교량 교좌장치

왜 배우는가: 교좌장치는 상부구조의 하중을 하부구조로 전달하고 온도·크리프·건조수축에 따른 변위를 흡수하는 핵심 부재라서 교량의 안전성과 유지관리 수명을 좌우한다. 교량 손상 사례와 설치 시공 문제에서 자주 등장하므로 시험에서도 1교시 용어 문제와 2~4교시 논술 문제로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제130회 1교시 7번, 제125회 1교시 7번, 제123회 2교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

교좌장치(교량받침)는 상부구조의 하중을 하부구조에 전달하고, 온도·크리프·건조수축에 따른 변위와 회전을 수용하는 교량 연결 장치이다.

핵심 키워드

• 교좌장치(교량받침, Bearing)
• 연직하중 지지
• 수평하중 지지
• 변위 수용(신축·회전)
• 감쇠(이력·마찰·점성 감쇠)
• 분리(지진력 격리)
• 2차 응력 최소화
• 고정받침·가동받침

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 교좌장치는 상부구조가 하부구조 위에 얹히는 자리에 놓이는 장치다. 차량과 자중이 누르는 힘은 아래로 확실히 넘기고, 다리가 늘고 줄고 휘는 움직임은 막히지 않게 풀어 주는 역할을 한다.

정식 정의로는 교량받침은 상부구조에 작용하는 하중을 하부구조에 전달하고, 온도·건조수축·크리프와 활하중의 이동·회전으로 생기는 상부구조의 변위와 변형을 원활하게 하여 교량 내 2차 응력을 최소화하는 기계적 장치이다.

교좌장치의 기능은 크게 세 가지로 나눈다.

• 하중전달기능: 연직력을 지지해 상부구조를 소정의 높이로 유지하고, 수평력을 지지해 상부구조의 위치를 확보한다. 최종적으로 하중이 기초지반에 전달되게 한다.
• 변위 수용기능(신축·회전): 하중 재하, 온도 변화, 콘크리트 크리프와 건조수축으로 생기는 수평 변위와 회전 변형을 흡수한다.
• 진동 제어기능: 감쇠, 분리, 진동제어의 세 기능으로 지진력을 줄인다.

감쇠기능은 재료의 비선형성을 이용한 이력감쇠(납재료, 고감쇠 고무), 부재 간 마찰을 이용한 마찰감쇠, 점성재료를 이용한 점성감쇠로 진동에너지를 흡수한다. 분리기능은 받침부에서 수평방향으로 상부구조를 부드럽게 지지하여 지반의 지진력이 상부구조로 그대로 전달되지 않도록 격리한다. 진동제어기능은 받침과 별도로 댐퍼 같은 진동제어장치를 두는 경우를 말한다.

받침의 역할은 상부 하중을 전달하는 것 하나가 아니다. 변위를 받아 주지 못하면 교량 부재에 추가 응력이 쌓여 균열과 손상으로 이어진다. 따라서 받침은 '하중을 받는 부재'이면서 '움직임을 허용하는 부재'이다.

3. 등장 배경과 필요성

교량은 온도 변화에 따라 길이가 늘고 줄며, 콘크리트는 시간이 지나면서 크리프와 건조수축을 일으킨다. 차량이 지나가면 상부구조가 휘고 단부가 회전한다. 이런 변위를 구조체가 막으면 큰 응력이 생긴다. 그래서 상부와 하부 사이에 변위를 흡수하는 장치가 필요해졌다.

초기의 교량은 상부와 하부를 직접 접합하거나 단순한 받침으로 이었다. 교량의 경간이 길어지고 구조 형식이 다양해지면서 하중 전달과 변위 수용을 분리해 설계할 필요가 생겼다. 이후 롤러·로커·핀 받침과 탄성받침이 개발되어 목적에 맞게 고르는 체계가 자리 잡았다.