썬로드의 교량이야기

교각의 종류



교각은 그 형태에 따라 여러가지 종류가 있습니다.

① T형 교각
가장 많이 사용되는 교각 형식입니다.
지나다니시면서 보면 아마 70,80%는 거의 이런 형식일겁니다.
이유는 시공하기 좋고 경제성이 좋기 때문이지요...
(계산도 편하고...^^;)
그러나 풍하중, 지진력등 교축직각방향 하중에 대해서는 좀 불리합니다.




② 문형 교각
문형 교각은 광폭의 PSC Beam등과 같이
주형이 여러개인 교량에 주로 쓰입니다.
T형에 비해 지진, 풍하중등 교축직각방향 하중에도 저항력이 우수합니다.
T형에 비해 기둥수가 많아서 하부미관은 좀 불리합니다. ^^





③ 횃불형 교각
T형교각과 유사한 형태입니다.
다만 코핑부가 곡선처리 되어 잇어서 시공성은 좋지 않으나
미관적은 측면에선 T형보다 우수하다 할수 있습니다.






④ 벽식교각
기둥부가 중공형태의 교각입니다.
규모가 크고 매우 높은 교량에 주로 사용됩니다.
지진, 풍하중등 교축직각방향 하중에도 저항력이 좋으나
경제성 면에서는 불리하고
중공부가 있으므로 시공성도 좋지 않습니다.




⑤ 역A형 교각(V형)
시공이 어렵고, 전체적으로는 안정감이 우수합니다.
별로 사용되지 않는 형식입니다...^^






상기 교각들은 기본적인 형태일뿐입니다.
최근에는 교각에도 경관요소를 적용하여 여러가지 형태의 교각들이 많이 나옵니다.




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교각의 정의와 구성



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교각은 교량은 받치는 기둥이라고 생각하시면 됩니다.
교각은 상부구조가 2경간 이상이 되는 경우에 설치되며, 상부구조의 하중과 교각의 자중을 안전하게 기초지반에 전달하는 구조물 입니다.
교각은 보통 옆의 그림과 같이 교각기초, 기둥, 코핑부로 구성됩니다.
교각의 형식은 도로 및 하천등 부대조건에 의한 외적요소에 제약을 많이 받습니다.
교각의 형식 선정은 미관을 고려하고 입지조건, 구간에 따라 통일시키는 것이 중요합니다.
교각의 지형조건에 따른 선정기준을 예를 들면, 하천부에는 유수의 흐름을 원할이 할수 있는 벽식이나 타원형 교각을 주로 사용하며, 도시부에는 교량 하부의 개방감을 확보하고 복잡하지 않도록 라멘식교각이나 기둥식 교각을 주로 사용합니다.
교각은 그 형태에 따라 T형, 벽식교각, 라멘식 교각, 역A형교각 등이 있습니다.


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교대의 종류



① 역T형 교대
 가장 일반적인 형태의 교대로 구체자중이 작고 흙의 중량으로 안정을 유지하므로 경제적이며, 뒷채움부의 시공도 용이합니다. 적용 높이는 약 12m 정도 까지로 일반적인 지반조건에 적용합니다.

② 중력식 교대
 중력식 교대는 무근콘크리트의 구체 자중으로 외력에 저항하는 교대로 지지지반이 양호한 곳에 적용될수 있습니다. 적용높이는 5~6m정도 까지입니다.
보통 소규모 교량이나 철도교에 적용하나 현재는 거의 사용하지 않습니다.

③ 부벽식 교대
 높이 10m 정도 이상일때 역T형 교대 보다 유리하며 부벽의 배근이나 콘크리트 타설에 어려움이 따릅니다. 또한 교대 배면 뒤새움부의 시공이 곤란합니다.
부벽식 교대 역시 최근에는 거의 사용하지 않습니다.

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역T형 교대

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중력식 교대

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부벽식 교대


이 외에도 박스형 교대, 라멘 교대, 중간이음식 교대등이 있습니다.

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교대의 정의와 구성



이제 하부구조로 넘어왔습니다. ^^


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교대는 교량의 시종점부에 위치하며 상부구조를 지지하는 역활을 하는 구조물입니다. 또한 교량과 토공으로 된 일반도로 구간을 연결하는 구조물입니다.
교대는 대부분 땅에 묻혀있는데 교대 구조물만 그림으로 나타내면 왼쪽의 그림과 같습니다.
옆의 그림에서 날개벽은 교대 뒷채움 토사가 옆으로 흘러내리지 못하게 막는 역활을 하며 접속슬래브는 토공구간이 침하하여 교량부와 단차가 생겨 포장등의 균열시 생기는 것을 방지하기 위하여 설치합니다.
교대는  그 형상에 따라 역T형 교대, 중력식 교대, 부벽식 교대로 나뉠수 있는데 현재는 대부분 역T형 교대를 사용합니다.(다른 형식의 교대는 한번도 설계한적 없습니다.) 다만 중력식 교대는 오래된 소규모 교량이나 철도교에 적용되어 있더군요... 이 외에도 박스형 교대, 라멘 교대, 중간이음식 교대등이 있습니다.

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상부구조에 따른 교량의 종류(9)...Extradosed교②(케이블노출에따른분류)



사판교(Finback Bridge)
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사판교는 케이블을 사판이라는 얇은 판 속에 넣은 형상을 하고 있습니다. 사장외케이블 방식에 비해 사재케이블의 내구성능이나 피로에 대한 안전성이 높고(사재허용응력을 파단응력의 70%가지 봅니다. 사장외케이블 방식인 경우 60%), 동시에 교량의 전체 강성이 커서 변형이 작다는 장점이 있습니다.
그러나 사판시공중 균열에 신경을 많이 써야 하며 주행자 입장에서 개방감이 떨어져 답답한 느낌이 있고 한다고 합니다. 개방감을 높이기 위해서 사판에 구멍을 뚫은 경우도 많이 있습니다. 사판교는 특히 철도교가 많은데, 이는 사장외케이블방식보다 진동이 적고 사판이 방음벽역활도 하기 때문이 아닐까 생각합니다.
국내 최초 및 유일하게 양평대교에 적용되었으며 된 형식으로 현재 광양쪽에 사판교 형식의 철도교가 시공되고 있습니다.


사장외케이블방식
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사재케이블을 외부에 노출시킨 형태로 미관이 사판교에 비해 우수하고 개방감이 좋다는 장점이 있습니다.
또한 외형이 사장교와 비슷하나 공사비가 사장교에 비해 저렴하여 요사이 많이 시공되고 있는 형식입니다.
그러나 케이블이 외부에 노출되므로 사재케이블의 방식이나 진동, 피로등 내구성에 신경을 써야합니다.
보통 Extradosed교라 하면 사장외 케이블 방식을 이야기 하며, 국내의 대부분 Extradosed교는 모두 사장외 케이블 방식을 적용하고 있습니다.

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사판교 - 川內川橋(일본)

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사장외케이블교 - 평여2교(여수)


드디어 처음 목표했던 교량의 종류를 다 올렸군요...^^ (3년 걸렸습니다!!, 실제는 2달)
다 올리고 보니 빠진것도 많고 수정할것도 좀 있네요..
차차 수정해 나가겠습니다.

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상부구조에 따른 교량의 종류(9)...Extradosed교①



Extradosed교는 "~을 개선하기 위해 요소를 첨가한 교량"이라고 해석할수 있겠는데요...
외형은 사장교에 가깝지만 실제 거동은 거더교에 더 가깝습니다.
저는 "케이블로 보강된 PSC박스거더교" 라고 이야기하고 싶습니다.
일반적인 PSC박스거더교에서 내부턴던은 단면에서의 편심이 클수록 유리하게 작용하는데요.. Extradosed교는 편심효과를 극대화 하기위하여 거더단면 밖으로 케이블을 위치시킨 대편심 케이블 교량을 이야기 합니다. "Extra"는 이러한 연유로 붙은것 같습니다. ^^

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Extradosed교의 구성


Extradosed교는 100~200m의 중경간 교량에 적합하며 사재케이블 노출에 따랄 사판식과 사장외케이블방식이 있습니다.

