TIMWORK-inc/kds-kcs-standards huggingface dataset:
형상계수는 구멍을 포함한 탄성체의 자유표면적과 탄성체의 유효면적에 대한 비로 정의할 수 있다. 적층받침에서 개별 탄성중합체 층의 형상계수 S는 다음의 식으로 계산할 수 있다.
여기서, = 내부강판과 접촉하는 받침의 유효 면적. 단, 채워지지 않은 구멍의 면적은 제외한다.(mm2)
= 탄성받침의 힘이 0인 둘레길이. 단, 채워지지 않는 구멍의 둘레는 포함한다.(mm)
= 압축상태에서 개별 탄성중합체 층의 유효두께(mm). 적층받침의 경우 내부 층은 실제 두께 를 사용하고, 3mm 이상인 외부 층은 를 사용한다.
= 개별 탄성중합체 층의 두께(mm)
4.2.3.8 압축하중에 의한 설계변형률
압축하중에 의한 설계변형률 는 다음 식과 같으며, 이때의 값은 표 4.2-4의 값 중 하나를 사용할 수 있다.
이동효과로 감소된 유효평면적()은 다음과 같다.
여기서, = 수직설계하중(kN)
= 하중효과로 감소된 유효 평면적()
= 설계하중에 의한 받침의 a 방향으로의 최대 수평 상대 변위(mm)
= 설계하중에 의한 받침의 b 방향으로의 최대 수평 상대변위(mm)
= 그림 4.2.1에서 a 방향 유효길이(mm)
= 그림 4.2.1에서 b 방향 유효길이(mm)
4.2.3.9 전단변형률
이동 변위로 인한 탄성중합체의 전단변형률 는 다음과 같이 구할 수 있으며, 사용한계상태에서 0.7을 초과할 수 없고, 극한한계상태에서 1.0을 초과할 수 없다.
여기서, = 와 의 벡터합으로 계산되는 받침의 수평상대변위(mm)
= 상하 덮개를 포함한 탄성중합체의 총 두께(mm)
4.2.3.10 각회전으로 인한 설계변형률
각회전으로 인한 설계변형률 은 다음의 식으로 계산된다.
여기서, = 탄성받침의 나비 a를 가로지르는 회전각(rad)
= 탄성받침의 길이 b를 가로지르는 회전각(rad)
= 탄성중합체 각 층의 두께(mm)
= 탄성중합체 각 층의 가장 작은 두께(mm)
4.2.3.11 보강판 규정
적층탄성받침의 보강판 최소두께는 다음을 따른다.
= 하중효과로 감소된 유효 면적(mm2)
, = 내부보강판 양면에서의 탄성중합체의 두께(mm)
= 보강판의 항복 응력(MPa)
= 보강판의 인장응력을 고려하기 위한 계수
· 구멍이 없는 경우 :
· 구멍이 있는 경우 :
4.2.3.12 안정성
(1) 회전 안정성
회전 안정성은 4.2.3.13에 의한 총 수직변형 이 다음 조건을 만족하여야 한다.
① 직사각형 받침
② 원형 받침
여기서, = 받침의 유효직경(mm)
= 총 수직변형(mm)
(2) 버클링 안정성
직사각형 받침의 버클링 안정성 검토를 위하여 압축응력()이 식 (4.2-16)을 만족시켜야 한다. 이때 는 최소 두께의 탄성중합체 내부 층에 대한 형상계수이다. 원형 받침에 대해서는 식 (4.2-16)에서 를 직경()으로 보고 검토할 수 있다.
(3) 미끄럼 안정성
고정되지 않은 받침은 다음의 조건을 만족시켜야 한다.
또한 고정하중에 해당하는 최소수직하중에 의한 압축응력이 3 MPa보다 커야 한다.
(MPa) (4.2-18)
여기서, = 모든 수평력의 합(N)
= 가 적용될 때 최소 수직설계하중(N)
· (4.2-19)
는 콘크리트 표면은 0.6, 기타 표면은 0.2를 사용하며, 는 가 작용하였을 때 평균압축응력(MPa)이다.
4.2.3.13 구조물에 가해지는 힘, 모멘트, 변형
탄성받침으로 인해 구조물로 전달되는 힘, 모멘트, 변형에 대한 구조물의 안전성을 검토해야 한다.
(1) 접촉면에서의 압력
탄성받침으로 인해 구조물과 접촉면에서는 불균등 압력이 발생하지 않고 평균압력이 지지 재료의 강도를 초과하지 않아야 한다.
(2) 이동변위에 의해 구조물에 가해지는 힘
이동변위에 의해 구조물에 가해지는 힘()은 다음 식을 따른다.
여기서, = 이동변위에 저항하는 힘의 합력()
= 받침의 총 평면적(mm2)
= 받침의 전단계수(MPa)
= 전단에 유효한 받침 탄성중합체의 총 두께(mm)
(3) 회전저항에 의한 복원모멘트
탄성받침의 길이방향()에 평행한 회전에 의한 복원 모멘트는 다음의 식을 따른다. 이때 는 표 4.2-9를 따른다.
인자의 결정은 다음 표 4.2-9를 따른다.
표 4.2-9 복원 모멘트 계수

