 하면 좋다.
(6) 아치에 미치는 지진의 영향은 아치의 축방향과 아치축의 직각방향에 관해 검토해야 한다.
4.14.5 아치리브 단면의 선정
아치링의 두께는 온도변화 및 건조수축의 영향을 고려해서 크라운을 될 수 있는 한 얇고, 스프링잉 부근에서는 두껍게 하는 것이 좋다.
4.14.6 구조상세
(1) 철근 콘크리트 아치에서는, 아치의 상하면에 따라서 대칭으로 축방향 철근을 배치해야 한다. 철근량은 각각 아치리브폭 1 m당 600 mm 이상, 상하면의 철근을 합하여 콘크리트 단면의 0.15% 이상으로 해야 한다.
(2) 철근 콘크리트 아치에서는 아치 상하면의 축방향 철근을 감는 스터럽 또는 띠철근의 규격은 D10 mm 이상, 또 축방향 철근지름의 1/4 이상으로 하고, 그 간격은 축방향 철근 지름의 15배 이하, 아치단면의 최소치수 이하로 배치해야 한다.
(3) 폐복아치의 측벽에는 스프링잉 및 그 외의 적당한 위치에 신축이음을 설치해야 한다.
(4) 배수공 개복아치에 있어서는 상부구조의 상면에, 폐복아치에 있어서는 아치의 상면에 시공하고, 배수한 물이 아치 측면을 따라 흐르지 않도록 해야 한다.
4.15 허용응력설계법
4.15.1 일반내용
(1) 프리스트레스를 가하지 않은 일반적인 철근콘크리트 부재는 하중계수를 적용하지 않은 사용하중의 작용하에 선형탄성이론에 의한 응력해석과 설계법에 따라 설계할 수 있다.
: 단면의 전체 면적(mm)
: 간격 이내에 있는 전단철근의 단면적(mm)
: 인장철근의 단면적(mm)
: 재하면적(mm)
: 재하면적과 기하적으로 유사하고 같은 중심을 가지는 받침면의 부분 중 최대면적(mm)
: 슬래브와 확대기초판에 있어 2방향 전단에 대한 위험단면의 둘레길이(mm)
: 복부의 폭(mm)
: 부재의 유효깊이(mm)
: 콘크리트의 허용지압응력(MPa)
: 콘크리트의 허용휨압축응력(MPa)
: 콘크리트의 설계기준압축강도(MPa)
: 철근의 허용인장응력(MPa)
: 콘크리트의 허용휨인장응력(MPa)
: 설계 휨모멘트
: 탄성계수비 ＝
: 전단력 V와 동시에 작용하는 단면에 수직한 설계축력으로서 축력이 압축력일 때는 양(＋)의 값, 인장력일 때는 음(－)의 값을 취하며, 크리프와 건조수축에 의한 인장력을 포함시킨다.
: 전단력 V와 동시에 작용하는 단면에 수직한 계수축력
: 주어진 편심에서 계수축력
: 축방향 철근과 나란한 방향으로 측정한 전단철근의 간격(mm)
: 설계전단응력(MPa)
: 콘크리트의 허용전단응력(MPa)
: 콘크리트의 허용수평전단응력(MPa)
: 단면의 설계전단력
: 경사 스터럽과 부재의 축이 이루는 각
: 집중하중 또는 반력의 작용면에서 짧은 변에 대한 긴 변의 비
: 인장철근비 ＝
: 강도감소계수
4.15.2 설계일반
(1) 사용하중 하에서의 모든 응력은 4.15.3의 허용응력을 초과해서는 안 된다.
(2) 철근의 정착과 이음은 KDS 14 20 52의 규정에 따라야 한다.
(3) 단면의 소요강도 계산시의 설계하중조합 및 증가계수는 KDS 24 12 10 (4.2.3)의 규정에 따라야 한다.
4.15.3 허용응력
(1) 콘크리트의 허용응력 - 콘크리트의 각종 허용응력은 설계기준압축강도 를 기준으로 하여 산정하며, 특히 별도의 규정이 없을 때는 다음 ①에서 ④까지의 값을 초과하지 않아야 한다.
① 휨 - 압축연단에서의 허용휨압축응력, 0.40
② 전단
가. 보, 1방향 슬래브 및 확대기초판
(가) 전단보강철근이 없을 때의 콘크리트 단면에서 콘크리트의 허용전단응력, (보다 상세한 계산은 4.15.7 (2)항 에 따라야 한다.)
(나) 전단보강철근과 콘크리트에 의해 허용되는 최대 전단응력
나. 장선구조에서 콘크리트의 허용전단응력,
다. 2방향 슬래브 및 확대기초판에서 콘크리트 허용전단응력,
다만, 는 이하로 취해야 한다.
③ 허용지압응력,
가. 전단면에 재하될 때
나. 부분적으로 재하될 때
다만, 은 2 이하로 취해야 한다.
④ 허용휨인장응력(무근의 확대기초판과 벽체),
(2) 철근의 허용응력
① 철근의 허용응력은 D32 이하의 철근에 대하여 표 4.15-1 값으로 한다.
표 4.15-1 철근의 허용응력 (MPa)