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사재케이블의 안전률

Extradosed교사장교의 가장큰 차이점은 바로 케이블의 연직하중 분담률과 케이블의 응력변동값에 있습니다.
사장교가 거의 모든 연직 하중을 케이블이 부담하는 것과는 다르게 Extradosed교는 케이블이 분담하는 연직하중은 30%정도로 나머지는 거더가 부담하게 됩니다. 응력변동값 또한 사장교에 비해 작기 때문에 케이블 설계시 케이블의 허용응력을 높여서(파단응력의 60%, 사장교의 경우 40%) 설계할수 있으므로 사장교에 비해 더 케이블 설계가 더 유리합니다.
갑자기 이야기가 어렵게 흘러가네요 --;
쉽게 이야기 하면 Extradosed교사장교에 비해 케이블에 걸리는 힘이 작고, 거더의 강성이 크며 또한 주탑이 낮다는 차이점이 있습니다...

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최초의 Extradosed교 - Ganter교(스위스)

Extradosed교는 스위스 공학자 Christian Menn에 의해 1980년 완공된 Ganter교(스위스)가 그 시초라고 할수 있습니다.(좌측사진) 이때는 Extradosed교라는 말조차 없었구요... 이후 프랑스 Jacques Mathivat에 의해 이론적 발전을 거듭하여 “Extradosed Prestressed Bridge” 용어가 세상에 나오게 되었습니다.
초기 Extradosed교는 케이블을 콘크리트 벽체 속으로 배치한 사판교 형식이었으며 1994년 일본에서 케이블을 외부로 노출시킨 사장 외케이블 방식의 Odawara(小田原)교 건설된 이후로 많은 Extradosed교들이 시공되고 있습니다.
 국내에는 1997년 제2양평대교에 Extradosed교(사판형식)가 적용되었는데, 이때는 이러한 형식이 Extradosed교 인지도 모르고 시공 했다는 예기가 있네요... ^^
사장외 케이블방식은 2002년 여수에 평여2교에 최초로 도입되어 현재 시공이 완료된 상태이고 이후 많은 Extradosed교가 설계, 시공되고 있습니다.
국내에 초기에 설계된 평여2교, 녹산대교, 경안천교등은 모두 외국의 설계사(일본 조다이, 프랑스 Systra등)가 설계에 참여했지만 이후 교량들은 모두 국내 기술로 설계가 되어 있습니다.


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국내 최초의 Extradosed교 - 양평대교(사판식)

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국내최초의 사장외케이블 Extraosed교 - 평여2교


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교량의종류



나름대로 교량의 종류를 정리한 것입니다.
정리하고 보니 빠진것도 있고 조금 보완할 사항도 있습니다. 앞으로 차차 정리할 생각입니다.
아래 포스트의 이미지 및 내용은 출처만 남겨주신다면 자유롭게 퍼가셔도 됩니다만
전체를 긁어가셔서 블로그에 올리는건 좀 자제해 주세요...
내용을 개인 블로그에 보관하시려면 차라리 링크를 걸어주시기 바랍니다.
그리고 상업적으로 이용은 말아주세요


1. 교량의 정의와 구성
2. 교량의 상부구조
  2.1 지지조건에 따른 교량의 종류
  2.2 거더와 상판 연결상태에 따른 교량의 종류
  2.3 재료에 따른 교량의 종류
  2.4 교면의 위치에 따른 교량의 종류
  2.5 용도에 따른 교량의 종류
  2.6 상부구조 형식에 따른 교량의 종류

    (1) 슬래브교
    (2) 거더교
       ① T형교                                                 ⑤ PSC박스거더교
       ② 플레이트거더교                                    ⑥ PSC박스거더교 가설공법
       ③ 스틸박스거더교                                    ⑦ PSC빔교
       ④ 강상판형교
    (3) 트러스교
      
① 트러스의 정의와 트러스교                      ② 트러스의 종류
    (4) 아치교
       ① 아치교의 역사                                      ⑥ 구조계에 따른 분류(2)
       ② 아치의 정의와 구성                               ⑦ 아치리브 형식에 따른 분류
       ③ 아치교 일반                                         ⑧ 스팬드럴 형상에 따른 분류
       ④ 아치교의 분류                                      ⑨ 강아치교의 가설공법
       ⑤ 구조계에 따른 분류(1)                           ⑩ 콘크리트 아치교의 가설공법
    (5) 라멘교
    (6) 사장교
      
① 사장교의 정의와 구성                            ④ 횡방향 케이블 배치
       ② 주탑형상에 따른 분류                            ⑤ 사장교 보강형 형식
       ③ 종방향 케이블 배치
    (7) 현수교
       ① 현수교의 정의와 구성                            ② 주케이블 고정방법에 따른 분류
    (8) Extradosed교
       ① Extradosed교                                      ② 사재케이블 노출에 따른 분류

3. 교량의 하부구조
  3.1 교대
    (1)교대의 정의와 구성                                  (2) 교대의종류
 
3.2 교각
    (1)교각의 정의와 구성                                  (2) 교각의종류



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상부구조에 따른 교량의 종류(8)...현수교②(주케이블고정방법)



현수교는 주케이블 고정방법에 따라 타정식(earth-anchored)과 자정식(self-anchored)현수교로 분류됩니다.

① 타정식(earth-anchored) 현수교

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교량 시종점부에 별도의 앵커리지를 만들어 주케이블을 고정하는 방식입니다.
주케이블이 보강형에 직접영향이 없으므로 보강형에 축력등이 걸리지 않고 계산이 보다 간단(?)하다는 장점이 있습니다.
그러나 대규모 앵커리지를 시공하여야 하므로 미관이 좋지 않고 지반조건이 않좋은 경우 공사비가 비싼 경향이 있습니다. 현재 사용되는 거의 대부분의 교량에 적용되는 형식입니다.


② 자정식(self-anchored) 현수교
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주케이블을 앵커리지로 고정하지 않고 보강형에 직접 고정하는 방식을 말합니다.
주케이블의 장력이 그대로 보강형에 전달되므로 보강형의 거동이 복잡하여 설계가 조금 까다롭습니다.
그러나 대규모의 앵커리지가 필요없으므로 미관이 깔끔하다는 장점이 있습니다.
인천 영종대교에 적용된 형식입니다.


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타정식 현수교 - 광안대교

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자정식 형수교 - 영종대교



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상부구조에 따른 교량의 종류(8)...현수교①



현수교란 주탑(Tower) 및 앵커리지(Anchorage)로 주케이블(Main Cable)을 지지하고 이 케이블에 행어(Suspender또는Hanger)를 매달아 보강형(Stiffening Girder)을 지지하는 교량형식을 말합니다.
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현수교의 구성


현수교의 현수(懸垂橋는 매달을현, 드리울수)는 줄을 늘어뜨려 매단다는 뜻입니다.
주케이블을 늘어뜨려 양끝단을 고정시키고 주케이블에 수직부재(케이블)를 매달아 보강형을 지지하는 교량을 말합니다.
현수교는 여러가지 교량형식중 가장 긴 지간장에 적용되는 형식입니다. 세계 최장경간 교량은 일본의 아카시대교로 중앙경간 1991m의 타정식 현수교입니다.
또한 보강형을 수직으로만 지지하므로 사장교와 같이 보강형에 축력이 걸릴 염려가 없어 작은단면으로도 적용 가능합니다. 다만 보강형 강성이 작을경우 진동의 우려(타코마교 붕괴같은 일이 일어날수 있습니다.)가 있으므로 이에대한 검토가 필요합니다.
보강형의 형식은 트러스와 박스형태가 주로 사용되며, 주케이블의 고정방법에 따라 타정식(earth-anchored)과 자정식(self-anchored)현수교로 분류됩니다.

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광안대교 - 중앙경간 500m(국내최대)

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아카시대교 - 중앙경간 1991m(세계최대)


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상부구조에 따른 교량의 종류(7)...사장교⑤(보강형형식)



보강형의 종류는 적정 지간장, 케이블의 배치 방식, 간격, 정착부 설계방식 뿐만 아니라 해석기법 및 시공방법 등을 결정하므로 초기 계획단계에서 신중히 결정되어야 할 부분입니다. 사장교의 보강형은 크게 강거더, 강합성거더, 콘크리트거더 및 복합거더로 분류할 수 있습니다.