0.5

0.75

1

1.2

1.25

1.3

1.4

1.5

137

100

86.2

80.4

79.3

78.4

76.7

75.3

1.6

1.7

1.8

1.9

2

2.5

10

∞

74.1

73.1

72.2

71.5

70.8

68.3

61.9

60
(4) 수직처짐
적층받침에서 총 수직처짐()은 식 (4.2-23)과 같이 각각의 층에서의 수직처짐의 합으로 계산된다. 다만, 정밀한 값이 요구되는 경우에는 받침의 샘플을 조사하여 확인하도록 한다.
여기서, 는 탄성중합체의 체적탄성계수로 일반적으로 2,000MPa를 사용한다.
4.2.3.14 내진규정
(1) 강재보강 탄성받침이 지진 발생 후에도 받침으로서의 성능을 발휘하기 위해서는 표 4.2-5의 C형 받침 형식과 같이 고무패드와 강판이 일체형으로 제작되어야 한다.
(2) 강재보강 탄성받침을 지진격리받침과 함께 혼용하여 지진격리설계를 하는 경우에는 강성보강 탄성받침의 이동변위에 의한 최대전단변형률이 150 %를 만족하여야 한다.
4.2.3.15 기타
(1) 탄성받침 제작 시 단일 고무층 내에 여러 장의 고무를 겹쳐서 가황하는 것을 금한다.
(2) 철도교에 탄성받침을 적용 시에는 활하중 작용에 따른 처짐 및 수직방향 진동 등 철도 운행 시의 안전성에 대한 상세한 검토가 필요하다.
4.2.4 포트받침
4.2.4.1 설계일반
(1) 포트받침은 극한한계상태, 사용한계상태, 피로한계상태에 대하여 안전성을 검토하여 설계되어야 한다.
(2) 포트받침이 수평방향으로의 변위를 수용할 필요가 있을 때에는 4.2.6 미끄럼 요소와 결합될 수 있다.
4.2.4.2 재료
포트받침의 제작에 사용되는 재료들은 화학적, 물리적, 기계적 성질이 충분히 안정적이어야 하며, 아래의 요구조건들을 만족하여야 한다.
(1) 탄성중합체는 천연고무(NR) 또는 합성고무(CR)를 사용하며, KS M ISO 6446 규정을 따른다.
(2) 강재는 다음에 규정된 제품 규격 이상으로서, 설계하중을 고려하여 충분한 안전도가 확보되도록 선택해야 한다(KS D 3501, KS D 3503, KS D 3506, KS D 3512, KS D 3515, KS D 3698, KS D 3705).
(3) 탄성패드가 포트 벽과 피스톤 사이로 돌출하는 것을 방지하기 위하여 고무판 둘레에 적절한 봉함 장치를 사용하여야 한다.
(4) 윤활제는 포트받침의 다른 구성요소에 유해한 영향을 끼쳐서는 안 되며, 탄성중합체를 과도하게 팽창시켜서는 안 된다.
4.2.4.3 회전수용능력
(1) 회전한계
극한한계상태에서 포트받침에 발생하는 최대 회전각()은 0.03 rad을 초과할 수 없으며, 활하중에 의한 회전각 변동()은 0.005rad을 초과하지 못한다.
(2)포트받침 및 포트받침과 접하는 구조물들은 탄성패드에 발생하는 최대 구속모멘트()와 피스톤과 포트벽의 마찰에 의한 모멘트()를 고려하여 설계하여야 한다. 이 때 피스톤과 포트벽과의 최대 마찰계수는 0.2를 사용한다.
(3) 기하학적 조건
포트받침은 하중이 가해진 상태에서 다음을 만족해야 한다.
① 피스톤과 탄성중합체의 접촉면 끝단은 포트 내부에 있어야 한다(그림 4.2-2에서 점 1).
② 포트벽 상부는 금속재료의 포트받침 구성요소와 접촉하지 않아야 한다(그림 4.2-2에서 점 2)
그림 4.2-2 받침의 회전 성능
4.2.4.4 수직처짐
받침의 압축강성은 인접한 구조물의 설계에 영향을 미치는 경우 시험을 통해 결정하여야 한다.
4.2.4.5 하중분산
하중 분산각은 45°를 사용한다. 포트받침의 구성요소 및 재료의 특징을 고려하여 더 큰 하중 분산각을 사용할 수 있으나 60°를 초과할 수 없다.
그림 4.2-3 구성요소에 의한 하중분산
4.2.4.6 탄성패드 설계
(1) 탄성패드의 최소두께는 다음의 식으로 구하며, 보다 작지 않아야 한다.
여기서, = 설계최대 회전각(rad)
= 탄성패드의 직경(mm)
(2) 탄성패드는 극한한계상태에서 다음 조건을 만족해야 한다.
는 탄성패드의 설계강도로 다음과 같다.
여기서, = 탄성중합체의 허용압축응력(60MPa)
4.2.4.7 포트 설계
(1) 포트는 탄성패드의 수평력과 수평외력에 안정적으로 거동하도록 설계되어야 한다.
(2) 극한한계상태에서 포트의 응력은 항복강도를 초과할 수 없다.
4.2.4.8 봉함링 설계
탄성패드가 피스톤과 포트의 벽 사이로 돌출되어 나오는 것을 방지하지 위하여 황동 등의 적절한 장치로 고무판의 원둘레를 봉함시켜야 한다.
4.2.4.9 피스톤과 포트 접촉부 검토
(1) 접촉면은 평면 또는 곡면이다. 평면에서는 피스톤의 폭()이 15mm 보다 작아야 한다(그림 4.2-4). 곡면에서는 접촉면의 반경 R(그림 4.2-5)은 와 100mm 중 큰 값 이상으로 한다.
(2) 접촉면은 극한한계상태에서 아래 조건을 만족하도록 설계한다.는 수평력(N), 는 포트의 설계강도(N)로 접촉면에 따라 구분된다.
① 평면 접촉면
여기서, = 포트의 내부 직경(mm)
= 재료의 항복 강도(MPa)
= 피스톤 면의 폭(mm)
② 곡면 접촉면
(4.2.29)
여기서, = 접촉면의 반경(mm)
= 포트의 탄성계수(MPa)
= 그림 4.2.5 참고(mm)
그림 4.2-4 직선 접촉면
그림 4.2-5 곡선 접촉면
4.2.5 곡면의 미끄럼 면을 가진 받침
4.2.5.1 설계일반
(1) 원통형 및 스페리컬 받침은 사용한계상태 및 피로한계상태에 대하여 안전성을 검토하여 설계되어야 한다.
(2) 원통형 및 스페리컬 받침은 상하부 구조 간에 지정된 하중을 전달하고 회전성능을 만족할 수 있도록 설계되어야 한다.
(3) 미끄럼요소의 설계는 4.2.6을 참고한다.
4.2.5.2 설계요건
(1) 지지판은 다음의 치수 제한을 따른다.
그림 4.2-6 오목한 면을 가진 지지판의 치수 제한
(2) 원통형받침을 강재 링으로 고정하는 경우에는 4.2.4에서 포트 및 피스톤에 해당하는 규정을 따르도록 한다.
4.2.5.3 슬라이딩 곡면의 설계검토
(1) 슬라이딩 곡면은 평면으로 투영하여 검토한다. 편심()은 수평력과 슬라이딩면에서의 저항력, 받침의 회전상태, 구속에 의한 2차 효과 등을 고려하여 결정한다.
그림 4.2-7 슬라이딩 곡면의 검토개요 (예시)
(2) 사용한계상태에서 슬라이딩면은 접촉이 유지되어야 한다.
(3) 극한한계상태에서 슬라이딩면은 식 (4.2-30)을 만족시키며, 편심()은 투영 면적 내에 위치하여야 한다.
여기서, = 극한한계상태에서의 설계축력(N)
= PTFE 설계압축강도의 특성(표 4.2.14 참조)(MPa)
= 슬라이딩면의 유효접촉면적(mm2)
4.2.6 받침 마찰요소의 설계
4.2.6.1 설계일반
마찰요소는 사용한계상태 및 피로한계상태에 대하여 안전성을 검토하여 설계되어야 한다.
4.2.6.2 마찰요소의 조합
마찰요소는 표 4.2-10의 재료들로 조합할 수 있으며, 한 종류의 조합만 허용된다. 미끄럼면은 윤활 처리 해야 한다.
표 4.2-10 마찰요소로 사용할 수 있는 가능한 재료 조합