철근의 종류

응력 및 부재의 종류

SD300

SD350

SD400

인장응력

하중의 조합에 충돌하중

혹은 지진의 영향을

포함하지 않는 경우

(1) 일반적인 부재

150

175

180

(2) 바닥판, 경간 10m 이하의 슬래브교

150

160

160

(3) 수중 혹은 지하수위 이하에 설치하는 부재

150

160

160

(4) 하중의 조합에 충돌하중 혹은 지진의 영향을 포함하는 경우의 허용응력의 기본값

150

175

180

(5) 압축응력

150

175

180
② 직선으로 배근된 철근에서 활하중과 충격에 의해 발생하는 최대인장응력과 최소인장응력 사이의 응력차는 피로응력한계의 규정에 부합해야 한다. 그리고 응력이 큰 부분에서는 주철근의 굽힘을 피해야 한다.
(3) 온도변화와 건조수축 고려시의 허용응력 - 온도변화나 건조수축을 다른 주요 하중과 함께 고려하는 경우에는 허용응력을 4.15.3(1)과 (2)에 규정된 허용응력의 1.15배까지 높일 수 있다.
4.15.4 철근의 정착과 이음
(1) 철근의 정착과 이음은 KDS 14 20 52의 요구조건에 따라야 한다.
(2) KDS 14 20 52 내용선택(4.4.2(3))의 요구조건을 적용할 때, 은 단면의 모든 정철근이 허용인장응력에 도달하였다는 가정 하에 계산된 휨모멘트 크기이며, 는 단면에서 하중계수를 곱하지 않은 사용하중에 의한 전단력으로 해야 한다.
4.15.5 휨부재
(1) 휨부재는 KDS 24 10 10 및 KDS 14 20 20의 요구사항을 만족시켜야 한다.
(2) 사용하중 하에서의 응력을 계산할 때, 다음의 가정에 따라 선형탄성이론을 휨부재에 적용해야 한다.
① 콘크리트와 철근의 변형률은 높이가 큰 보를 제외하고는 휨부재의 중립축으로부터 떨어진 거리에 비례해야 한다. 높이/지간의 비가 4/5 이상인 단순보, 2/5 이상인 연속보 등과 같이 높이가 큰 보에서는 변형률의 비선형 분포를 고려해야 한다.
② 철근콘크리트 부재에서 콘크리트의 인장강도는 무시해야 한다.
③ 탄성계수비 는 가장 가까운 정수를 사용하되 6이상, 경량골재콘크리트의 값은 같은 강도의 보통 콘크리트의 것으로 가정해도 좋다.
④ 복철근보의 응력계산에서 압축철근의 환산단면을 구할 때는 유효 탄성계수비 를 사용해야 한다. 이 경우에도 압축철근의 압축응력은 허용인장응력 이하이어야 한다.
4.15.6 축력 또는 휨모멘트와 축력을 동시에 받는 압축부재
(1) 휨모멘트와 축력이 조합된 압축부재의 축하중 내력은 4.4의 규정으로 계산한 값의 40 %로 취해야 한다.
(2) 이 구조설계기준의 KDS 14 20 20 (4.4.1)에서 규정한 사항에 따라 장주효과를 고려해야 한다. 이 때 는 설계축력에 2.5배를 곱한 값으로 취하고, 계수 =0.75는 1.0으로 대체시켜야 한다.
4.15.7 전단설계
(1) 설계전단응력
① 전단응력, 는 식 (4.15-1)에 의해 구해야 한다.