① 강거더

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강상판 상형, 강상판 판형

보강형이 강재로만 구성된 경우입니다. 콘크리트에 비해 자중이 가벼워 지간장을 길게 계획할수 있으나 케이블에 의한 압축력에는 약한관계로 주탑부 보강형의 좌굴이 문제될수 있습니다.
국내 사장교는 강거더 형식이 거의 대부분입니다.(돌산대교, 진도대교 등)

② 콘크리트거더
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PC상형, Edge거더

보강형이 콘크리트거더로 된 경우입니다. 압축에 강한 콘크리트를 사용하여 케이블에 의한 거더의 압축력에는 문제가 없으나 콘크리트 자중이 커서 장지간에 적용하는데는 조금 문제가 있습니다.
콘크리트박스형태는 올림픽대교에 Edge거더형식은 현재 시공하고 있는 제2돌산대교에 적용되어 있습니다.

③  강합성 거더
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강판형+슬래브, 강상판형+슬래브

강합성거더는 강거더에 콘크리트상판을 합성한 구조를 말하며 국내에는 서해대교에 적용되어 있습니다.

④ 복합거더
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측경간(PC상형), 중앙경간(강상판형 거더)

 복합거더는 측경간쪽에는 콘크리트거더를  중앙경간은 강거더를 배치한 형식입니다.
사장교를 계획하다보면 측경간쪽의 부반력(떠오르는 힘을 예기합니다.)이 문제가 되는 경우가 많습니다.
중앙경간에 차량등의 하중을 재하하면 그하중이 중앙경간쪽 케이블, 주탑, 측경간 케이블순으로 전달되어 의해 측경간쪽에 부반력이 생기게 됩니다. 이 부반력을 막기위해 거다내부에 콘크리트를 채워 무겁게 하거나 부반력을 잡기위해 앵커를 시공하기도 합니다. 하지만 복합거더를 사용하는 경우 이러한 부반력을 효과적으로 제어할수 있는 장점이 있어 장경간 사장교에 많이 적용됩니다. 세계1,2위인 타타라대교와 노르망디교도 이러한 복합거더 형식으로 시공되었습니다.

복합거더( 타타라대교) - 붉은 원 부분이 강-콘크리트 거더 접합부입니다.
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상부구조에 따른 교량의 종류(7)...사장교④(횡방향케이블배치)



① 1면 배치

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케이블을 중앙쪽에 배치한 형태를 말합니다.
1면 배치는 케이블 정착구가 외부에서 보이지 않아 외관이 깔끔하고 케이블 정착을 위해 추가적인 단면폭이 요구되지 않습니다.
그러나 보강형의 비틀림 거동에 대한 저항력이 약해 보강형단면의 비틀림 강성이 커야한다는 단점이 있습니다. 그래서 1면 배치시에는 보강형으로 비틀림 강성이 우수한 박스형이 주로 사용됩니다. 1면 배치시의 주탑형상은 I형과 A형 주탑이 주로 사용됩니다.


② 2면 배치
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케이블을 양쪽으로 배치한 형태를 말합니다.
2면 배치는 케이블 정착을 위해 교량 양쪽을 확폭해야 하며, 케이블 정착구가 외부로 드러나 미관이 조금 안좋다고 합니다.
그러나 보강형의 비틀림거동에 대하여 양면에 배치된 케이블이 저항을 하므로 비틀림 강성이 작은 보강형의 단면형태(Edge거더, 판형등)에도 적용이 가능합니다.
주탑형상은 주로 A형, H형, 다이아몬드형이 주로 사용됩니다.


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2면배치 - 돌산대교

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1면배치 - 어등대교


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상부구조에 따른 교량의 종류(7)...사장교③(종방향케이블배치)



케이블 종방향 배치에 의한 분류는 아래와 같습니다.

방사형(Radiating Type) 배치

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케이블을 주탑의 한점에서 연결하여 배치하는 형식으로 케이블의 경사각이 다른 배치에 비해 상대적으로크므로 연직하중에 대한 효율이 좋아 보강형의 축력을 줄일수 있습니다. 또한 주탑에는 휨모멘트에 대한 부담을 줄일수 있습니다. 그러나 주탑정부에 케이블이 집중되어 응력이 커지므로 정착구 설계가 힘들다는(케이블이 많아지면 불가능합니다.) 단점이 있습니다.

하프형(Harp Type) 배치
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케이블을 서로 평행하게 배치하는 방법으로 주탑에서 케이블 정착구 배치에 여유가 있으나 보강형의 압축력과 휨모멘트가 커지는 단점이 있습니다.




팬형(Fan Type) 배치

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방사형하프형의 중간 형태로 최근에 가장 많이 사용되는 형식입니다.




 

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하프형배치 - Alamillo Bridge

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방사형배치 - Stromsund Bridge


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팬형배치 - 돌산대교

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팬형배치 - 서해대교



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상부구조에 따른 교량의 종류(7)...사장교②(주탑의형상)



주탑의 형상은 아래그림과 같은 종류가 있습니다.
주탑의 형상은 케이블의 배치, 가설지점의 조건, 설계조건, 미관 그리고 경제성에 따라 보통 선정됩니다.
왼쪽부터 H형, 다이아몬드형, A형, I형주탑입니다.
아래 그림은 일반적인 형태일 뿐이며 이 외에 다른 형식도 많이 있습니다. 올림픽대교 주탑도 일반적인 형태는 아니지요...^^
보통 케이블 1면배치에는 I형과 A형이 보통 사용되며, 2면배치에는 A형, H형, 다이아몬드형이 주로 사용됩니다.

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주탑의 형상 - 왼쪽부터 H형, A형, 다이아몬드형, I형 주탑


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서해대교 - H형 주탑

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타타라대교 - 다이아몬드형 주탑

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돌산대교 - A형 주탑

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어등대교 - I형 주탑



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상부구조에 따른 교량의 종류(7)...사장교①



사장교(Cable-stayed Bridge)는 보강형(Stiffened girder)을 주탑(Pylon)에 연결된 사장 케이블(Stay-cable)로 지지하는 형식의 교량을 말합니다.
사장교는 사장 케이블의 인장강도와 주탑 및 보강형의 휨,압축강도를 효과적으로 결합시켜 구조적 효율을 높일수 있으며 케이블의 강성과 장력을 조절함으로써 보강형에 발생되는 휨모멘트를 현저하게 감소시킬 수 있어 경제적인 설계가 가능합니다.
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사장교의 구성


 이와 같은 사장교의 구조적인 효율성 이외에도 외관이 수려하고 주행시 비교적 개방감이 있으며 보강형의 구성형식, 주탑의 형상, 케이블 배치 등 설계 자유도가 많아 주변환경에 따른 변형이 용이합니다.
그러나 사장교는 부정정차수가 높아 구조해석에 어려움이 지적되었으나 컴퓨터 해석기법의 발달에 힘입어 다양한 형태로의 변형이 가능하게 되었으며 과거에 그래 온 것처럼 미래에도 비약적인 발전을 거듭할 것입니다. (실제 많은 발전이 있었습니다.)
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최초의 근대적 사장교 - Stromsund교

 몇몇의 선각자들에 의해서 스케치되어 그림의 수준에 머무르던 사장교가 교량의 형태로 처음 모습을 나타낸 것은 19세기에 들어서였는데, 초기 사장교는 성공하지 못하고 붕괴되었으며 그 이후 사장교를 건설하려는 몇 번의 시도도 마지막 단계에서 취소되거나 현수교로 변경되었습니다.
사장재는 나이아가라교나 브룩클린교 같은 현수교의 보조적인 수단으로서만 간간이 적용되다가 1956년 사장재만을 이용한 최초의 사장교인 Stromsund교가 완공되었습니다.
그 이후 사장교는 기술적인 발전을 거듭하여 오늘날 현수교와 더불어 중 장대 교량의 대표주자가 되었습니다.