평면

곡면

유도장치

딤플 PTFE

스테인리스강

딤플 PTFE

스테인리스강

딤플 없는 PTFE

스테인리스강

경질크롬

알루미늄
4.2.6.3 변형 수용 능력
(1) 마찰요소는 상부구조의 온도변화, 처짐, 콘크리트의 크리프 및 건조수축, 프리스트레스에 의한 부재의 탄성변형 등으로 인한 최대 이동을 충분히 수용할 수 있어야 한다.
(2) 딤플 PTFE를 마찰요소로 사용하는 경우에는 요구하는 변형 수용능력을 유지하기 위하여 그림 4.2-8과 같이 딤플의 방향성을 고려하여 설치해야 한다.
4.2.6.4 마찰계수
(1) 마찰요소가 적용된 받침 및 구조물의 검증 시 마찰계수는 다음을 따른다. 다만, 지진지역과 같이 높은 동적 거동을 보이는 구조물에 적용할 수 없으며, 마찰요소는 수평력의 지지에 사용할 수 없다.
표 4.2-11 마찰계수,

접촉응력 (MPa)

≤5

10

20

≥30

PTFE 딤플 / 스테인리스강 또는 경질 크롬판

0.08

0.06

0.04

0.03(0.025)*

PTFE 딤플 / 알루미늄 합금

0.12

0.09

0.06

0.045(0.038)*

* 곡면 슬라이딩 면인 경우
(2) PTFE와 스테인리스강의 마찰재료로 조합된 유도장치의 경우, 마찰계수는 접촉압력에 무관하게 다음 값을 사용한다.
PTFE : (4.2-31)
4.2.6.5 재료
(1) PTFE
① PTFE의 원재료는 재생되거나 충진재 없이 순수 자유 소결된(free sintered) 폴리테트라플루오로에틸렌이다. PTFE의 기계적, 물리적 특성은 표 4.2-12에 주어진 요건을 만족해야 한다. 순PTFE가 아닌 PTFE를 사용하고자 하는 경우에는 적절한 성능평가 시험을 만족하는 것을 사용하도록 한다.
표 4.2-12 PTFE의 기계적, 물리적 특성

특성

시험기준

요건

밀도

KS M ISO 1183(전영역)

[]

인장강도

KS M ISO 527-1

KS M ISO 527-3

[MPa]

파단 신장률

KS M ISO 527-1

KS M ISO 527-3

[%]

구 경도

KS M ISO 2039-1

H132/60 = 23 ~ 33 [MPa]
② 딤플의 형상과 패턴은 그림 4.2.8을 따른다.
그림 4.2-8 딤플의 형상과 패턴
(2) 스테인리스 강
스테인리스강은 KS D ISO 16143-1의 1.4401 +2B 또는 1.4404 +2B를 사용한다. 표면처리 후 거칠기()는 KS B ISO 4287에 따라 를 초과할 수 없으며, 경도는 EN ISO 6507-2에 따라 150 HV1~220HV1 범위 내여야 한다.
(3) 경질크롬 도금
① 경질 크롬으로 도금된 미끄럼면의 기질은 KS B 6952의 S355 J2G3인 철이거나, KS D ISO 9328-4 또는 KS D ISO 9328-6의 동등하거나 더 높은 등급을 가진 미립자 철이다.
② 표면은 균열, 공극이 없어야 하며, 미끄럼면의 기질 표면은 표면공극, 크리프, 건조수축이 발생하지 않아야 한다.
③ 도금된 면의 최종 표면 거칠기 는 KS B ISO 4287에 따라 를 초과할 수 없다.
④ 최소두께는 이상이어야 한다.
(4) 강재
KS B 6952에 따른 강판, KS D 4302에 따른 주철, KS D 4101에 따른 탄소강 주강, KS D 4103에 따른 스테인리스 강재를 사용한다.
(5) 알루미늄 합금
① 알루미늄 합금은 원통형이나 스페리컬 받침에서 볼록한 곡면판에만 사용할 수 있다. 합금은 KS D ISO 3522의 조건을 만족하는 AI-Mg6M 또는 AI-Si7MgTF를 사용한다.
② 곡면은 기계가공이 끝난 뒤에 산화피막처리 한다. 코팅의 최소 평균두께은 15, 최소 국부두께는 14 이다.
③ 미끄럼면은 산화피막처리 후 표면 거칠기 가 KS B ISO 4287에 따라 3 를 초과할 수 없다. 표면은 균열, 공극이 없어야 한다.
(6) 윤활제
① 윤활제의 목적은 PTFE의 마찰 저항과 마모를 줄이는 것이다. 윤활제는 규정된 온도 범위 내에서 그 속성을 유지해야 하며, 미끄럼 면에서 다른 재료를 수지화하거나 침범해서는 안 된다. 윤활제의 특성은 표 4.2-13과 같다.
표 4.2-13 윤활제의 물리적․화학적 특성