여기서, 는 고려하는 단면에서의 설계전단력이다.
② 받침부 부근의 설계전단응력
반력이 작용전단력방향으로 부재의 단부를 압축할 경우에는 받침부 내면에서 거리 이내에 위치한 단면은 거리에서 구한 것과 동일한 전단응력 에 대해 설계할 수 있다.
(2) 콘크리트가 부담하는 전단응력
① 전단력과 휨모멘트만을 받는 부재에서 콘크리트가 부담하는 허용전단응력 는 4.15.7(2) ④에 따른 더 상세한 계산에 의하지 않는 한 를 초과할 수 없다.
② 축방향 압축력을 받는 부재에서 콘크리트가 부담하는 허용전단응력 는 4.15.7(2)⑤에 따라 상세한 계산에 의하지 않는 한 를 초과할 수 없다.
③ 축방향 인장력을 받는 부재의 경우 식 (4.15-2)에 의해 상세한 계산을 하지 않는 한 전단철근이 전체 전단력을 부담하도록 설계해야 한다.
(4.15-2)
여기서, 은 인장력일 경우 부(－)의 값이며, 의 단위는 MPa이다.
④ 전단력과 휨모멘트만을 받는 부재에 대한 허용전단응력 는 식 (4.15-3)으로 계산해야 한다.
(4.15-3)
여기서, 은 고려하는 단면에서 전단력와 동시에 발생하는 단면의 휨모멘트로서 의 크기는 1.0이하로 취해야 한다.
⑤ 축방향 압축력을 받는 부재에 대한 허용전단응력 는 식 (4.15-4)로 계산해야 한다.
(4.15-4)
여기서, 의 단위는 MPa이다.
⑥ 콘크리트의 허용전단응력 는 보통 콘크리트에 적용해야 한다. 그러나 경량 콘크리트가 사용되는 경우는 다음의 수정사항 중 하나를 적용해야 한다.
가. 경량 콘크리트의 평균 쪼갬인장강도의 값이 규정되어 있는 경우 를 로 대신할 수 있으나, 의 값은 를 초과하지 않아야 한다.
나. 의 값이 규정되어 있지 않은 경우 의 값은 전경량 콘크리트에 대하여 0.75, 모래경량 콘크리트에 대하여 0.85를 곱해야 한다. 부분적으로 모래를 사용 하였을 경우는 직선보간법을 사용할 수 있다.
⑦ 콘크리트가 부담하는 전단응력을 결정할 때 구속된 부재의 크리프와 건조수축으로 인한 축방향 인장력의 영향은 적용 가능할 경우 언제나 이를 고려해야 하며, 변단면 부재에서 경사방향의 휨압축응력의 영향을 포함시켜야 한다.
(3) 전단철근이 부담하는 전단응력
① 전단철근은 다음과 같이 구성할 수 있다.
가. 부재의 축에 직각인 스터럽
나. 종방향 인장철근과 45° 이상의 각을 갖는 부재의 축에 직각으로 설치되는 철선으로 된 용접철망
다. 종방향 인장철근과 30° 이상의 경사로 구부린 종방향 주철근
라. 스터럽과 종방향 굽힘철근을 병용한 것
마. 나선철근
② 전단철근의 설계기준항복강도는 400 MPa를 초과하지 않아야 한다.
③ 전단철근으로 사용된 스터럽과 기타 철근 또는 철선은 압축연단부에서 d 거리까지 연장되어야 하며, 철근의 항복강도를 발휘할 수 있도록 KDS 14 20 52(4.4.4)에 따라 양단에 정착해야 한다.
④ 전단철근의 간격은 다음의 규정을 만족해야 한다.
가. 부재축에 직각으로 설치되는 스터럽의 간격은 0.5 d 이하로 해야 하고, 또한 600 mm 이하로 해야 한다.