사장교는 재료에 따라 강사장교, 콘크리트 사장교, 복합 사장교로 분류될수 있으며, 주탑의 형상에 따라 I형, H형, A형, 다이아몬드형으로 분류될수 있습니다.
또한, 케이블 종방향 배치에 따라 방사형(Radiating Type), 하프형(Harp Type), 팬형(Fan Type), 스타형(Star Type)으로 분류되며, 케이블 횡방향 배치에 따라 1면, 2면 사장교로 분류될수 있습니다.

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국내 최장사장교 - 서해대교(400m)

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세계 최장사장교 - 타타라대교(일본,890m)


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상부구조에 따른 교량의 종류(6)...라멘교



라멘이란 교량의 기둥과 보를 강결로 연결하여 외부 하중을 보와 기둥의 휨강성으로 저항하여 전체구조의 강성을 높인 구조를 말합니다.

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문형라멘교

교량에서의 라멘구조는 상부구조를 하부구조로 지지하는 대신 상부 및 하부구조를 강결로 연결하여 문형태로 구성한 구조를 이야기 합니다.
라멘교의 역학적 거동은 아치교와 비슷하며 지점의 구조에 따라 문형라멘교, π형라멘교, V각 라멘교 등이 있습니다. 또한 몇개의 경간을 연결시킨 연속 라멘교도 있습니다.
라멘교는 통상적인 거더교에 비해 형고를 낮출수 있어 주로 형하공간 확보가 필요한 도로의 횡단교량이나 하천통과 구간등에 적용됩니다.
또한 V각라멘등은 장경간 교량에 적용하기도 합니다.


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연속라멘교

 
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π형 라멘교



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π형라멘교 - 금평육교

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V각라멘교 - 청담대교


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상부구조에 따른 교량의 종류(5)...아치교⑩(콘크리트 아치교가설공법)



①지보공
접지식 지보공
접지식 지보공은 비교적 평탄한 지형의 중・소 경간의 콘크리트 아치교에 적용되며, 전면적에 지보공(동바리와 거푸집을 조합한 지보공도 포함)을 설치하고 아치리브 콘크리트를 현장 타설하는 공법이다.

· Center재 가설공법

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明池大橋 (CENTER재 가설공법)

Center재 공법은 접지식지보공을 적용하기 곤란한 산악지대나 하천통과구간의 중・소 경간의 콘크리트 아치교의 가설에 적용가능한 공법으로 아치리브 하면에 Center재(아치형상을 한 강재지보재로서 일반적으로는 아치 abut상에 pin받침인 2 hinge 아치구조로 되어있다)를  설치한 다음 이를 지보재로 하여 아치리브 콘크리트를 현장 타설하는 공법이다.
아치리브 콘크리트 폐합후 Center재를 철거하고 연직재,보강형을 시공하므로 아치리브는 자립에 필요한 강성이 필요하게 된다.


· 강재아치 선행공법(합성 아치공법)

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城地橋 (합성아치공법)

강재아치 선행공법은 콘크리트의 아치리브를 직접 타설하지 않고 먼저 콘크리트보다 가벼운 철골 혹은 강관을 아치로 가설한 다음 이동작업차등을 이용하여 양측의 아치abut 에서 크라운부를 향해 강재 아치를 콘크리트로 둘러싸 마감하는 공법이다.
강재 아치용으로 철골 부재를 사용하는 공법을 Melan공법이라 하고, 강관과 강관내부를 콘크리트 로 충진시킨 합성부재를 사용하는 공법을 합성 아치공법이라 한다.
강재아치 선행공법의 특징은 Pylon공법,Truss공법에 비해 가설재의 양이 적고, 강재아치가 선행 가설되므로 인해 아치리브 콘크리트 타설 시에 구조적으로 높은 안정성을 가짐과 동시에 계곡 양안의 조기 통행이 가능하고, 시공성이 양호한 점을 들 수 있다.


②캔틸레버 가설공법
아치교에 있어 캔틸레버 가설의 특징으로는 사장교나 PSC거더교의 형태로 교각 좌우양측에서 균형을 이루면서 동시에 가설되는 형태가 아니라 아치 지점부에서 크라운을 향해 캔틸레버식으로 가설된다는 것이다.  따라서, 아치 지점부가 앵커나 카운터 웨이트의 역할을 위해 기초의 자중을 확보할 필요가 있으며 최근에는 장대화에 수반하여 대단히 규모가 커지는 경향이 있다.

·Pylon 공법
Pylon공법은 아치Abut상의 연직재 또는 Pylon에 경사케이블을 설치하고 케이블에 의해 아치리브 콘크리트를 지지하면서 캔틸레버로 가설하는 공법이다.
아치리브의 콘크리트 타설은 이동작업차로 수 미터의 block을 제작 타설하고, 타설완료후에는 완료된 Block선단까지 작업차를 이동시킨후 다음 Block을 시공하는 것을 반복하여 아치리브를 완성시킨다.

·Truss 공법

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赤谷川橋 (TRUSS 공법)

트러스 공법은 아치리브상의 연직재(연직강재)와 보강형(수평강재)의 교점에 경사 Cable을 설치하여 아치리브를 결합시킨 캔틸레버 트러스 형태로 아치리브 콘크리트를 가설하는 공법이다.
캔틸레버로 가설시의 특징은 Pylon공법과 동일하고, 트러스 형성부분의 가설시의 강성은 Pylon 공법보다 크다.


·Pylon-Melan 병용 공법

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宇左川橋 (Pylon-Melan 병용 공법)

Pylon-Melan 병용 공법은 말 그대로 Pylon공법과 Melan공법의 병용공법으로 아치리브 전구간을 Pylon공법에 의해 캔틸레버식으로 가설하지 않고, 아치리브 단부 양측은 Pylon공법에 의해 캔틸레버식으로 시공하고, 중앙부는 철골(melan재)로 임시 폐합시킨다음 콘크리트를 덧씌워 완성시키는 공법이다.
Melan재를 병용하는 공법은 아치경간이 길어 Pylon공법으로 시공시 경사 cable의 경사각이 작아져 가설시 안정성이 감소되어 효율이 떨어져 비경제적이 되는 것을 해결하기 위해 고안된 공법이다.


·Truss-Melan 병용 공법

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別府明礬橋 (Truss-Melan 병용 공법)

그림 129. Truss・Melan 병용 공법도 Pylon・Melan 병용 공법과 동일한 형태로 트러스 공법과 Melan 공법의 병용 공법으로 아치리브 전구간을 트러스 공법에 의해 캔틸레버식으로 가설하는 것이 아니라 아치리브 양측에서 트러스공법으로 가설하다 중앙부에 와서는 철골(Melan재)로 임시 폐합시킨후 콘크리트로 마감시키는 공법이다.



③ 기타 특수 가설공법 (Lowering공법)

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倉橋 (Lowering공법)

Lowring 공법은 아치 Abut상에 아치리브 콘크리트를 연직으로 Climbing form등을 이용하여 시공한 다음 아치리브 선단부를 가설케이블로 결합 시키고, 가설케이블을 풀어 아치리브를 소정의 위치까지 강하시켜 크라운부 및 스프링잉부의 콘크리트를 타설 완료 시키는 공법이다.


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상부구조에 따른 교량의 종류(5)...아치교⑨(강아치교가설공법)



① 대블럭 가설공법
대블럭 가설공법은 공장 또는 현장에서 일체로 조립한 거더를 대형 운반기계와 가설기계를 이용하여 일괄적으로 가설하는 공법입니다. 공기단축이 가능하고 가설 중 구조적으로 불안정하게 되는 기간이 짧아 내풍, 내진 안전성이 높은 장점이 있습니다. 그러나, 대블럭방식은 플로팅 크레인 또는 대선이 가설지점에 진입 가능한 곳이어야 적용될 수 있습니다. 최근에 장대 강아치교 특히 해상에 가설하는 경우에는 이 공법이 주류를 이루고 있으며, 국내의 경우 백야대교, 저도연륙교, 통영대교, 서강대교 등의 가설에 본 공법을 적용하였다.