특성

기험기준

요건

침입도

KS M ISO 2137

26.5 ~ 29.5

mm

적점

KS M ISO 2176

≥180

℃

오일분리(100℃에서 24시간 후)

-

≤3

% (mass)

내산화성 압력강화

(160℃에서 100시간 후)

-

≤0.1

MPa

지방산 유지의 유동점

KS M 2016

below -60

℃
(7) 접착제
① 접착제는 무용제(solvent free)로 하며, 스테인리스강이 상대 이동 없이 전단을 전달시키는 방식으로 지지판에 결합되도록 한다.
② 규정된 시험법에 따라 시험했을 때 겹침전단강도가 25MPa 이상이어야 한다.
4.2.6.6 미끄럼요소 설계
PTFE는 그림과 같이 지지판의 움푹 파인 곳에 위치시킨다.
그림 4.2-9 PTFE 위치 상세
고정하중에 의해 압축응력이 5MPa를 초과한다면 딤플의 패턴이 주 미끄럼 방향으로 정렬되게 설치하여 윤활제가 유지될 수 있도록 한다.
(1) 미끄럼요소에 대한 압축강도
30℃ 이하의 받침온도에서 미끄럼요소 압축강도는 표 4.2-14를 따른다. 받침온도가 30℃를 초과하는 경우 48℃까지 설계압축강도를 1℃당 2 % 씩 감소시킨다.
표 4.2-14 미끄럼요소에 대한 압축강도 특성

재료

하중

(MPa)

받침 표면을 위한 PTFE

고정하중 및 활하중

90

유도장치를 위한 PTFE

활하중

90

온도, 건조수축, 크리프

30

고정하중

10
(2) PTFE 최소두께
PTFE의 두께 와 돌출높이 는 하중을 가하지 않은 상태에서 다음을 만족시켜야 한다.
여기서, = PTFE의 직경(mm)
(3) 유도궤도
유도궤도는 활하중과 고정하중에 의한 수평력 에 저항하여야 한다. 미끄럼 요소는 키(key)와 키 홈(key way)에 고정되어야 하며, 미끄럼요소간의 틈 는 다음의 조건을 만족시켜야 한다.
(4) 형상 규정
① 평면 PTFE
형상은 원형 또는 직사각형으로 한다. 이 때 동일한 모양을 갖는 단면으로 최대 4개까지 분할하여 구성할 수 있다.
PTFE를 분할된 단면으로 구성하는 경우에는 가장 짧은 변의 치수가 50mm 이상이 되도록 하며, 개별 PTFE간의 거리는 지지판 두께와 접합면 두께 중 작은 값의 2배보다 클 수 없다.
② 곡면 PTFE
가. 미끄럼면이 원통일 때 사용되는 곡면 PTFE의 형상은 직사각형으로 한다. 이 때 2개의 동일한 모양을 갖는 분할된 단면을 사용할 수 있다.
나. 미끄럼면이 구형일 때 사용되는 곡면 PTFE의 형상은 원형으로 한다. 곡면 PTFE는 원판과 고리 형상으로 분할하여 구성할 수도 있다. 이때 원판의 직경은 1,000mm 이상, 고리의 두께는 50mm 이상으로 한다. 고리는 같은 크기를 갖도록 분할할 수 있다. 고리는 원판으로부터 10mm 이하로 떨어져 있어야 한다.
③ 유도장치
유도장치에 사용되는 PTFE는 최소 두께가 5.5mm이며, 하중이 제거된 상태에서 돌출높이는 2.3mm±0.2mm이다.
4.2.6.7 스테인리스강 설계
(1) 스테인리스강은 극한한계상태에서 PTFE의 최대 이동 변위를 수용할 수 있도록 설계하여야 한다.
(2) 스테인리스강의 최소 두께는 표 4.2-15를 따른다.
표 4.2-15 스테인리스강의 부착 방법 및 두께

평면 형식

부착방법

두께 (mm)

