지하차도 종방향 설계

정의와 핵심 키워드

지하차도 종방향 설계는 박스 구조물을 길이 방향 연속체로 보고 검토하는 설계다.

하중, 지반 변위, 시공 단계를 반영해 종방향 응력과 변형을 확인한다.

지하차도는 땅속의 긴 상자형 터널이라 길이 방향으로도 온도와 침하 영향이 누적된다.

구성요소와 강성

구조물은 길이 방향으로 하나의 보로 보고, 각 부재의 역할을 나눠 본다.

지반 스프링과 부등침하, 시공 단계별 거동이 종방향 검토의 핵심이다.

길이가 길수록 온도와 건조수축 변형이 누적되므로 신축이음 유무가 해석 조건을 바꾼다.

종방향 해석 절차

종방향 해석은 박스를 탄성 지지 보로 모델링하는 것에서 시작한다.

지반 스프링 계수는 지반조사 결과에 따라 정하고 단면 강성을 보정한다.

굴착, 상부 슬래브 시공, 뒤채움, 상재 하중을 단계마다 순서대로 재하한다.

온도와 건조수축을 구속 조건에 맞춰 적용하고, 응력 이력을 누적해 단면력을 구한다.

신축이음과 온도 응력

신축이음이 없으면 온도 변화와 건조수축이 구조체 전체에 누적된다.

구속된 축력은 구속률, 탄성계수, 단면적, 건조수축 변형률로 근사한다.

반대로 신축이음이 있으면 각 구간을 독립 부재로 보아 해석이 단순해진다.

이음이 없으면 구속에 의한 인장응력이 커지므로 무시하면 안 된다.

지반 강성과 실수

앞 문제의 답은 '안 된다'다.

지반 스프링 모델은 지반 강성을 반영해 부등침하 응력을 구할 수 있다.

고정 단부 모델은 암반처럼 강성이 큰 지반에 근사하며, 결과를 과소평가할 우려가 있다.

지반을 완전 강성 지점으로 가정하면 부등침하 영향을 놓치기 쉽다.

시험에 나오는 방식

앞 문제의 답은 '부등침하'다.

기출은 시공 단계를 포함한 설계하중, 해석모델, 주의사항을 묻는다.

설계하중에는 자중, 상재하중, 온도변화, 건조수축, 시공 중 하중, 부력이 들어간다.

흔한 실수는 시공 중 하중을 빠뜨리거나 온도·건조수축 축력을 무시하는 것이다.

지하수위가 높으면 부력과 누수 검토를 우선한다.

핵심 정리

지하차도 종방향 설계는 시공 단계를 나눠 연속체로 검토하는 설계다.

신축이음 유무와 지반 조건이 해석 모델과 검토 항목을 바꾼다.

단계별 검토 결과를 설계 기록으로 남기는 것이 중요하다.