교량설계에 있어서는 교량의 기능과 안전성, 경제성 등 구조 광학적인 면을 고려하여 설계하게 되는데 최근에는 교량의 경관설계에 관해서도 많은 관심을 갖고 있다. 그러나, 국내에선 교량의 구조적인 측면에서의 연구는 활발하게 이루어지고 있으나 교량의 경관설계에 대한 연구는 거의 이루어지고 있지 않다. 따라서, 본 연구의 목적은 교량의 구조 공학적인 판단과 경관 공학적인 판단에 의해서 교량 형식을 결정하는 방법과 선호도가 높은 현수교의 시점장을 분석하는데 있다. 교량형식을 결정하는 방법은 기초설계단계에서 Seen 경관을 고려하여 교량의 유형을 결정하고, 교량의 구조적인 정.동역학적 검토와 Seen경관.Sequence 경관 등을 고려하여 교종의 형식을 결정하게 되는 각 단계별 설계조건에 따른 교량설계 방법을 흐름도로 제시하였다. 또한, 현수교의 시점장의 범위를 정량적으로 나타내기 위해서 교량전체에 대한 시선입사각, 가까운 쪽의 주탑에 대한 시선입사각, 가까운 쪽 주탑의 외관 크기에 대한 연직시각, 교량전체가 시야에 들어올 수 있는 수평시각 등을 주시실험 자료와 Professional 현수교의 사진에 의한 구조형태의 비율 등을 측정하여 분석 교차한 결과 교량전체에 대한 시선입사각 $\alpha$=(15$\pm$7.5)$^{\circ}$, 가까운 쪽의 주탑에 대한 시선입사각 V=(30$\pm$7.5)$^{\circ}$, 가까운 쪽 주탑의 외관 크기에 대한 연직시각 18$^{\circ}$$\leq$$\delta$27$^{\circ}$, 교량전체가 시야에 들어올 수 있는 수평시각 $\theta$$\leq$60$^{\circ}$의 시점장을 얻을 수 있었다.
국내의 설계지진은 상대적으로 작은규모 이지만 일점고정 연속교에 있어서는 지진시 교축방향의 고정지점에 상부구조의 모든 관성력이 집중됨에 따라 그 교각과 기초구조에는 상당히 큰 교축방향 수평력이 작용하게 된다. 기존의 교량의 내진설계 방법에서는 교각의 비탄성거동에 의존하는 수정응답계수를 사용하여 교각의 설계하중을 낮추어 설계에 사용하고 있으나 이는 교각의 비탄성거동으로 인한 손상과 그에 따른 큰 상부구조의 변위를 초래할 가능성이 있다. 본 연구에서는 내진분리베어링이 설치된 교량의 비선형 동적 방법을 제시하고 대표적인 내진분리베어링인 lead-rubber 베어링을 고정받침대신 사용하였을 경우 국내 설계 응답스펙트럼에 상응하는 지반운동하에서 교량의 응답특성을 살펴보았다. 내진분리베어링이 설치된 교량의 비선형 동적해석을 통해 1초이하 주기의 교량에 있어서 lead-rubber 베어링의 사용은 상당한 교축방향의 수평력 감소효과를 가져오며 상부구조의 수평변위도 그리 크지 않음을 보였다. 따라서 교량의 내진설계시 내진분리베어링의 사용으로 경제성과 내진안전성을 동시에 얻을 수 있을 것이다.
이 글에서는 한정된 지면에서 P.C박스거더 교량의 설계 및 해석에 관하여 간략히 소개하였다. 구조해석 및 설계 등이 어떤 일정한 틀이 있어 모든 구조 Engineer들이 반드시 따라야 할 정형화된 절차가 있는 것이 아니라 최소한의 규정을 갖는 설계 및 시방규준들을 근간으로 구조 Engineer들 각자의 창의력과 공학적 판단 및 근거제시를 통해 수행됨에 비추어 볼 때 본 고의 내용은 하나의 예일 뿐이다. 본 지면을 빌어 강조하고 싶은 것은 최근의 교량이 장대화되고 다양한 시공법에 의한 시공절차로 건설됨으로 인해 완성구조계가 같은 교량일지라도 완성구조계에 도달하기까지의 구조계 및 하중/응력 상태가 다양하게 변화됨에 따라 구조 Engineer는 설계시에 반드시 시공과정을 철저히 모사(simulation)하고 시공중에서도 계속해서 현장의 변화되는 사항을 Feed-Back시키므로써 최근 시공중에 자주 발생되는 장대교량의 구조적인 문제점들을 미연에 방지하는 노력을 기울여야겠다.