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백야대교 가설(F/C크레인 이용)

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서강대교 가설(바지선 이용)


② 벤트공법
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광주 유촌1교 가설 (벤트가설)

가설공법의 가장 일반적인 경우로 보강형 하부에 상부구조를 지지하는 벤트를 설치하여 보강형을 직접 지지하여 교량을 완성시키는 공법입니다.

형하고가 낮고 지반이 평평한 경우에 적용하는 것이 경제적이며 거더가 거의 응력을 받지 않는 상태에서 가설이 가능하며 곡선교나 사교에서도 적용이 용이하다는 장점이 있습니다.



③ 케이블공법
수심이 깊은 하천, 가교각을 설치할 수 없는 계곡 등에서 많이 사용하는 공법으로 양쪽 교대 또는 교각 위에 철탑을 세워 그 사이에 케이블을 걸쳐 놓고, 이 케이블로부터 로프를 내려 단위부재를 매달아 가설하는 공법입니다. 이때 단위부재를 운반하거나 조립하기 위해 케이블 크레인을 사용합니다. 가설지점의 지형상 벤트를 설치하기 어려운 경우, 형하공간이 협소한 경우 가능한 공법으로 국내에는 적용실적이 없는 것으로 알고 있습니다.
케이블 공법에는 경사매달기 방식과 수직매달기 방식이 있습니다.
 경사매달기 방식은 아치리브를 케이블로 직접 지지하여 시공하는 방식입니다. 동일한 지간에 대해 수직매달기 방식과 비교하여 가설기재가 적게 들어가는 장점이 있으나 중앙부의 폐합조정을 위한 특별한 조정장치가 필요합니다.
 수직매달기 방식은  가설용 철탑사이에 현수선을 설치하고 현수선과 아치리브를 행어로 연결하여 지지하여 가설한는 공법입니다. 경사매달기와 비교하면 가설기재는 약간 많이 드는 편이나 중앙의 폐합작업은 경사매달기 공법 보다 용이하다는 장점이 있습니다.

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케이블방식 경사매달기 공법

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케이블방식 수직매달기 공법


④ 회전공법

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회전공법이 적용된 모암고가교(교량하부는 경부고속도로)

주로 가설 교량하부에 도로가 있고 교통통제가 불가능하여 가설벤트를 설치할 수 없는 경우에 사용되는 공법으로  케이블공법에 비해 가설이 쉽고 단기간에 시공할 수 있습니다.
교량 상부구조를 일괄 제작하여 한 지지점을 축으로 회전 이동시켜 거치하며, 회전시 지지점의 변화가 없어 별도의 시공 단계별 구조 검토 없이 시공가능하다는 장점이 있습니다.
국내에는 경부고속전철상의 모암고가교에 이 공법이 적용되었습니다.


⑤ 압출공법

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바지선에 의한 압출공법이 적용된 Strasbourg교(프랑스)

아치교 전체나 일부를 제작하여 윈치 등을 이용하여 교축방향으로 압출시켜 거치하는 공법입니다.
수상에서 바지선을 이용한 압출방식과 보강형을 먼저 압출하고 압출완료 후 아치를 제작하는 방법 등이 있습니다.
국내에 시공실적을 없는걸로 알고 있습니다.




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상부구조에 따른 교량의 종류(5)...아치교⑧(스팬드럴 형상에 따른 분류)



충복식 아치교

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충복식 아치교아치리브 연단에 측벽을 두고 아치리브 위에 토사를 성토한 아치교로 강교에서는 고려될 수 없는 콘크리트 아치교 고유의 구조형식입니다.
충복식 아치교의 특징은 성토재의 영향이 크고 상로식 이외에는 불가능하다는 점에 있습니다. 또, 힌지식 아치의 사례도 있긴 하지만 고정식 아치가 적당합니다. 지간장은 로마의 Risorgimiento교와 같이 지간 100m의 충복 아치교의 사례도 있으나 대부분은 50m 이하로 계획합니다.  국내에도 화진포교(고성), 신리하교(강릉) 등이 있습니다.
이 형식은 일반 토공부와 같이 동일 구조로 연속적으로 도로단면을 형성할 수 있으므로, 신축이음이 필요 없고 배수설비도 간단하여 결과적으로 유지관리가 용이합니다.
최근에는 성토재로서 EPS (발포스티로폼)을 사용하여 성토자중을 줄이는 방법도 사용되고 있다고 합니다.

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충복식 아치교 횡단면도

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충복식 아치교 - Risorgimiento교(로마)



개복식 아치교
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구조물의 작용하중(자동차하중, 보행하중, 열차하중 등)을 직접 지지하는 수평부재, 이를 지지하여 하중을 아치리브로 전달하는 역할을 하는 연직부재 및 아치리브의 3가지 부재로 구성된 아치교개복식 아치교라 합니다.
충복식과 개복식은 스펜드럴이 막혔는가(충복식) 뚫렸는지(개복식) 여부에 따라 분류됩니다.
개복식 아치교는 가장 실적이 많은 아치교 형식으로 각종 형식의 아치교개복식 아치교로 시공되어 있습니다.
콘크리트 개복식 아치교는 소교량부터 지간장이 가장 긴 중국의 Wanxian교(425m)까지 분포되어 있습니다.

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개복식 아치교 - 중국의 Wanxian교(425m)


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상부구조에 따른 교량의 종류(5)...아치교⑦(아치리브 형식에 따른 분류)



Solid-Rib Arch

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Solid-Rib Arch는 단일한 부재로 아치리브를 구성한 것으로 아치리브가 날렵하여 미관이 우수합니다.
(부재가 간결해서 미관이 우수하다 하는데, 이건 개인차가 있습니다. 개인에 따라서는 브레이싱이 복잡한것이 더 미관이 우수하다고 하는 사람도 있습니다.).
지간이 긴 경우에는 단면이 커져 비경제적이므로 보통 Braced-Rib Arch를 사용합니다. Solid-Rib Arch는 주로 콘크리트 아치교에 사용된됩니다.(당연하겠죠..^^)

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Solid-Rib Arch - Russian Gulch Bridge



Braced-Rib Arch

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아치 지간이 길 경우 Solid-Rib Arch는 단면의 효율성이 떨어지므로 아치리브를 Brace로 보강하여 아치리브 강성을 증가시킨 형식입니다. 경제성 및 아치리브 강도가 크고 고정 아치교인 경우 지점부 처리가 용이하여 장지간의 아치교에 주로 사용되는 형식이지요. 보는 사람의 관점에 따라 다르겠지만 보통 Brace 부재가 복잡하게 교차하여 미관이 떨어진다고 합니다.

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Braced-Rib Arch - 일본 西海橋



Spandrel Braced Arch

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아치 복부(Spandrel)를 보강한 것으로 미관이나 강성측면에서는 Braced-Rib Arch와 비슷한 특징을 갖습니다. 지간 100m 이상에서는 거의 사용하지 않으며 아래 사진과 같이 같이 연속구조이고 FCM 공법을 이용할때는 유리하다고 합니다.



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Spandrel Braced Arch - Eads Bridge



Pipe Arch

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파이프 아치교아치리브나 기타 부재가 파이프 단면으로 된 아치교를 말합니다. 파이프 아치교는 국내에는 보도교에 다수의 시공실적이 있으나 도로교에는 아직 시공실적은 없는 형식입니다.(제가 알기론 그렇습니다.)  해외에는 1964년 완공된 Kaiselei Bridge(220m)와 1966년 완공된 일본의 松島橋(126m, 아래그림)등이 있습니다.
파이프는 아치부재로써 종래 박스거더 단면이나 I형 단면과 비교하여 압축, 비틀림에 대해 유리하며 등방성으로 단면 2차 반경이 크고, I형이나 박스형 단면에 비해 풍압계수가 작다는 장점이 있습니다. 또한 미관이 수려하고 내후성이 우수하며 유지관리가 편리합니다. 그러나 파이프 아치교에서는 부재의 접속상태가 복잡하고, 현장용접으로 부재를 연결해야 한다는 단점이 있습니다.