나. 스터럽과 굽힘철근은 부재의 중간 높이(0.5 d)에서 반력점 방향으로 주인장철근까지 연장 45° 경사선과 한 번 이상 교차하도록 배치해야 한다.
다. 가 를 초과할 경우 위의 가와 나에서 규정한 최대 간격은 1/2로 감소시켜야 한다.
⑤ 최소 전단철근량은 다음 규정을 따라야 한다.
가. 설계전단응력 가 콘크리트에 의한 허용전단응력 의 1/2를 초과하는 철근콘크리트 부재는 다음의 경우를 제외하고 최소 단면적의 전단철근을 두어야 한다.
㉮ 슬래브와 확대기초판
㉯ 콘크리트의 장선구조
㉰ 부재의 깊이가 250 mm 이하이거나 플랜지 두께의 2.5배 또는 복부폭 의 1/2 중 큰 값 이하인 보의 경우
나. 전단철근이 없어도 소요휨강도와 전단강도에 저항할 수 있다는 것을 실험에 의해 확인할 수 있다면 위의 가의 최소 전단철근은 적용하지 않아도 좋다.
다. 가 또는 해석에 의해 전단철근이 요구되는 경우, 전단철근의 최소 단면적은 식 (4.15-5)로 구해야 한다.
(4.15-5)
⑥ 전단철근의 설계는 다음 규정에 따라야 한다.
가. 설계전단응력가 콘크리트의 허용전단응력 를 초과하는 곳은 다음 나에서 아까지의 규정에 따라 전단철근을 두어야 한다.
나. 부재축에 직각인 전단철근을 사용하는 경우 전단철근 단면적 는 식 (4.15-6)에 따라 구해야 한다.
(4.15-6)
다. 경사스터럽이 전단철근으로 사용되는 경우, 전단철근 단면적 A v는 식 (4.15-7)로 구해야 한다.
(4.15-7)
라. 전단철근이 1개의 굽힘철근 또는 받침점에서 모두 같은 거리에서 구부린 평행한 1조의 철근으로 될 경우의 전단철근 단면적 는 식 (4.15-8)로 구해야 한다.
(4.15-8)
다만, 는 를 초과할 수 없다.
마. 전단철근이 받침점에서 서로 다른 거리에서 구부린 일련의 평행한 굽힘철근 또는 여러 조의 평행한 철근으로 되는 경우의 전단철근 단면적은 식 (4.15-7)에 따라 구해야 한다.
바. 종방향 철근을 구부려서 전단철근으로 사용할 때는 그 경사길이의 중간 3/4만이 전단철근으로서 유효하다고 보아야 한다.
사. 여러 종류의 전단철근이 부재의 같은 부분을 보강하기 위하여 사용되는 경우, 필요한 전단철근 단면적은 각 종류별로 구한 단면적의 합으로 되어야 한다. 이 때 는 한 번의 계산에서만 포함되어야 한다.
아. 의 값은 를 초과할 수 없다.
(4) 전단마찰
① 균열이 발생하거나 발생할 가능성이 있는 면, 다른 재료 사이의 접촉면 또는 다른 시기에 친 두 콘크리트 사이의 접촉면 상에서 전단전달을 고려하는 것이 적절한 경우는 KDS 14 20 22(4.6)의 전단마찰규정을 적용해야 한다.
② 전단응력에 대한 최대 제한값은 KDS 14 20 22 (4.6.2)에 주어진 값의 47 %로 취해야 한다.
③ 전단마찰철근의 허용응력은 4.15.3(2)에 주어진 값을 사용해야 한다.
(5) 합성휨부재의 수평전단철근
