콘크리트 아치교 설계

정의

콘크리트 아치교는 상부 아치 리브가 주로 축방향 압축력으로 하중을 지지하는 교량이다.

양단에 생기는 수평반력은 기초나 지반이 받는다.

하중 전달 원리

하중은 바닥판에서 행거나 지주를 거쳐 아치 리브로 전달된다.

리브는 주로 압축력으로 저항하고, 그 힘은 기초로 흘러간다.

아치 작용으로 휨모멘트가 줄어 재료 효율이 높아진다.

라이즈비와 수평반력 계산

예를 들어 등분포하중 20 kN/m가 작용하는 경간 100 m, 라이즈 20 m의 포물선 아치를 보자.

지점을 힌지로 가정하면 수평반력은 wL²/8f로 구한다.

수평반력은 1250 kN, 연직반력은 1000 kN이고, 지점 합력은 약 1601 kN이다.

H/Rv 값은 L/4f와 같은 1.25이므로 계산 결과가 상식 범위 안에 있다.

수평반력 처리와 면외 좌굴

수평반력을 처리하는 방식은 일반 아치와 타이드 아치가 서로 다르다.

일반 아치는 기초와 지반이 수평반력을 받고, 타이드 아치는 타이 부재가 받는다.

지반 조건이 나쁘면 수평반력을 줄이는 형식을 먼저 고르는 것이 합리적이다.

세장한 아치 리브는 면외 좌굴에 취약하므로 횡방향 안정을 따로 검토한다.

설계 기준과 시공 단계

프리스트레스트 부재의 설계기준압축강도는 포스트텐션 30MPa, 프리텐션 35MPa 이상이다.

프리스트레싱 시 압축강도는 특별한 규정이 없으면 프리텐션 30MPa, 포스트텐션 28MPa로 적용할 수 있다.

프리스트레싱 시 강도는 직후 최대 압축응력의 1.7배 이상이어야 한다.

시공 중에는 최종 상태와 다른 단계별 응력을 따로 검토해야 한다.

정리

앞 문제의 정답은 35MPa이다. 프리텐션 부재는 35MPa 이상이어야 한다.

콘크리트 아치교는 리브 압축, 수평반력, 면외 좌굴, 시공 단계를 함께 검토하는 형식이다.

설계 기준은 KDS 24 14 21 한계상태설계법을 따른다.