가동받침 이동량

왜 배우는가: 가동받침 이동량은 교량 가설과 유지관리에서 받침 위치 불일치와 받침 파손을 막는 기준이다. 1교시 용어 문제와 4교시 계산·도해 문제에 반복해서 나오는 개념이다.

출제 이력: 제116회 1교시 9번, 제96회 4교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 가동받침 이동량은 온도 변화·건조수축·크리프로 상부구조가 움직이는 수평 변위를 받침 중심 기준으로 정한 설계 이동량이다.

핵심 키워드

• 가동받침
• 이동량
• 온도 변화
• 건조수축
• 크리프
• 회전 이동량
• 받침 중심 조정
• 신축이음

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 다리 상판은 낮과 밤, 계절에 따라 길이가 변하고 세월이 지나며 조금씩 줄어든다. 이 길이 변화를 받침이 미끄러지거나 회전해서 흡수해야 하므로 가동받침에는 그만큼의 이동 여유가 필요하다.

정식으로는 가동받침이 수평 이동과 회전을 허용하는 받침이다. 이동량은 상부구조 끝단이 설계 수명 동안 움직이는 수평 변위의 설계값이다. 교량 내진설계기준(한계상태설계법)(KDS 24 17 11)은 온도 변화, 콘크리트 건조수축, 크리프 등을 고려해 이동량을 구하도록 한다.

온도에 의한 이동은 선팽창계수에 온도 범위를 곱해 구한다. 보통지방의 온도 범위는 -5~+35℃로 주어지고, 콘크리트 선팽창계수는 1.0×10⁻⁵/℃로 둔다. 온도가 오르면 거더가 늘고 내리면 줄어들기 때문에 상하 방향 이동 폭을 모두 확보해야 한다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 온도 변화에 따른 이동: 온도 변화량과 선팽창계수로 구하는 신축량이다.
• 건조수축: 경화 후 수분이 빠지며 생기는 체적 감소다. 프리스트레스를 준 뒤에도 계속 진행된다.
• 크리프: 지속하중 아래에서 시간에 따라 변형이 늘어나는 현상이다. 크리프 계수로 표시한다.
• 회전 이동량: 거더 단부가 처짐으로 회전할 때 받침 상면이 회전중심과의 거리만큼 수평으로 움직이는 양이다. 거더의 중립축에서 받침 회전중심까지의 거리에 회전각을 곱해 구한다.

이동량은 상부구조 기준으로 정하며, 상부받침과 하부받침의 중심이 어긋나 있으면 실제 여유가 줄어든다. 따라서 설치 시 상·하부 받침 중심을 이동량만큼 엇갈리게 맞추는 조정이 필요하다.

3. 등장 배경과 필요성

PSC 거더교는 프리스트레스를 도입하면 콘크리트가 압축되고, 이후 건조수축과 크리프로 길이가 계속 줄어든다. 도입 시점이 가설 시점보다 빠르면 가설 후에도 줄어드는 양이 남는다. 이 남은 변형이 가동받침의 이동 여유를 소진시킨다.

이동 여유가 부족하면 받침 밀림, 받침 단부 콘크리트 파손, 신축이음 손상, 교좌장치 전도로 이어질 수 있다. 설계 단계에서 온도 이동과 장기 이동을 합산해 이동량을 확보해야 하는 이유다.

시공 단계에서는 상부 거더를 받침 위에 올린 뒤 받침이 고정되면 그 이후 발생하는 변형만 받침이 흡수한다. 그래서 가설 시점에 이미 끝난 건조수축·크리프와 아직 남은 양을 구분해야 한다. 건조수축 저감계수 0.6 은 가설 시점의 잔류 수축을 줄여 계산할 때 쓴다.

고정 이후 발생하는 변형이 가동받침 이동량 산정의 대상이다.

이 항목은 설계와 시공 양쪽에서 점검하는 항목이라 실무 경력자도 누락하기 쉽다. 답안에서는 원인별 이동량을 나누어 쓰고, 합산 방식과 가설 시점 조건을 함께 적어야 점수를 얻는다.