합성콘크리트 휨부재의 설계에 있어서 허용수평전단응력 는 KDS 14 20 66 (4.2.2)에서 주어진 수평전단강도의 47 %를 넘지 않도록 해야 한다.
(6) 슬래브 및 확대기초에 대한 전단설계
① 집중하중이나 반력 부근에서 슬래브와 확대기초판의 전단에 대한 설계는 다음 두 가지 조건 중 불리한 것에 의해 결정해야 한다.
가. 슬래브 또는 확대기초판이 폭이 넓은 보와 같이 작용하여 위험단면이 집중하중이나 반력 구역에서 d거리에 위치한 단면에서 전체폭에 걸친 면에 연장되는 경우, 슬래브 또는 확대기초는 4.15.7(1)②에서 4.15.7(3)까지의 규정에 따라 설계해야 한다.
나. 슬래브 또는 확대기초가 2방향 슬래브로 작용하여 슬래브의 면에 수직한 위험단면이 집중하중이나 반력을 받는 면적의 주위에 걸쳐 연장되는 경우에는 슬래브 또는 확대기초판은 4.15.7(6)② 및 4.15.7(6)③에 따라 설계해야 한다. 이 때 위험단면의 둘레 길이 는 최소로 되어야 하나 집중하중이나 반력을 받는 면적의 주변에서 d/2보다 가까이 위치시킬 필요는 없다.
② 설계전단응력 는 식 (4.15-9)에 의해 구해야 한다.
(4.15-9)
여기서, 와 는 각각 4.15.7(6)①나에서 정의된 위험단면에서 전단력과 둘레길이이다.
③ 전단철근을 두지 않은 경우 설계 전단응력 는 식(4.15-10)에 의해 주어지는 허용전단응력 를 초과하지 않아야 한다.
(4.15-10)
다만, 는 를 초과할 수 없다. 여기서 는 집중하중이나 반력을 받는 면적의 짧은 변에 대한 긴 변의 비이다. 경량 콘크리트가 사용되는 경우에는 4.15.7(2)⑥으로 수정된 값을 적용시켜야 한다.
④ 철근이나 철선이 KDS 14 20 22 (4.11.2)에 따라 전단보강으로 사용되는 경우 는 를 초과할 수 없으며, 또 는 를 초과할 수 없다.
⑤ I형강 또는 ㄷ형강으로 된 전단머리가 KDS 14 20 22 (4.11.4)에 따라 사용되는 경우, 4.15.7(6)①에서 정의된 위험단면에서 는 를 초과할 수 없으며, 또 KDS 14 20 22(4.11.4(8))에서 정의된 위험단면에서 는 를 초과할 수 없다. KDS 14 20 22(4.11.4)의 식(4.11-12)의 는 설계전단력 V에 2.0을 곱한 값으로 대신해야 한다.
(7) 상자거더암거 슬래브의 전단설계
① 600 mm 이상의 토피를 가진 상자거더암거 슬래브의 전단응력 는 식 (4.15-11)로 구해도 좋다.
(4.15-11)
② 단일 암거이고, 슬래브와 벽체가 일체로 시공되었을 경우에는 를 보다 작게 취할 필요는 없고, 단순지지된 슬래브에서는 보다 작게 취할 필요가 없다. 는 1.0이하이어야 하고, 은 고려하는 단면에서 와 동시에 발생하는 실제의 설계휨모멘트이다.
(8) 브래킷과 내민받침에 대한 전단설계
브래킷과 내민받침에 대한 전단설계는 KDS 14 20 22(4.8)에 따라야 한다.
(9) 비틀림 설계
비틀림을 받는 부재의 설계는 KDS 14 20 22(4.4)에 따라야 한다.