곡선 강박스거더교 설계

곡선 강박스거더교란

곡선 강박스거더교는 곡선 평면을 따라 놓인 상자형 단면 거더를 주부재로 하는 교량이다.

곡률 때문에 휨과 함께 비틀림이 생기고, 일부 받침에는 들림인 부반력이 생긴다.

그래서 설계에서는 비틀림과 부반력을 함께 검토해야 한다.

원심력

곡선 교량에서는 차량 원심력이 횡방향 하중으로 작용한다.

원심력은 차량 중량과 주행속도의 제곱에 비례한다.

곡률반경이 작을수록 원심력이 커져 외측 거더 반력이 증가한다.

내측 거더 반력은 줄고, 0 이하로 떨어지면 부반력이 생긴다.

설계 절차

설계는 선형과 곡률반경, 단면 치수를 정하는 것으로 시작한다.

다음으로 원심력을 포함한 하중을 재하한다.

곡선 보 모델로 구조해석을 하고 받침별 반력을 산정한다.

반력이 0 이하이면 부반력이므로 받침을 재배치하고 다시 해석한다.

예시 계산

가상의 예로 단부 반력 2,400kN, 받침 간격 4.0m, 편심 0.8m인 경우를 계산한다.

편심 쪽 받침 반력 R₁은 2,400 × (0.5 + 0.2)로 1,680kN이다.

반대쪽 받침 반력 R₂는 2,400 × (0.5 − 0.2)로 720kN이다. 합은 2,400kN으로 일치한다.

대칭 배치의 평균 1,200kN보다 편심 쪽 받침이 40% 많은 반력을 받는다.

단면 형식 비교

곡선 거더는 단면 형식에 따라 단상자, 다상자, 개구형 I형으로 나뉜다.

폐단면인 단상자와 다상자는 비틀림 저항이 크고, 개구형은 작다.

단상자는 설치가 단순하고, 다상자는 폭이 넓은 곡선교에 유리하다.

개구형은 곡선교에서 횡방향 부재로 보완해야 한다.

흔한 실수와 확인

첫째, 곡선 박스를 직선 박스의 단순 연장으로 해석하는 실수가 가장 많다.

곡선 거더는 비틀림 모멘트와 휨-비틀림 연성을 반드시 고려해야 한다.

둘째, 받침 배치를 직선 기하학으로 잡으면 부반력 발생을 놓치기 쉽다.

정리

곡선 강박스거더교는 비틀림 제어와 부반력 제어를 동시에 확보해야 한다.

격벽은 단면 변형을 억제하고 비틀림 응력을 분배하므로 간격과 강성을 계산한다.

설계 초기에 입체 해석과 받침 배치를 함께 세우는 것이 핵심이다.