현재 국내의 건설 산업은 BIM(Building Information Modeling)이라는 새로운 패러다임으로의 변화를 모색하고 있다. 이미 국내 건축업계에서는 적극적으로 BIM개념이 도입되고 있으며 주로 국가 기반시설의 건설업무를 분담하고 있는 토목업계에서는 현재 BIM개념을 도입하기 위한 준비과정에 있는 단계이다. 이 연구에서는 대표적인 토목구조물인 교량을 대상으로 BIM개념 도입의 필요성과 교량을 건설하기위한 여러단계 중에서도 그 출발점이라 할 수 있는 구조설계 단계에 있어서 BIM개념의 도입 방법과 기존의 구조설계 프로세스를 BIM기반의 구조설계 프로세스로 변화하기 위하여 필요한 작업들에 대한 분석을 수행하였으며 결과적으로 교량 프로젝트에 대하여 BIM기반의 구조설계를 위한 최적의 프로세스를 구축하기 위한 연구를 수행하였다.
ILM(incremental launching method) 교량공법은 품질확보에 효과적인 프리스트레스 콘크리트 교량공법으로 인정받고 있다. 이 공법에 의해 시공되는 교량의 상부단면은 시공 중에 지간의 중앙부와 지점부에 일시적이나마 모두 위치하게 된다. 앞선 연구에서 압출 중인 ILM 교량의 상부단면에 발생하는 단면력의 변화를 간편하게 예측할 수 있는 해석식을 개발하였다. 그리고 개발된 해석식을 이용하여 매개변수들의 변화에 따른 상호작용의 영향을 분석하여 많은 대안들이 검토되는 초기 설계단계에 유용한 설계식도 제안하였다. 본 논문에서는 압출중인 ILM 교량의 상부단면에 발생하는 단면력을 효과적으로 제어위해 유도된 해석식을 이용하여 현재 국내 공용중인 ILM 교량의 설계수준을 검토하였고, 상부구조의 최적설계를 위한 방안을 제시하였다.
국내 토목분야의 건설 산업은 비효율적인 의사소통으로 인하여 업무전환단계에서의 정보 누락 및 그로 인한 비용손실 등의 문제점이 발생한다. 이러한 문제점에 대한 해결책으로 BIM의 도입이 대두되고 있다. BIM은 구조물의 생애주기 전 단계에서 발생되는 모든 정보들을 3차원 파라메트릭 CAD와 연계된 3차원 정보모델을 통하여 관리하여 정보 활용의 효율성을 극대화 시킨다. 본 논문에서는 BIM기반의 교량 건설 프로젝트의 구조설계업무에서 사용할 목적으로 3차원 정보모델을 활용한 교량의 구조설계 프로세스를 제안하였다. 제안된 프로세스는 구조설계업무를 통하여 결정되는 정보들을 활용하여 3차원 정보 모델링작업이 이루어질 수 있도록 구성하였다. 또한 제시된 프로세스를 활용하여 현재 건설이 진행 중인 스틸박스 교량의 상부구조를 대상으로 구조설계의 최종 산출물인 구조계산서를 구축된 BIM기반의 구조설계 프로세스를 활용하여 도출할 수 있도록 구성하였다.
본 기사는 교량의 이음부(joint) 설계를 위한 새로운 구조적 퓨즈 개념을 다루고 있다. 제안하는 개념은 경제성, 명확한 하중경로, 그리고 지진 후 보수의 용이성 등을 포함한 여러 가지 장점을 가지고 있다. 기본적인 아이디어는 평상시의 사용 상태에서는 탄성거동을 할 수 있을 정도로 강하지만 동시에 주요 지진이 발생하였을 때는 파괴될 수 있을 정도로 약한 구조적 퓨즈를 설계하여 지진에너지가 퓨즈를 통과하지 못하도록 하겠다는 것이다. 두 가지의 대표적인 프로젝트를 소개하여 구조적 퓨즈의 개념이 실무에 어떻게 성공적으로 적용될 수 있었는지 보이고자 한다.
일반교량 내진설계의 목적은 지진발생 직후에 긴급차량의 통과를 허용하도록 하는 '붕괴방지설계'의 수행이다. 도로교설계기준은 연성구조를 구성하여 '붕괴방지설계'를 수행하는 규정을 제시하고 있으며 이 과정에서 연결부분과 하부구조에 적용하는 응답수정계수가 핵심적인 역할을 한다. 하부구조 응답수정계수의 경우 도로교설계기준은 연성과 여용력을 고려한 계수인 반면 AASHTO LRFD 교량설계기준은 교량의 중요도를 핵심, 중요 및 일반으로 구분한 인위적인 인자를 추가로 반영한 계수를 제시하고 있다. 이 연구에서는 강재받침과 철근콘크리트 교각기둥으로 구성된 일반교량을 선정하고 도로교설계기준의 설계조건과 함께 하부구조 응답수정계수를 차등 적용하는 경우의 설계결과를 비교, 검토하였으며 이로부터 하부구조 응답수정계수의 차등 적용 시 설계기준에 요구되는 보완사항을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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