평면

평면 완전 부착

1.5

연속적인 필렛 용접

≥1.5

카운터펀치 나사

≥1.5

나사가공, 리베팅

≥2.5

원통형

평면 완전 부착

≥2.5

연속적인 필렛 용접

≥2.5

구형

평면 완전 부착

1.5

직선 단부들에 대한 연속적인 필렛 용접

≥1.5
4.2.6.8 지지판(backing plate) 설계
(1) 스테인리스강은 평면 또는 곡면의 금속 판으로 지지되어야 한다. 지지판 설계 시에는 다음의 사항들을 고려한다.
● 변형, 수평하중으로 인한 내력과 모멘트를 함께 고려해야 할 경우 극한한계상태에 대한 검증
● 단면 감소
● 변형
● 이동과 설치를 위해 요구되는 강성
(2) 받침판 변형
지지판의 전체 변형()은 식(4.2.35)을 만족시켜야 하며, 이 때 발생하는 응력은 탄성한계를 넘지 않아야 한다.
(4.2-35)
그림 4.2-10 지지판의 변형
(3) 받침판 두께
이동 및 설치시 강성 확보를 위하여 지지판의 두께는 식 (4.2-36)을 만족하여야 한다.
max(, 10mm) (4.2-36)
여기서, = 지지판의 단변(mm)
= 지지판의 장변(mm)
4.2.6.9 설계검증
(1) 미끄럼면에 대한 설계 검증
미끄럼면은 유도장치를 제외하고 극한한계상태에서 압축응력 조건을 만족하여야 한다. 이 경우 미끄럼요소는 선형 탄성체, 지지판은 강체로 가정한다.
(2) 압축응력 검토
미끄럼요소에 대한 조합이 표 4.2-10과 같은 경우 극한한계상태에서 아래 조건을 만족시켜야 한다.
여기서, = 극한한계상태에서의 작용 축력(N)
= 압축강도(표 4.2.14)(MPa)
= 미끄럼면의 유효 접촉면적(mm2)
직경이 100mm 이상인 PTFE에서 접촉면적(), 유효접촉면적()은 딤플 면적을 포함시키며, 직경이 100mm 미만인 PTFE는 딤플 면적을 제외시킨다. 곡면의 경우는 4.2.5를 따른다.
4.2.6.10 마찰계수
미끄럼요소와 가이드는 평면이나 곡면 미끄럼면에서 최소한의 마찰로 이동할 수 있도록 한다. 미끄럼요소와 가이드의 성능은 규정된 재료로 조합된 표준화된 시편이 규정된 시험법에 따라 시험하였을 때 마찰계수가 성능평가시험에서 요구되는 마찰계수의 값을 초과하지 않을 때 적합하다고 간주된다.
(1) 단기마찰계수
단기마찰계수는 표 4.2-16에서 주어진 값을 초과해서는 안 된다.
표 4.2-16 평면 또는 곡면인 PTFE 시트의 단기마찰시험에 대한 최대마찰계수(접촉면 : 경질크롬판, 스테인리스강, 알루미늄합금)

시험

온도

경질 크롬판, 스테인리스강

알루미늄 합금

C

+21℃

0.012

0.005

-

-

0.018

0.008

-

-

D

-35℃

0.035

0.02

-

-

0.053

0.038

-

-

E

0℃

0.018

0.012

-

-

0.027

0.018

-

-

E

-35℃

-

-

0.018

0.012

0.027

0.018

: 첫 번째 사이클에서 정적마찰계수

: 첫 번째 사이클에서 동적마찰계수

: 이후 사이클에 대한 정적마찰계수

: 이후 사이클에서 동적마찰계수
(2) 장기마찰계수
미끄럼요소를 조합한 경우의 장기마찰계수는 표 4.2-17, 표 4.2-18에서 주어진 값을 초과해서는 안 된다.
표 4.2-17 평면 PTFE 시트의 장기마찰시험에 대한 최대마찰계수(접촉면: 스테인리스강)

온도

전체 슬라이딩 거리

5,132m

10,242m

-35℃

0.030

0.025

0.050

0.040

-20℃

0.025

0.020

0.040

0.030

0℃

0.020

0.015

0.025

0.020

+21℃

0.015

0.010

0.020

0.015

와 는 해당 온도에서의 정적 및 동적 마찰계수이다.
표 4.2-18 곡면 PTFE 시트의 장기마찰시험에 대한 최대마찰계수(접촉면 : 경질크롬판, 스테인리스강, 알루미늄 합금)

온도

전체 슬라이딩 거리 2,066m

스테인리스강, 경질 크롬판

알루미늄 합금

-35℃

0.030

0.025

0.045

0.038

-20℃

0.025

0.020

0.038

0.030

0℃

0.020

0.015

0.030

0.022

+21℃

0.015

0.010

0.022

0.015
4.2.7 연결 이음부 설계
4.2.7.1 상부구조 및 하부구조와의 앵커부 설계
상하부구조와의 연결을 위한 앵커 볼트를 설계할 때에는 수평력과 수직력 뿐만 아니라 이들로 인해 발생하는 모멘트도 고려하여 사용한계상태를 만족하여야 한다.
앵커볼트의 허용응력은 표 4.2-19와 같다.
표 4.2-19 앵커볼트의 허용응력(MPa)

SS400

SM35C

SM45C

앵커볼트

60

80

80
4.2.7.2 볼트 이음부 설계
(1) 볼트 이음은 마찰이음으로 하며 볼트 허용력은 표 4.2-20과 같다.
(2) 마찰이음에 쓰이는 볼트, 너트 및 와셔는 KS B 1010에 규정된 제 1종 및 제 2종의 M20, M22, M24를 사용하는 것을 표준으로 한다.
표 4.2-20 마찰이음용 고장력볼트의 허용력(kN) (1볼트 1마찰면마다)

볼트의 등급

나사호칭

F8T

F10T

S10T

M20

31

39

39

M22

39

48

48

M24

45

56

56
(3) 볼트의 길이는 부재를 충분히 체결할 수 있도록 선택하여야 한다.
(4) 고장력 볼트 설계는 다음에 의한다.
① 축방향력 또는 전단력을 받는 판을 연결하는 경우의 볼트는 식 (4.2-38)을 만족하여야 한다.
여기서, = 볼트 1개에 작용하는 힘(kN)
= 볼트 1개의 허용력(kN)
= 축방향력(kN)
= 볼트의 개수
② 휨모멘트가 작용하는 판을 연결하는 경우의 볼트는 식 (4.2-39)를 만족하여야 한다.
= 휨모멘트(kN-mm)
= 볼트로부터 중심축까지의 거리(mm)
= 접합선의 한쪽 편에 있는 볼트군의 집합
= 가장자리의 볼트의 중심축으로부터의 거리. 다만 연결부의 플랜지를 볼트로 연결한 경우에는 중심축으로부터 플랜지의 압축연 또는 인장연까지의 거리(mm)
③ 축방향력, 휨모멘트 및 전단력이 함께 작용하는 판을 연결할 경우의 볼트는 식 (4.2-40)을 만족하여야 한다.
(4.2-40)
여기서, = 축방향력에 의한 볼트 1개의 작용력(kN)
= 휨모멘트에 의한 볼트 1개의 작용력(kN)
= 전단력에 의한 볼트 1개의 작용력(kN)
(5) 볼트의 최소 중심 간격은 표 4.2-21에 표시한 값을 표준으로 한다. 다만, 부득이한 경우에는 볼트지름의 3배까지 작게 할 수 있다.
표 4.2-21 볼트의 최소 중심간격(mm)

