수관교

수관교란 무엇인가

수관교는 송수관로가 하천이나 계곡을 횡단할 때 관로를 교량 구조물로 지지하여 통과시키는 시설이다.

쉽게 말해 물을 실은 파이프를 다리 위에 올려 강을 건너게 하는 것이다.

하저 매설과 달리 홍수 때 관이 유실되거나 매몰되는 위험을 줄인다.

구성과 하중 전달

수관교는 관로를 받치는 상부구조, 교대와 교각인 하부구조, 기초로 이루어진다.

신축이음은 온도 변화에 따른 관의 길이 변화를 흡수하는 장치다.

하중은 상부구조에서 하부구조를 거쳐 기초가 지반으로 전달한다.

기초는 예상 세굴 깊이 아래 지지층에 닿도록 근입해야 한다.

온도 신축량 계산

관 길이 변화량은 선팽창계수에 관 길이와 온도 변화를 곱해 구한다.

강관 길이 100m, 온도 변화 30℃라면 식에 값을 넣어 계산한다.

이 신축량은 신축이음으로 흡수하는 범위에 있는 값이다.

구속과 열응력

관로가 온도에 따라 자유롭게 늘고 줄면 응력은 작게 유지된다.

신축이 구속되면 온도 변화가 그대로 관에 응력으로 쌓인다.

열응력은 탄성계수, 선팽창계수, 온도 변화를 곱해 구한다.

강재에 30℃ 온도 변화가 구속되면 75.6MPa의 열응력이 생긴다.

예제 계산

예제로 지간 12m, 등분포하중 10kN/m인 단순지지 수관교를 보자.

지간 중앙 최대 휨모멘트는 wL²/8이므로 180kN·m이다.

지지 반력은 wL/2이므로 60kN이다.

온도 변화 30℃에 따른 신축량은 4.32mm로, 신축이음 설치를 판단하는 근거가 된다.

시험 포인트 정리

수관교는 지지 방식에 따라 트러스형, 아치형, 현수형, 빔형으로 나뉜다.

트러스형과 빔형은 시공이 쉽고 비용이 낮다. 아치형과 현수형은 장지간에 쓰인다.

채점에서는 세굴 대책과 신축 흡수를 함께 다뤄야 점수가 된다.

수관교는 육안 점검이 가능해 하저 매설보다 누수 확인이 쉽다.