소수 거더교

왜 배우는가: 소수 거더교는 주거더 수를 줄여 상부 공사비와 유지관리 부담을 낮추는 대표적인 강판형교 형식이라 실무 설계에서 자주 쓰인다. 횡지지가 부족하고 U형 단면으로 거동하는 특성이 횡좌굴과 피로 문제로 이어지므로 구조 특성과 설계 문항으로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제120회 4교시 4번, 제111회 1교시 7번, 제98회 4교시 4번, 제68회 3교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

소수 거더교는 주거더 수를 줄이고 바닥판과 합성 작용으로 하중을 지지하는 강판형교이다.

핵심 키워드

• 소수주형
• 판형교(플레이트거더교)
• U형 단면 거동
• 수직보강재
• 횡좌굴
• 합성거더
• 횡지지 부족
• 피로 민감 상세

위 키워드는 답안 서론과 구조 특성 설명에 공통으로 들어가야 하는 용어다. 특히 소수주형과 판형교는 같은 대상을 가리키므로 두 용어를 함께 쓰면 채점 연결이 쉽다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 주거더가 몇 개 없는 판형교다. 다주형 거더교는 거더를 많이 배치하여 하중을 나눠 받는다. 소수 거더교는 거더 하나가 맡는 하중이 커지는 대신 거더 수와 연결 부재가 줄어든다. 그래서 구조가 단순하고 경제적이지만, 하중 분배와 횡 방향 안정성을 따로 확보해야 한다.

정식 정의는 다음과 같다. 소수 거더교는 주거더를 적게 배치한 강판형교로, 바닥판이 주거더 상부 플랜지와 전단연결재로 결합하여 합성거더 작용을 하는 형식이다. 주거더 수가 적으므로 한 거더당 분담 하중이 크고, 거더 간 횡 방향 분배가 설계의 핵심이 된다.

실무에서 주거더는 적은 수로 배치한다. 주거더는 바닥판에서 받은 하중을 교대와 교각으로 전달하는 주부재다. 합성거더는 바닥판과 거더가 일체로 거동하도록 전단연결재로 묶은 단면을 말하며, 합성 효과로 단면의 휨 강성과 강도가 커진다.

반관통 형식은 바닥판을 두 주거더 사이 또는 하부 플랜지 위에 올려 단면이 U자 형태를 이룬다. 이 형식은 교차가새를 달기 어려워 거더에 수직보강재를 설치하여 좌굴을 막는다. 이 거동을 U형 프레임 거동이라 부른다.

횡좌굴은 압축 플랜지가 옆으로 밀리면서 단면이 비틀리는 현상이다. 횡지지 간격이 길고 거더가 높고 좁을수록 발생하기 쉽다. 소수 거더교는 거더 간 연결이 적어 횡지지가 약하므로 이 현상을 먼저 점검해야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

교량 경간이 커지면서 압연형강만으로는 높이와 단면 크기에 한계가 생겼다. 플레이트거더는 강판을 용접하여 필요한 높이와 두께를 맞출 수 있으며, 경간 10m~100m 이상까지 적용된다. 그래서 기성 형강보다 설계 하중에 맞춘 판형 단면이 보편화되었다.

철도교와 도로교에서는 건설깊이, 즉 차량 하면에서 교량 하면까지의 거리를 줄여 통행 높이를 확보하려는 요구가 컸다. 반관통 형식은 바닥판을 주거더 하부 쪽에 두어 이 요구를 만족한다. 건설깊이가 작으면 장애물 처리에 따른 노면 높이 변화도 작아진다.