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Pipe Arch - 일본 松島橋


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상부구조에 따른 교량의 종류(5)...아치교⑥(구조계에따른 분류2)



랭거형(Langer Girder)

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랭거교는 고안자인 오스트리아의 Langer의 이름을 딴 것으로 아치리브 강성보다 보강형의 강성이 크고 수직재와 다른 부재와의 결합을 Pin 구조로 가정하여 아치리브가 주로 축력을 전담한다. 그러나 아치리브와 보강형의 접속부가 복잡하고, 로제 아치에 비해 아치리브의 강성이 작으므로 수직재(Hanger)의 간격이 좁아지는 단점이 있다. 50~200m까지 적용할수 있다고 알려져있다. Hanger를 수직재 대신 사재를 사용하는 교량은 트러스 랭거형(Truss Langer Girder)라고 한다.

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랭거아치교 - 동작대교



로제형(Lohse Girder)


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로제교는 <그림 27>과 같이 휨강성을 가지는 아치리브와 보강거더를 양단에서 연결하고 아치리브와 보강거더간을 양단힌지의 수직재로 연결한 구조이며, 랭거교와 타이드아치교의 중간적인 성질을 갖는다. 아치리브의 강성이 크기 때문에 랭거교에 비해 수직재 간격을 늘릴수 있으며 아치리브와 보강형의 접속부 연결이 용이하다.

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로제아치교 - 일본 泉大津大橋



닐센계(Nielsen System)
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Nielsen계는 스웨덴의 O.F Nielsen에 의해 제안된 교량형식으로 타이드아치, 랭거교, 로제교 등이 수직재를 Flexible한 사인장재 (Rod, 강봉) 및 Cable로 대신한 수직재를 Warren Truss형으로 조립한 교량을 총칭하여 Nielsen계 교량이라고 한다. 한강의 서강대교가 아치지간 150m로 대표적인 예이다. 닐센계 교량은 경사재가 교량의 전단변형 억제에 기여하여 일반아치교에 비해 처짐이 작으며 장경간에 유리한 구조이다.

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서강대교


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상부구조에 따른 교량의 종류(5)...아치교⑤(구조계에따른 분류1)



① 2힌지 아치교 (2-Hinged Arch Bridge)

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일반아치교에서 가장 폭넓게 사용되는 형식으로 미관 및 경제성이 우수하나 지반상태가 좋은곳에서 적용가능합니다. 아치리브를 트러스구조의 Braced Rib를 적용하였을 경우 300m 이상의 교량에도 적용가능합니다.


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Cold Springs Canyon Bridge

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부산대교


② 3힌지 아치교 (3-Hinged Arch Bridge)

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3힌지 아치는 2힌지 아치의 크라운에 힌지를 추가한 것으로 정정구조입니다. 그러나 교량의 중앙에 힌지를 설치하는 것은 힌지에서의 처짐이 과다해지고, 내구성이 저하되어 초기 아치교 이후로는 거의 사용되지 않는 구조입니다.


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High Bridge (미국)

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High Bridge의 내부힌지


③ 고정 아치교 (Fixed Arch Bridge)

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아치교로서는 가장 경제적인 형식이나 지점에서 수평반력 외에 고정모멘트가 크기 때문에 지지력이 양호한 지반에서만 적용 가능합니다. 다른형식에 비해 강성이 크므로 처짐량은 적으나 장지간의 아치교에서는 부가응력이 상당히 커지는 단점이 있습니다.
고정아치교는 지점을 힌지로 처리하기 곤란한 콘크리트 교에 주로 사용됩니다.

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Alexander Hamilton Bridge

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Arrabida Bridge (포루투칼)


④ 타이드 아치교 (Tied Arch Bridge)

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타이드 아치교아치리브에서의 수평반력을 Tie로 부담시켜 아치 지점부에서는 연직반력만이 전달됩니다. 따라서 수평력이 크게 작용하지 않아 지반상태가 양호하지 않은 곳에서도 적용가능한 형식입니다.
그러나 아치리브가 과대해지는 경향이 있어 경제성 측면에서 불리한 단점이 있습니다.

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한강대교

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워싱턴의 tied-arch교


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상부구조에 따른 교량의 종류(5)...아치교④(아치교의 분류)



아치교아치교의 구성요소인 상판, 스팬드럴, 아치리브등의 단면형식과 특성, 그리고 구조형식에 의해 분류할 수 있습니다.
아래 그림은 아치교의 분류를 나타낸 것입니다.(엄청 많죠? 여기 없는 것들도 꽤나 많습니다.)
①주행노면, ②아치리브의 지지상태, ③아치리브의 형상, ④보강형의 구조, ⑤보강형의 단면, ⑥바닥판 구조, ⑦현재 배치, ⑧사재 형상, ⑨사재의 특성으로 아치교를 분류하였고 ⑩은 ①~⑨를 조합한 것입니다.
여기서 a는 기본형식, c와 d는 응용된 형식입니다.

①주행노면위치에 따른 분류
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아치리브의 지지상태에 따른 분류
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아치리브의 형상에 따른 분류
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④보강형의 구조에 따른 분류
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⑤보강형의 단면에 따른 분류
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⑥바닥판 구조에 따른 분류
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⑦현재 배치에 따른 분류
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⑧사재 형상에 따른 분류
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⑨사재의 특성에 따른 분류
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⑩①~⑨를 조합
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상부구조에 따른 교량의 종류(5)...아치교③(아치교 일반)



아치교는 곡형 또는 곡트러스를 쪽을 상향으로 하여 양단을 수평방향으로 이동할 수 없게 지지한 아치를 주부재로 하는 교량입니다.
아치교는 지간 50~300m 이상의 교량에 광범위하게 적용될수 있으며 미관이 수려하여 예로부터 많은 사랑을 받았던 교량형식입니다.(저또한 사랑하고 있습니다.)

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하로아치교의 구성

아치의 힌지갯수에 따라 2-hinged arch, 3-hinged arch, Fixed-arch로 분류하며, 구조형식에 따라 로제아치, 닐슨아치, 랭거아치, 타이드 아치교등이 있고, 또한 아치리브의 형식에 따라 솔리드리브아치(solid rib arch), 브레이스드리브아치(braced rib arch), 파이프아치(pipe arch), 부수아르아치(voussoir arch)등이 있습니다.

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상로아치교의 구성



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하로아치교-한강대교

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상로아치교-가천교


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상부구조에 따른 교량의 종류(5)...아치교②(아치의 정의와 구성)



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 먼저 아치의 정의에 대해 알아봅시다. 아치는 곡선으로 된 부재를 의미하는데, 구조공학에서 정의하는 아치는 형태가 원호로 되어 있는 부재의 전부를 의미하는 것은 아닙니다.
아치의 역학적인 정의는 원호 형상의 보가 양단에서 단순지지 되어 있고, 지점이 수평방향으로 구속된 것을 말합니다.(수평방향으로 구속.. 중요합니다.)
휘어진 보를 단순보와 같이 지지시킨 보와 역학적으로 다른 점은 수평방향 구속력에 있습니다.
수평반력은 휘어진 아치의 부재에 휨모멘트와 함께 축력을 주게 되는데, 수평반력으로 인해 발생하는 휨모멘트는 하중에 의해 발생하는 휨모멘트를 없애도록 거동하므로 이상적인 아치부재에서는 축력(압축력)만 발생하게 됩니다.
아치교는 이러한 아치부재를 주부재로 이용한 교량을 말합니다.

일반적인 아치교량의 구성은 아래그림과 같이 상판, 스팬드럴(Spandrel), 아치리브, 스프링잉(Springing)등으로 구성됩니다.