4. 구성요소·원리·절차

가동받침의 이동량은 상부 거더가 온도변화, 건조수축, 크리프로 길이 방향 변위를 일으키고, 받침이 그 변위를 흡수할 수 있도록 정하는 설계량이다. 이동량은 거더 중심(중립축)을 기준으로 산정하고, 받침 중심을 그 값만큼 조정해 설치한다. 이 절은 세 요인의 원인과 변위 형태를 구분하고, 합산 절차를 정리한다.

표의 온도변화는 방향이 바뀌고, 나머지 세 요인은 한 방향으로만 일어난다. 따라서 온도 변위는 설치 기준온도 위아래로 대칭이고, 수축 변위는 설치 시 미리 반대 방향으로 오프셋을 둬야 한다. 이 차이가 설치 조정량 계산의 출발점이다.

거더 길이 L, 선팽창계수 \alpha, 온도변화량 \Delta T일 때 온도 변위는 다음과 같다. 중심 기준으로 한쪽 끝의 변위는 L/2 길이에 대해 계산한다.

$\delta_T=\alpha\,\Delta T\,\frac{L}{2}$

여기서 \alpha는 선팽창계수(/℃), \Delta T는 기준온도로부터의 온도변화(℃), L은 지간장(m)이다. 건조수축 변위와 크리프 변위는 다음과 같이 쓴다.

$\delta_{sh}=\varepsilon_{sh}\,\lambda\,\frac{L}{2}\qquad \delta_{cr}=\varphi\,\varepsilon_{el}\,\frac{L}{2}$

여기서 \varepsilon_{sh}는 건조수축 변형률, \lambda는 건조수축 저감계수, \varphi는 크리프 계수, \varepsilon_{el}은 고정하중에 의한 탄성 변형률이다. 받침 회전에 따른 수평 변위는 회전각 \theta와 중립축에서 회전중심까지의 거리를 고려해 산정한다.

절차는 다음과 같다.

• 설계 온도범위와 설치 기준온도를 정한다. 보통지방 온도범위는 -5~+35℃를 쓴다.
• 온도 변위 \delta_T를 양방향(고온·저온)으로 구한다.
• 건조수축 변위 \delta_{sh}를 구하고 저감계수를 적용한다.
• 크리프 변위 \delta_{cr}를 구하고, 고정하중 작용 시점 이후만 고려한다.
• 수축·크리프 변위를 고정단 방향 한쪽으로 합산하고, 온도 변위는 양방향으로 둔다.
• 합산값을 받침 중심 오프셋으로 정하고 상·하부받침 중심선에 표시한다.

온도 변위는 양방향, 수축·크리프 변위는 한 방향으로 합산해 오프셋을 정한다

5. 관련 법령·기준·표준

이동량 산정의 근거는 교량 내진설계기준(한계상태설계법)(KDS 24 17 11)의 교량 받침·신축이음 관련 기준이다. 「도로의 구조·시설 기준에 관한 규칙」은 도로의 차로·길어깨·편경사 등 기하구조를 정하며, 받침 이동량을 직접 규정하지 않는다. 건조수축과 크리프 값은 콘크리트 구조 설계기준의 계산식과 함께 쓴다.

기준값과 조건을 정리하면 다음과 같다.

표의 온도범위와 선팽창계수는 설계조건을 그대로 옮긴 값이다. 크리프 계수는 2.0으로 주어졌으며, 고정하중에 의한 탄성 변형률은 설계조건에서 확인해 적용한다.

설치 기준온도는 설계조건에 따라 정한다. 설치 시점의 실제 온도가 기준온도와 다르면 그 차이를 반영해 오프셋을 보정해야 한다.

개정 연혁으로는 한계상태설계법 도입(2016) 이후 기준이 적용되고 있다.

6. 유형과 비교

가동받침 이동량은 이동을 일으키는 원인에 따라 구분한다. 원인마다 발생 형태와 계산 방식이 다르므로 답안에서는 원인별로 나누어 쓴다.