일체형 교대 교량 파일-교대연결부의 균열특성 및 구조성능 개선방안 연구

Abstract

최근 늘어나는 교통량과 노후화로 인한 많은 문제를 발생시키고 있는 조인트 교량에 비해, 유지관리 비용이 저렴하고 시공이 간편한 일체형교대교량의 시공 사례가 늘어나고 있다. 북미와 유럽에서는 10,000개 이상의 일체형 교대교량이 사용중에 있으나(Arockiasamy et al. 2004) 국내에서는 시공 사례가 적을 뿐만 아니라, 이에 대한 연구도 미미한 실정이다. 일체형 교대 교량은 조인트를 제외하고 교대와 상부구조물을 일체형으로 시공한 교량을 말한다. 기존의 조인트 교량은 신축이음장치의 차량 충격에 의한 파손과 이를 통한 누수 및 제설제의 침투로 교좌장치의 작동 불능, 잦은 파손으로 인한 교통 장애와 보수비용의 증가, 신축이음장치 및 교좌장치의 설계/시공으로 인한 시설비용의 증가, 상부구조와 하부구조의 연결부에서 지진하중, 풍하중에 대한 횡방향 저항성 취약 등의 문제점을 노출시켜 왔다. 그러나 일체형 교대교량은 신축이음장치의 제거를 통해 이러한 문제점을 개선할 수 있다. 하지만 이러한 일체형 교대 교량은 반복적인 온도하중에 따른 토질과 파일의 상호작용에 의해 파일-교대 연결부에 발생하는 균열이 문제점으로 지적되어 왔다. 미국과 유럽에서는 많은 연구가 진행되어 일체식 교대 교량의 거동 및 설계특성을 파악하고 이를 활용하여 설계를 시도하고 있으나 국내의 도로교설계기준 (2012)에서는 아직 일체식 교대 교량의 설계 지침에 관한 언급이 전무한 실정이며 1980년에 발간된 미국 FHWA Technical Advisory T 5140.13 (1980)의 추천사항에 대한 언급만 되어있다. 따라서 본 논문에서는 일체형 교대교량의 설계와 연구의 진행에 도움이 되고자, 일체형 교대 교량에서 발생 가능한 균열의 형상을 예측하고 균열 발생을 저감하기 위한 철근 상세 또는 연결부 상세를 제안하였다. 또한, 교대-파일 연결부 보강에 효과적인 것으로 확인된 나선 철근 형상의 변수연구를 통해 주요 변수를 확인하였다. 제안된 연결부는 크게 교대 자체의 강성을 높이는 방법과 강성을 줄이고 일정량의 변위를 허용하는 방법을 사용하였으며 강성을 높이는 방법에는 연결부에 나선 철근을 삽입하는 것이 효과적으로 확인되었으며 강성을 줄이고 일정량의 변위를 허용하는 방법에는 지중에 삽입되는 H 파일의 플랜지를 감소시키는 방법과, 변위를 허용하는 연결부가 일체식 교대교량의 균열방지에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 제안된 연결부는 교대로부터 전달되는 상부구조물의 반력을 감소시켜 상부구조의 내구성 및 구조건전성도 함께 향상시키는 것으로 확인되었다.