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상판은 직접 차량등의 상부하중을 부담하는 구조로 거더의 바닥판과 같은 역활을 하겠지요..
스팬드럴은 상판과 아치리브 사이의 공간을 지칭하며, 주로 수직재가 설치되어 상판의 하중을 아치리브로 전달하게 됩니다.
아치리브는 아치교의 주부재로 스팬드럴 내의 수직재등으로 전달된 상판의 수직 하중을 압축력으로 부담하여 지반에 수평력으로 전달하는 구조를 말합니다. 아치리브의 중심선을 아치축선이라 하고, 아치축선의 정점을 크라운부라고 한다. 또한 아치의 양끝 지점부를 스프링잉(Springing)이라 하며, 이 스프링잉을 연결하는 직선과 아치크라운부와의 연직거리를 아치 라이즈(Rise)라고 합니다.
(앞으로도 자주 나올겁니다. 잘 기억해주셔야...^^)

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상부구조에 따른 교량의 종류(5)...아치교①(아치교의 역사)



드디어 아치교로 넘어왔습니다.
아치교에 대한 포스트는 예전에 정리했던 Bridges of SKEC의 자료를 편집해서 올립니다. (아끼고 아끼던 내용인데...^^)

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자연이 만든 아치, 미국 아치국립공원

아치교는 교량형식중 가장 긴 역사를 가지며, 인간에게 가장 친근한 교량형식입니다.
아마도 인간은 자연으로부터 아치의 원리를 배웠을 것입니다. 수 천, 수 만년 동안 비바람을 견디면서 자연이 만들어낸 아치는 구조적으로도 매우 이상적일 뿐만 아니라 그 곡선의 자연스런 아름다움으로 사람들의 사랑을 받아왔습니다. 인류가 최초로 아치를 사용한 흔적은 인류문명이 발생하기 시작한 기원전 4000년 경 티그리스, 유프라테스 강 유역의 메소포타미아 지방에서 찾을수 있는데, 완전한 형태의 아치 구조는 에트루리아 건축과 그것을 이어받은 로마 건축에서 널리 일반화되어, 고대 이집트・그리스의 상인방식(上引枋式 ; 기둥과 대들보로 이루어진 구조) 구조와 함께 석조건축의 2대 기본형식이 되었습니다.

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Mycenaean bridge(그리스)

현재 알려진 가장 오래된 아치교는 기원전 1800년 경에 가설된 Nimrod교(이라크)이며, 현존하는 아치교는 기원전 1300년경에 축조된 Mycenaean bridge(그리스)로 아직까지 공용중입니다. 이후 1779년 최초의 철제 아치교인 영국의 Iron Bridge가 건설되고, 19세기 말 무렵 콘크리트 아치교가 등장하면서 아치교의 지간장은 점점 늘어나게 되었습니다.
이후 랭거아치, 닐센아치 등 보강아치가 탄생되었고, 설계 및 시공기술의 발전으로 지간장은 더욱 증가하여, 1977년 건설된 세계 최장 아치교인 미국의 New River Gorge Bridge (아치지간 518m)와 콘크리트 아치교중 최장인 중국의 Wanxian Bridge(1997, 아치지간 425m)등이 그 위용을 자랑하고 있습니다.

아치교는 구조적 효율성과 미려한 곡선의 아름다움으로 고전과 현대의 미를 동시에 지니고 있어 많은 사람들의 사랑을 받아왔으며, 앞으로도 설계기법, 부재 재료, 가설공법의 발전으로 더욱 아름답고 구조적 효율성이 높은 아치교가 계속 만들어질 것입니다.
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최초의 철재아치교인 Iron Bridge(영국)

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New River Gorge Bridge (미국)


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헉헉... 숨차다.. 잠시쉬자...



무슨바람이 들었는지... 3년 넘게 방치하던 교량의 종류를 완성시키겠다는 일념하나로 열심히 포스트를 올리고 있다.
뭔 교량의 종류가 이리 많은지... 이제 절반 한거같은데... 아직도 갈길이 멀다.
특히 아치교에서 많은 시간이 소요될것 같다.

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머지않아 Extradosed교 까지 끝내면 드디어 교량의 종류가 완성된다.(위의 트리를 생각한게 2001년도니까 거의7년만에 여기까지 온것 같다.)
아마도 해가 바뀌기 전까지는 완료할수 있을것 같은데...^^
포스트를 쓰면서 생각한건데 이렇게 교량에 종류에 대해 정리한 책이나 글을 못본것 같다.
우리나라 교량공학의 역사가 100년이 넘었거늘... 이런것 조차 정리가 안됐다니.. 좀 의아할 따름이다.

뭐 어딘가에 있을지도 모르지만 '내가 최초다'라는 마음가짐으로 정리해 나갈 생각이다.
그리고 머리속에만 있던 것들을 정리할수가 있어서 나름대로 장점도 있는것 같다.

그리고 이번엔 그림에 신경을 쓰고있다. 캐드에서 3D모델링 해서 재질 입히고 렌더링 해서 그림을 그리고 있는데... 내 기준으로는 도면보다 눈에 더 안들어오는것 같다.
그래도, 초보자들이 보기엔 더 좋지 않을까 싶어 오늘도 밤에 혼자 사무실에 남아 노가다를 하고있다.
나름대로 스케일도 맟추고 정밀하게 하려고 노력중인데... (심지어는 볼트하나까지...^^) 괜찮을지 모르겠다.

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아무튼, 이제 얼마 안남았다. 힘내자 썬로드!!!

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상부구조에 따른 교량의 종류(4)...트러스교②(트러스의 종류)



1. Warren트러스

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상로의 단지간에 사용. 지간 60m정도까지 적용

2. Howe트러스
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사재가 만재하중에 의하여 인장력을 받도록 배치한 트러스
 
3. Pratt트러스
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사재가 만재하중에 의하여 인장력을 받도록 배치한 트러스 상대적으로 부재길이가 짧은 수직재가 압축력을 받는 장점이있다. 보통 45 ~ 60m에 적용

4. Parker트러스
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Pratt트러스 상현재가 아치형의 곡선인 경우, 보통 지간 55 ~ 110m에 적용

5. K트러스
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외관이 좋지 않으므로 주트러스에는 사용않함. 2차응력이 작은 이점이 있다. 보통지간 90m이상에 적용



6. Baltimore트러스
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Subdivided(분격) 트러스의 일종으로 90m 이상의 지간에 적용한다.


수학자 중에 트러스교에 대해 이런것도 하는 사람이 있다고 하네요...

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상부구조에 따른 교량의 종류(4)...트러스교①



먼저 트러스란 무엇인가에 대해 알아봅시다.
트러스(Truss)는 몇 개의 직선 부재를 한 평면 내에서 연속된 삼각형의 뼈대 구조로 조립한 것을 말합니다.

트러스 구조를 성립시키기 위해서 몇가지 가정을 합니다.
 ① 트러스 부재의 연결은 핀으로 연결되어 모든 부재는 축력만을 전달한다.
 ② 모든 하중과 반력은 트러스격점에 재하된다.
 ③ 모든부재는 직선이며 격점은 해당부재의 교차점에 위치한다.
 ④ 트러스의 축방향 변형은 미소하여 전체 구조에 영향을 주지 않는다.

 

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위의 가정을 만족하도록 만든 트러스 모형을 보며 트러스의 거동을 더욱 자세히 살펴봅시다.
옆의 트러스 모형에 연직방향으로 하중을 주면 아래그림처럼 변형이 될겁니다.
휘어진 곳은 압축을 받는 부재이며, 휘어지지 않은곳은 인장을 받는 부재입니다. 부재가 휘어진 것은 휨이 전달되어서가 아니라 압축에 의한 좌굴입니다.
상현재(상부에 있는 부재)는 인장을 받고, 하현재(하부에 있는 부재)와 사재(대각으로 위치한 부재)는 압축을 받는 것을 알수있습니다.
하지만 실제 트러스교의 거동은 이러한 가정을 만족하지 않으며 부재간의 연결도 볼트연결로 휨이 전달되는 구조로 되어 있습니다.
그럼에도 불구하고 이렇게 가정하는 이유는 수계산이 가능하도록 하기 위함일 겁니다. 하지만 요새는 컴퓨터의 발달로 이러한 가정을 하지 않아도 구조계산을 수행할수 있습니다.