볼트의 호칭

최소중심간격

M24

85

M22

75

M20

65
(6) 볼트의 최대 중심 간격은 표 4.2-22에 표시한 값 중에서 작은 것을 택하여야 한다.
표 4.2-22 볼트의 최대 중심간격(mm)

볼트의 호칭

최대 중심간격

M24

170

지그재그인 경우 :

다만, 이하

다만, 300 이하

M22

150

M20

130
여기서, = 외측의 판 또는 형강의 두께(mm)
= 볼트의 응력방향의 간격(mm)
= 볼트의 응력에 직각방향의 간격(mm)
(7) 볼트구멍 중심으로부터 연단까지의 최소거리는 표 4.2-23에 표시한 값으로 한다.
표 4.2-23 볼트구멍의 중심에서 판의 연단까지의 거리

볼트의 호칭

최소연단거리(mm)

전단연, 수동가스절단연

압연연, 다듬질연, 자동가스 절단연

M24

42

37

M22

37

32

M20

32

28
(8) 볼트구멍 중심으로부터 연단까지의 최대거리는 표면의 판 두께의 8배로 한다. 다만, 150mm를 넘어서는 안 된다.
(9) 이음에서는 한 볼트무리로서 2개 이상의 고장력 볼트를 사용하여야 한다.
(10) 반복해서 인장력을 받게 되는 볼트 접합부의 공용하중으로 인한 인장력 및 프라잉력의 합에 의한 볼트의 인장응력은 다음의 값을 초과하지 않아야 한다. 인장응력 산정시 공칭직경을 적용하며, 프라잉력은 공용하중의 60 %를 초과하지 말아야 한다. 여기서 프라잉력이란 볼트 연결부에서 작용력의 편심으로 연결판의 변형이 발생할 수 있으며 이 때 연결부에 추가적으로 작용하게 되는 인장력을 말한다.
표 4.2-24 반복 인장력을 받는 볼트의 피로(MPa)

반복 횟수

F8T

F10T

S10T

2만회 이상

260

330

330

2만회 이상

50만회 이하

240

300

300

50만회 이상

190

230

230
4.2.7.3 용접 이음부 설계
소울플레이트와 상부구조 용접 이음부를 검토할 때는 E등급 기준을 적용하고 기타 용접 이음부는 KDS 14 31 20을 참조하도록 한다.
4.2.8 철도교 수평분산장치(크리프커플러) 및 스토퍼
① 크리프커플러 또는 스토퍼 등의 변위 억제장치는 일반적으로 다음의 영향으로 인해 서로 연결되는 주거더 및 하부구조에 유해한 영향이 가해지지 않도록 설계해야 한다.
가. 상판 - 상판 연결 크리프커플러(D-D C. C.) 형식
나. 상판 - 교각 연결 크리프커플러(D-P C. C.) 형식
④ 상판 - 상판 연결 크리프커플러의 설계는 다음과 같이 해야 한다.
가. 크리프커플러의 계산에서는 지속하중이나 점진적인 하중에 대하여는 어떠한 저항도 하지 않지만, 일시적인 충격이나 돌발하중에 대하여는 탄성체로 작용하여 주어지는 수평하중을 전달시키는 역할을 한다고 가정해야 한다.
나. 콘크리트 또는 프리스트레스트 콘크리트 상판을 가지는 교량의 경우 크리프커플러 연결부위 하중 집중점은 집중하중에 의한 표면응력, 파열응력, 앵커부 교란영역의 국부응력을 동시에 검토해야 한다.
라. 크리프커플러가 일시적인 하중이나 돌발하중에 대하여 저항하는 경우에는 내부 물질의 일부 이동에 의한 유동체로서의 이동량과 탄성체로서의 탄성 수축이동량을 동시에 고려한 크리프커플러의 겉보기 탄성계수를 사용하여 그 변형을 고려해야 한다.
마. 모든 크리프커플러의 설계에 사용하는 하중은 그 각각의 장치 위치에 따라 가장 불리한 조건의 것으로 계산해야 한다.
⑤ 상판 - 교각 연결 크리프커플러의 설계는 다음과 같이 해야 한다.
가. 상판-교각 연결 크리프커플러는 보통 일시적인 수평하중에 대하여 이들이 설치된 하부구조에서 이들 수평하중을 나누어 받게 하게 위하여 가동받침이 적용된 교각에 적용해야 한다.
4.3 적층고무형 지진격리받침
4.3.1 설계일반
(1) 지진격리받침은 이 절에서 제시하는 규정을 만족하도록 설계되어야 한다.
(2) 교량 구조물이 한계상태 설계법에 의해 설계되면 극한한계상태에서 지진격리받침의 강도와 안정성도 극한설계하중과 변위에 적절하게 견딜 수 있어야 한다.
4.3.2 압축특성과 전단특성
(1) 지진격리받침의 설계응력과 변형률은 설계력과 설계변위를 이용하여 다음과 같이 정의된다.
, , (4.3-1)
(2) 지진격리받침에 대한 설계압축력 , , , 그리고 설계전단변위 , 는 구조 기술자가 지정해야 한다.
(3) 적층고무 지진격리받침의 수직 압축강성은 다음과 같이 표현된다.
여기서 를 결정하는 데에는 이미 몇 가지의 이론식 혹은 실험식이 알려져 있다.
(4) 적층고무 지진격리받침의 수평 전단강성은 다음과 같이 표현된다.
(5) 만약 전단변형률 와 전단탄성계수 의 관계가 선형적으로 표현할 수 없다면 수평 전단강성은 다음과 같이 표현된다.
이때 는 전단변형률의 함수로서 실험에 의한 실측데이터로부터 결정해야 한다.
그리고 등가감쇠비는 KDS 24 17 11(2.7.7.1)에 따라 주어진다.
4.3.3 설계 요구조건
(1)지진격리받침의 설계는 탄성중합체가 점탄성재료이며, 압축하중 상태에서 받침의 변형이 받침 형상에 영향을 받는다는 것을 기본으로 하고 있다. 받침에서의 보강판은 보강판과 탄성중합체의 접촉면에서 상대 이동이 발생하지 않도록 탄성중합체에 화학적으로 부착되어야 한다.
(2)설계하고자 하는 모든 적층고무형 지진격리받침은 다음의 조건을 만족하여야 한다.
4.3.3.1 수평 변형에 의한 전단변형율
(1) 지진격리받침은 풍하중, 원심력, 제동력, 온도변위에 의한 하중을 포함하는 모든 상시 수평력 조합에 안정적으로 거동하도록 설계되어야 한다.
(2) 지진격리받침 탄성중합체의 최대전단변형율은 상시 70%, 지진 시 200% 이내이어야 한다.
상시 : (4.3-6)
지진 시 : (4.3-7)
4.3.3.2 총 전단변형율
(1) 압축력에 의한 국부 전단변형율은 다음과 같이 계산한다.
직사각형 지진격리장치 : (4.3-8)
원형 지진격리장치 : (4.3-9)
단, 는 1차 형상계수 S1이 8보다 작을 경우 근삿값으로서 를 사용할 수 있으며, S1이 8보다 큰 경우에는 정확한 전단변형율을 얻기 위해 고무층 내부에서의 전단변형율 해석을 실시한다. S1이 15보다 클 경우에는 근사적인 방법으로서 =로 놓고 계산한 와 =로 놓고 계산한 를 다음과 같이 가중 평균한 값을 사용할 수 있다.
(2) 회전에 의한 국부 전단변형율은 다음과 같이 계산한다.
직사각형 지진격리장치 : (4.3-11)
원형 지진격리장치 : (4.3-12)
(3) 수평변위, 압축력, 회전에 의한 총 전단변형율은 다음과 같이 검토한다.
여기서, 허용 총 전단변형율 는 고무의 종류와 시험편에 따라 다음 표의 값을 사용한다.
표 4.3-1 고무의 허용 총 전단변형율

