3.3 거더교

교량의종류 / / 2021. 4. 1. 04:37



 

두 지점간 수평으로 배치되어 외부하중에 휨으로 저항하는 구조 부재를 빔(Beam, 보, 형(桁))라고 합니다. 그 중 전체 구조에서 주 하중을 받는 빔(보)부재를 거더(Girder, Main Beam, 대들보, 주형(主桁))라고 하여 구분합니다.

이러한 거더를 두 지점 사이에 주부재로서 배치하고 그 위에 차량 등이 지나갈수 있게 바닥판을 배치한 교량을 거더교(Girder Bridge, 형교, 桁橋)라고 합니다.

 

일반적인 거더교 개요

 

거더교는 폭 넓은 범위의 지간장에 적용이 가능하고 다른 구조형식 교량에 비해 구조가 간단하고 경제성이 우수하여 우리 주변에서 가장 흔하게 볼 수 있는 교량 형식입니다. 거더교는 보통 25~200m의 폭넓은 범위의 지간장에 적용하며 300m가 넘는 교량에도 적용한 사례(Stolmasundet Bridge, 301m)가 있습니다.

연속 거더교의 지간장이 길어지면 지점부에서 부모멘트가 크게 증가하여 중앙부 보다 지점부 단면을 높게 만들기도 하는데 이 경우를 변단면 거더교라 합니다. 변단면 거더교의 경우 거더의 곡선 형상이 아치 형상과 비슷하여 미관적으로 우수하다고 개인적으로 생각합니다. 한강의 원효대교나 가양대교 같은 경우가 대표적인 사례입니다.

변단면 거더를 적용한 가양대교 (지점부 거더의 높이가 10m나 된다, 중앙부는 4m)

 

거더교에 적용되는 거더의 형상은 T형, I형, Box 형태가 주로 사용되며 일반적으로 적용되는 거더교의 종류는 거더의 형식에 따라 아래와 같이 분류할수 있습니다. 종류별 상세한 정보는 하위 포스트에서 이야기 하도록 하겠습니다.



(1) T형교

20~30m 정도까지의 지간에 대하서 주로 적용되는 형식으로 T자 형태의 거더를 적용한 교량형식입니다. 일반적인 T형교는 과거 소교량에 많이 적용되었고 현재는 잘 적용되지 않는걸로 알고있습니다. 비교적 최근에는 Prestress를 도입하여 거더의 갯수를 줄이고 40~50m 정도 지간에 적용한 Double T Beam 교가 국내에 시공되기도 하였습니다. 

 

(2) PSC 빔교

I형의 콘크리트 빔에 Prestress를 도입한 거더를 이용한 교량으로 주로 20~40m의 지간장에 많이 쓰입니다. 공사비가 저렴하고 시공이 간편하여(제작장에서 미리 빔을 제작하여 거치후 상부슬래브를 타설하는 순으로 시공) 널리 사용되며 곡선교량이나 폭이 변하는 교량에는 적용이 어렵습니다.

프리스트레스를 도입하는 방법이나 형태, 상세에 따라 여러 종류의 PSC 거더(IPC 거더, e-Beam, DR거더, WPC거더 등)들이 있으며 PSC강재를 이용하지 않고 미리 휘어진 형태로 만든 강재 Beam을 이용하여 Prestress를 도입하는 Preflex 계열의 빔(Preflex, Precom, RPF 거더 등)들도 있습니다. 



(3) Plate Girder교 (판형교,플레이트거더교)

 

철판으로 I형의 거더를 만들고 그위에 콘크리트 슬래브를 얹은 형태의 교량으로 거더교의 가장 기본적인 형식이라고 볼 수 있습니다. 

보통 지간장 50m 정도가 경제적으로 휨, 전단에 대한 내하성능이 우수하여 많이 시공되었으나 최근에는 그리 많이 사용되지 않는 형식입니다. 곡선교나 확폭부에 적용이 어렵고 브레이싱 등 부부재가 많다는 단점이 있습니다.
최근에는(2000년도 초반) 플레이트거더교 설계 합리화를 통해 고강도 강재를 사용하고 거더 플레이트 두께를 증가시켜 거더수와 부부재를 줄인 소수 주형교가 나왔는데 그리 많이 적용되지는 않은것 같습니다. (국내에는 호남고속철도 금강철교 접속교와 일산대교 등에 적용되었습니다.)


(4) Steel Box Girder교 (강합성상형교,스틸박스거더교)

철판으로 제작된 박스형태의 거더교로 지간장 50~60m가 경제적입니다. 박스형태의 거더를 적용하여 휨과 전단 및 비틀림에 대한 저항력이 큰 장점이 있어 널리 적용되는 교량형식입니다. 특히 폭원이 변하거나 넓은 교량, 비틀림이 크게 발생하는 곡선교 등에 많이 적용되고 있습니다. (고속도로 인터체인지의 램프 교량은 대부분 스틸박스거더교를 적용합니다. (http://kko.to/ryPmsM_DT, ※ 360도 둘러보면 모든 교량이 스틸박스거더교이다)

보통 공장에서 제작된 박스를 현장에서 볼트로 연결하고 크레인으로 가설후 바닥판을 시공합니다.

 

(5) PSC박스거더교

콘크리트 박스형태의 거더에 프리스트레스를 도입한 교량으로 가설 방법에 따라 50m에서 150m가 넘는 교량까지 다양하게 적용될수 있습니다. 다른 거더교에 비해 설계와 시공이 까다롭고 곡선부나 확폭부에 적용하기 어렵습니다.

PSC Box Girder는 가설방법이 교량설계(강선 배치나 강재량)에 큰 영향을 미치며 이 같은 이유로 가설방법(FCM, ILM, FSM, PSM 등)으로 분류하기도 합니다.


(6) 강상판형교

교량의 바닥판을 콘크리트가 아닌 철판으로 제작하여 자중을 감소시킨 형식으로 콘크리트 바닥판을 가진 강교보다 지간장을 길게 계획할 수 있으며 70~80m 정도가 경제적이라고 합니다. 하지만 다른 강교에 비해 강재가 많이 소요되고 용접량이 많아 공사비는 비싼편입니다.

강판 위에 차량하중이 직접 재하되므로 설계시 상판의 피로 등을 면밀히 검토하여야 하고 교량 가설시 현장용접으로 상판을 연결해야 하므로 용접 품질 관리가 더욱 중요합니다. 플레이트 거더교나 스틸박스거더교 보다 긴 지간장이 필요 할 경우에 적용되며, 콘크리트 바닥판 거더에 비해 자중이 가벼워 사장교, 현수교, 아치교 등의 보강형으로도 많이 적용되는 교량 형식입니다.

 

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