트러스교는 바로 이러한 트러스를 주부재로 한 교량이며 트러스교의 구성은 아래 그림과 같습니다.
(볼트까지 그리느라고 조금 힘들었는데.. 줄여놓고 보니 잘 안보이네요..-.-;;)

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트러스교의 구성


현재(상,하현재)와 수직재, 사재를 합쳐 주트러스(Main Truss)라고합니다.
바닥판은 가로보와 세로보의 격자구조로 지지하며 바닥판 하중은 이 격자구조를 통하여 주트러스에 전달됩니다.
트러스교는 60~200m의 중장경간 교량에 적합하여 예전에는 많이 사용되었으나 부재구성이 복잡하고 가설비가 비싸며 유지관리비가 많이 들어 최근에는 그리 사용되지 않습니다. 그러나 트러스는 강성이 크고 내풍안전성이 좋아 최근에는 주로 장대교량의 보강형(영종대교, 세토대교등)으로 많이 사용됩니다.

트러스트러스의 형상에 따라 Warren트러스, Howe트러스, K트러스, Pratt트러스, Parker트러스, Baltimore트러스등이 있습니다.

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한강철교 - Warren트러스

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영종대교 보강형 - 수직부재가 있는 Warren트러스



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상부구조에 따른 교량의 종류(3)...거더교⑧(PSC빔교)



PSC빔교는 I형의 프리스트레스 콘크리트 거더 위에 교량 슬래브를 얹은 형태의 교량으로 주로 20~40m의 단지간에 많이 적용되는 교량입니다.
다른 거더교에 비해 공사비가 저렴하여 그리 긴 지간장이 필요없는 경우에 많이 사용됩니다.

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PSC빔교의 구성


공사비가 저렴하다 보니 민자도로는 거의다 PSC빔으로 많이 설계하더군요..--;;
PSC빔교는 30m 지간에서 형고가 보통 2m 정도로 형고가 다소 높은 편인데 하부에 도로가 있거나 해서 형하공간을 확보하기 PSC빔교에 비해 형고를 낯춘 교량들이 있습니다.
Preflex교(약간 개념을 다르지만 PSC빔교에 포함시켰습니다.), IPC거더교, SPC거더교, e-Beam같은 교량들이 그것인데요...
이 모든 교량들이 기본적으로 콘크리트 거더에 프리스트레스를 주는 개념은 같습니다. 다만 프리스트레스를 주는 방법에 조금씩 차이가 있습니다.

Preflex교의 경우 강재빔에 미리 하중을 주어(Preloading) 변형을 시킨후에 콘크리트를 타설하여 콘크리트에 프리스트레스를 도입하는 개념입니다. PSC빔교에 비해 형고가 작아 형하공간에 제약이 있는 곳에 많이 가설됩니다.(주로 고속도를 횡단하는 교량에 많이 가설됩니다.)

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Preflex교




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상부구조에 따른 교량의 종류(3)...거더교⑦(PSC박스거더교가설공법)



PSC박스거더교는 가설 방법에 따라 FSM, ILM, MSS, FCM, PSM 등으로 나눌수 있습니다.

1. F.S.M. (Full Staging Method)
 FSM(동바리공법)은 콘크리트를 타설하는 경간 전체에 동바리나 벤트를 설치하여 타설된 콘크리트가 소정의 강도에 도달할 때까지 콘크리트의 자중 및 거푸집, 작업대등의 중량을 동바리나 벤트가 지지하는 방식으로 PSC콘크리트 가설 공법 중 가장 일반적인 공법입니다.

FSM공법은 다른 공법에 비해 특수한 거푸집 장비가 필요 없어 비용이 저렴하고 비교적 간편한 장점이 있습니다.
FSM공법은 교각이 높지 않고 평탄한 지형에 적용하며 반대로 교각이 높거나 강이나 바다를 통과하는 구간은 동바리나 벤트 설치비용이 과다하기 때문에 사용하지 않습니다.

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FSM공법 시공순서


2. I.L.M. (Incremental Launching Method)
ILM(압출공법)은 교대측에 거더 제작장을 만들고, 10∼30m의 블록으로 분할하여 콘크리트를 이어쳐서 교량 거더를 제작하여, 압출장치에 의해 박스거더를 다음 교각으로 밀어내는 공법입니다.

거더를 제작장에서 만드므로 품질관리가 용이하고, 하부지형에 영향을 받지 않아, 주로 높은 교각이나 강이나 바다를 통과하는 구간에 적용됩니다.
다만 직선이나 원곡선부에만 적용이 가능하며, 제작장 비용이 많이 소요되기 때문에 연장이 800m ~ 1000m이상 되어야만 경제성이 있습니다. 또한 FSM에 비하여 강연선이 많이 소요됩니다.

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ILM 시공순서


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FSM 시공전경

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ILM 시공전경


3. M.S.S.(Movable Scaffolding System)
MSS(이동식지보공)은 지상의 동바리를 없애는 대신 거푸집이 부착된 특수 이동식 지보인 비계보 와 추진보를 이용하여 교각위에서 이동하면서 교량을 가설하는 공법으로 주로 50~60m 지간에 적용합니다.

MSS는 Main girder를 교각상에 놓인 지지 Bracket에 거치하고, Main girder 위에 거푸집 을 얹어 콘크리트를 타설하고, 타설된 콘크리트가 소정의 강도에 도달하면 PC강재를 이용 하여 프리스트레스를 도입한 후, 거푸집을 이탈시켜 지지 Bracket 위의 이동 장비에 의해 다음 경간으로 이동하여 시공합니다.

ILM이나 FCM에 비해 강선이 적으며 하부지형에 영항을 받지 않고 시공할수 있으며 교각이 높을수록 경제적입니다. 그러나 MSS장비 비용이 많이 소요되어 경간수가 작고 연장이 짧은 경우는 비경제 적입니다.

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MSS 시공순서


4. F.C.M. (Free Cantilever Method)
FCM(캔틸레버 공법)은 동바리(지보공)없이 교각 위에서 양쪽으로 한 SEG(주로 3~4m)씩 콘크리트를 쳐서 프리스트레스를 도입하고, 이 부분을 지지점으로 하여 순차적으로 한 SEG씩 이어 나가는 공법입니다.
교각을 중심으로 양쪽 캔틸레버 끝부분에 이동식 거푸집( Form traveller,F/T)을 설치하고, 여기서 콘크리트를 타설하여 시공합니다. 작업은 양쪽 캔틸레버에서 동시에 이루어지며 SEG완성후 완성된 부분으로 이동 거푸집을 이동시켜 다음 SEG를 시공합니다. 이작업을 반복하여 최종적으로 지간 중앙에서 폐합시켜 양쪽 캔틸레버를 연결합니다.

FCM은 별도의 동바리(지보공)이 필요없어 깊은계곡, 하천, 바다, 시내구간등에 적용하며 주로 100m이상의 장지간의 교량에 사용됩니다.
MSS에 비해 장비비용이 조금 적으나 캔틸레버 상태로 시공되므로 강연선이 많이 소요되며, 시공중 처짐등을 고려하여 캠버관리를 실시하여야 합니다.
우리나라에는 원효대교에 최초로 적용되었습니다.

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FCM 시공순서


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FCM 시공전경

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MSS 시공전경


5. P.S.M (Precast Segment Method)
PSM은 일정한 길이로 분할된 상부 부재인 Segment를 제작장에서 제작하여 가설 현장으로 거치한 후 강선을 인장하여 상부 구조를 완성하는 공법입니다.
Segment를 이동 및 거치하기 위하여 대규모의 장비와 제작장이 필요하며 비용이 과다하여 경간수가 적은 교량에는 적용하지 않습니다. 하지만 대규모 교량인 경우 공기를 단축할수 있어 보통 1,000m 이상 교량에 주로 사용됩니다.
PSM 방식에 의한 교량 상부 공사는 현장에서의 동바리 및 거푸집 철근 작업을 최소화하므로 주위 환경을 해치는 범위를 축소하고 가설 공기를 단축하여 공사비를 줄이는데 큰 이점이 있습니다.

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PSM 시공순서


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PSM시공전경 - 서해대교

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PSM시공전경 - 서울 내부순환도로


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교량은 단순히 건너가는 것이 아니라 사람과 사람을 연결하는 도구입니다. 공학적으로 어쩌구 저쩌구 보다는 일상생활에서 접할수 있는 쉽고 재미있는 "다리"를 이야기합니다.

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