종류

전단계수(G, MPa)

0.8

1.0

1.2

고감쇠 고무

(HDR)

모울드 시험편

4.3

4

3.6

지진격리받침에서 잘라낸 시편

4

3.6

3.3

저감쇠 클로로프렌 고무

모울드 시험편

3

1.5

3

지진격리받침에서 잘라낸 시편

2.6

2.6

2.6

천연고무(LNR),

납삽입 받침(LRB)

모울드 시험편

3.6

3.6

3.3

지진격리받침에서 잘라낸 시편

3.3

3.3

3
4.3.3.3 회전 성능
받침의 부가되는 압축력과 회전력의 조합에 의한 회전 성능은 다음을 만족하여야 한다.
직사각형 지진격리장치 : (4.3-14)
원형 지진격리장치 : (4.3-15)
여기서, 은 압축강성 Kv의 불확실성을 고려하기 위한 안전계수로서 1.3을 사용한다.
4.3.3.4 좌굴 검토
지진격리받침이 상시와 지진 시의 수직압축하중에 의해 좌굴 가능성이 있는지 다음 식으로 검토한다.
직사각형 지진격리장치 : (4.3-16)
원형 지진격리장치 : (4.3-17)
여기서, 는 상시에 2.5, 지진 시에 1.5이다.
4.3.3.5 최대압축응력
지진격리받침에 작용하는 최대압축응력은 다음의 조건을 만족해야 한다.
표 4.3-2 최대압축응력

1차 형상계수

최대압축응력(MPa)

8

12
4.3.3.6 부반력으로 인한 안정성 검토
지진격리받침에 작용하는 부반력에 의한 인장응력은 다음의 조건을 만족해야 한다.
표 4.3-3 허용인장응력

구분

허용인장응력

상시

지진 시

일때

일때
4.3.4 지진격리받침의 성능확인
(1) 지진격리받침은 설계 시 상정한 성능기준과 품질기준을 확보하고 있는지 확인하기 위하여 다음의 시험을 행한다.
① 성능시험 : 온도의존성, 주기의존성, 압축피로, 전단피로 시험 등을 통하여 해당 지진격리받침이 신뢰할 수 있는 성능을 가지고 있는지 확인한다.
② 원형시험 : 설계와 해석에 사용되는 지진격리받침의 주기특성과 감쇠특성 등의 성능은 원형 혹은 축소모형시험에 의해 확인한다.
③ 품질시험 : 해당 지진격리받침이 품질기준을 만족하고 있는지 전수 시험을 실시한다.
(2) 지진격리받침의 축소모형 및 시험에 대한 세부사항은 국내외에서 인정되고 있는 지진격리장치 관련 규준에 따른다.
4.3.5 품질 기준
지진격리받침과 그 재료는 화학적, 물리적, 기계적 성질이 충분히 안정적이어야 하며, 전수 품질시험을 실시하여 다음의 조건을 만족하여야 한다.
(1) 전수의 지진격리받침을 대상으로 측정한 평균 유효강성은 설계값의 ±10% 이내이어야 하고, 각각의 유효강성은 설계값의 ±20 % 이내이어야 한다. 또한, 평균 EDC 값은 설계값의 15% 이상이어야 하고 각각의 EDC 값은 설계값의 25% 이상이어야 한다.
표 4.3-4 지진격리받침 유효강성과 EDC의 품질 기준

EDC

개체차

±20%

-25%

평균값

±10%

-15%
(2) 성능시험에서 얻은 지진격리장치 특성의 변동 가능성과 품질시험에서 얻은 설계값과의 편차로 인해 교량의 지진응답은 설계값과 달라질 수 있다. 이러한 응답변화가 적정한지 검토하고자 할 경우에는 시험에서 얻은 지진격리장치 특성의 변동 가능범위를 지정하고 그 범위의 상한값과 하한값에 대해 각각 지진응답해석을 수행한다. 응답의 변화가 교량 안전성에 영향이 없거나 설계응답으로부터 ±15% 범위 이내이면 적정한 것으로 본다.
(3) 지진격리받침의 유효강성 및 등가감쇠비는 지진설계변위에 의한 연속반복재하에 대해 안정적이어야 한다.
(4) 지진격리받침은 원칙적으로 지진 후에 교량의 기능에 악영향을 주는 잔류변위가 발생하지 않도록 설계해야 한다.
(5) 지진격리받침의 유효강성 및 등가감쇠비는 발생할 수 있는 온도범위에서 안정적으로 표 4.3.4를 만족하도록 유지되어야 한다.
(6) 지진격리받침은 지진설계변위 범위에서는 항상 양의 접선강성을 가져야 한다.
4.3.6 기타
철도교에 적층고무형 지진격리받침을 적용 시에는 활하중 작용에 따른 처짐, 수직방향 진동, 지진시 횡변위 등 철도 운행 시의 안전성에 대한 상세한 검토가 필요하다.
4.4 방호울타리
교량용 방호울타리는 그 사용 목적에 따라 난간, 차량방호울타리 및 난간겸용차량방호울타리로 구분된다. 교량용 방호울타리는 기능, 경제성, 시공조건, 미관 및 유지관리 등을 충분히 감안하여 설치목적 및 설치장소에 부합될 수 있도록 설치하여야 한다
4.4.2 설치
(1) 보차도의 구별이 있는 경우
도심하천상의 교량 등과 같이 교면상 보도와 차도의 구별이 있는 경우에는 보차도의 경계부 연석 위에 차량방호울타리를 설치하고, 교량의 최외측 단부 연석 위에는 난간을 각각 설치하도록 한다. 단, 기존의 교량 등에 보도 등의 폭이 좁아서 보차도 경계부에 차량방호울타리를 설치하면 보행자 등의 통행을 방해할 우려가 있는 경우에는 최외측 단부 연석에 난간겸용차량방호울타리를 설치하는 것으로 한다.
(2) 보차도의 구별이 없는 경우
도시고가도로 같은 자동차 전용교 또는 보도나 차도의 구별이 없는 교량에 대해서는 교량의 최외측 단부에 반드시 차량방호울타리 또는 난간겸용차량방호울타리를 설치하도록 한다.
4.4.3 난간
(1) 난간은 보도 등의 노면에서 1,100mm 이상의 높이로 설치하는 것을 원칙으로 하고 그 측면에 도심도로상에는 3.75kN/m, 일반도로상에는 2.5kN/m의 수평력이 직각으로 상단부에 작용하는 것으로, 난간 정상부 윗면에 수직력 1.0kN/m가 작용하는 것으로 설계한다. 이 경우에는 수평력 및 보도 등의 등분포 하중의 조합에 대한 바닥판의 내하력과 안전성을 검토하여야 한다. 이때, 허용응력은 증가시키지 않는다.
(2) 난간의 부재는 유아가 빠지지 않을 정도의 간격을 유지하여야 한다.
4.4.4 차량방호울타리
(1) 차량방호울타리에 대해서는 다음의 사항을 충분히 고려하여 국내외의 공인된 표준설계지침에 따라 설계하되 최소높이는 650mm로 한다.
① 방호울타리에 차량이 충돌할 때의 탑승자의 보호
② 충돌 인접지역 주행차량의 보호
③ 교면 위나 교량 밑의 인명 및 재물의 보호
④ 향후 방호울타리의 개선 가능성
⑤ 방호울타리의 비용효과
⑥ 외관 및 주행 중 전망가시성
(2) 특히 미관을 위해 표준설계지침에 제시된 구조제원과 다른 차량용 방호울타리를 설치할 수 있으며 이 경우에도 표준설계지침의 설계 조건을 만족하도록 설계해야 한다. 단, 강성방호울타리에 대해서는 이 규정을 적용하지 않는다.
(3) 차량방호울타리의 차도측 레일면은 원칙적으로 매끈하며 연속적이어야 한다. 또한 차량방호울타리의 레일면은 지주보다 앞으로 나와 있는 돌출형으로 하는 것을 원칙으로 한다.
(4) 차량방호울타리의 상세설계에서는 충격에너지를 흡수할 수 있는 연성파괴가 일어날 수 있도록 보강철근이나 강재를 연결부에 확실하게 정착시켜야 한다.
4.4.5 난간겸용차량방호울타리
난간겸용차량방호울타리는 난간 및 차량방호울타리의 기능을 동시에 갖춘 방호울타리로써 난간 및 차량방호울타리의 설계 조건을 각각 만족하도록 설계해야 한다.
4.4.6 차량방호울타리 및 난간겸용차량방호울타리에 충돌하는 차량이 바닥판에 미치는 영향
(1) 전용차도의 연석 위에 설치하는 경우
차량방호울타리를 전용차도의 연석 위에 설치하는 경우, 지주식의 경우에는 지주 최하단 단면에 대한 지주의 저항모멘트를 지주 간격으로 나눈 값이 바닥판에 균등하게 단모멘트로서 작용하는 것으로 본다. 철근큰크리트 벽식인 경우에는 벽하단의 설계에 사용한 작용모멘트를 그대로 바닥판의 단모멘트로서 가산하도록 한다.
(2) 보차도 경계부 바닥판에 직접 설치하는 경우
차량방호울타리를 보차도 경계부 바닥판에 직접 설치하는 경우, 지주의 정착부는 충돌에 의한 작용모멘트가 바닥판에 분산되어 작용하는 구조로 하여야 한다. 이 경우 바닥판의 작용모멘트는 연석에 설치하는 경우와 같이 바닥판에 단모멘트로 하여 가산하도록 한다.
4.5 철도교 부속설비
⑦ 배수시설
⑧ 공동관로
⑨ 난간과 방음벽
⑩ 탈선방호벽
⑤ 차음공에 이용하는 강재의 세장비는 표 4.5-1의 값을 초과하지 않도록 해야 한다.
표 4.5-1 차음공에 사용하는 강재의 세장비

부재의 종류

세장비

압축재

인장재

150

240
(5) 낙교방지공