우선 결정사항을 들어가기 앞서 현재 사용되고 있는 설계법을 먼저 설명 하겠습니다. 가장 많이 사용하는 한계상태설계법과 강도설계법 입니다. 현재는 대부분 한계상태설계법으로 적용 되고있습니다.
한계상태설계법(Limit State Design, LSD)
한계상태설계법(LSD)은 구조물이 사용 중 안전성과 기능을 유지할 수 있는지 평가하는 설계 방법입니다.
- 구조물이 정해진 하중과 환경 조건에서 안전하게 작동하지 못하면 ‘한계상태(limit state)’에 도달했다고 봅니다.
- 안전성(극한상태)과 사용성(허용상태)을 동시에 고려하는 설계법입니다.
강도설계법(Allowable Stress Design, ASD)
한계상태설계법(LSD)은 구조물이 사용 중 안전성과 기능을 유지할 수 있는지 평가하는 설계 방법입니다.
- 구조물에 작용하는 실제 응력(actual stress)이 허용응력보다 작도록 설계합니다.
- 허용응력은 재료 강도에 안전계수를 적용하여 산정합니다.
설계시 초기 결정사항
아래 내용들은 설계 들어갈때 확실히 결정을 해두어야 설계 중후반에 가서 턴백하는 일이 없어 설계를 잘 마무리 할수있습니다.
- 내구성 및 피복두께
도로교 설계 시 한계상태설계법(LSD)을 적용할 때, 내구성과 피복두께는 구조물의 장기적인 안전성과 유지관리 측면에서 매우 중요한 요소입니다. 특히 교량 설계에서는 콘크리트의 내구성 확보와 철근의 부식 방지를 위해 적절한 피복두께를 설정하는 것이 필수적입니다.
일반 사항 (5.10.1) (도로교한계상태설계법2016)
- 콘크리트 교량은 사용수명 동안 손상이 없어야 하며, 유지보수를 최소화하면서 사용성·강도·안정성 요구조건 충족
- 구조물 손상 방지는 기능, 사용수명, 유지관리 계획, 작용하중을 고려
- 내구성 설계 시 직접하중, 간접하중, 환경 조건, 콘크리트 수축·변형 영향 반영
- 철근 부식 방지를 위해 피복두께와 콘크리트 밀도/품질 확보
- 영구적 노출된 금속 장착재는 점검·교체 가능한 코팅 재료 사용, 불가능 시 방청재 사용
- 최소한의 요구조건을 충족하면 설계 내구성 확보 가능, 필요 시 요구조건 조정 가능
최소 콘크리트 기준압축강도 (표 5.10.1)
📋 노출환경 등급에 따른 최소 콘크리트 압축강도 (MPa)
| 노출환경 | 탄산화에 의한 부식 | 염화물에 의한 부식 | 해수 염화물에 의한 부식 |
|---|---|---|---|
| EC1 | 21 | – | – |
| EC2 | 24 | – | – |
| EC3 | 30 | – | – |
| ED1 | – | 30 | – |
| ED2 | – | 35 | – |
| ED3 | – | 35 | – |
| ES1 | – | – | 30 |
| ES2 | – | – | 35 |
| ES3 | – | – | 35 |
📋 콘크리트 손상 유형에 따른 최소 압축강도 (MPa)
| 노출환경 | 위험없음 | 동결/융해 침투 | 화학적 침투 |
|---|---|---|---|
| E0 | 18 | – | – |
| EF1 | 24 | – | – |
| EF2 | 30 | – | – |
| EF3 | 30 | – | – |
| EF4 | 35 | – | – |
| EA1 | 30 | – | – |
| EA2 | 35 | – | – |
| EA3 | 35 | – | – |
📋 표 5.10.2 환경 조건에 따른 노출 등급
| 노출 등급 | 환경 조건 | 해당 노출 등급이 발생할 수 있는 사례 |
|---|---|---|
| E0 | 철근이나 매입금속이 없는 콘크리트:동결/융해 마모나 화학적 침투가 있는곳을 제외한 모든노출 매우건조 | 공기중습도가 매우 낮은 건물 내부의 콘크리트 |
| EC1(탄산화) | 건조 또는 영구적으로 습윤한 상태 | – 영구적 수중 콘크리트 |
| EC2(탄산화) | 습윤 드물게 건조한 상태 | – 장기간 물과 접촉한 콘크리트 표면 -대다수의 기초 |
| EC3(탄산화) | 보통의 습도인 상태 | – 공기 중 습도가 보통이거나 높은 건물의 내부 콘크리트 – 비를 맞이 않는 외부콘크리트 |
| EC4(탄산화) | 주기적인 습윤과 건조상태 | – EC2 노출등급에 포함되지 않는 물과 접촉한 콘크리트 표면 |
| ED1(염화물) | 보통의습도 | – 공기 중의 염화물에 노출된 콘크리트 표면 |
| ED2(염화물) | 습윤 드물게 건조 | – 염화물을 함유한 물에 노출된 콘크리트 부재 |
| ED3(염화물) | 주기적인 습윤 및 건조 | – 염화물을 함유한 물보라에 노출된 교량 -포장 |
| ES1 | 해수의직접적인접촉없이 공기중의 염분에 노출된 해상대기 | – 해안 근처에 있거나 해안가에 있는 구조물 |
| ES2 | 영구적으로 침수된 해중 | – 해양 구조물의 부위 |
| ES3 | 간만대 혹은 물보라 | – 해양 구조물의 부위 |
| 노출 등급 | 환경 조건 | 해당 노출 등급이 발생할 수 있는 사례 |
|---|---|---|
| EP1 | 제빙화제가 없는 부분포장상태 | – 비와 동결에 노출된 수직 콘크리트 표면 |
| EP2 | 제빙화제가 있는 부분포장상태 | – 동결과 강수가 있는 제빙화제에 노출된 도로 구조물의 수직 콘크리트 표면 |
| EP3 | 제빙화제가 없는 완전포장상태 | – 비와 동결에 노출된 수평 콘크리트 표면 |
| EP4 | 제빙화제나 해수에 접한 완전포장상태 | – 제빙화제에 노출된 도로면과 교량 바닥판 – 염분이 존재하는 해수의 직·간접 접촉이 있는 구조물 – 염분이 포함된 해풍에 지속적으로 노출되는 지역 |
| 노출 등급 | 환경 조건 | 해당 노출 등급이 발생할 수 있는 사례 |
|---|---|---|
| EA1 | 조금 유해한 화학환경 | – 천연 토양과 지하수 |
| EA2 | 보통 유해한 화학환경 | – 천연 토양과 지하수 |
| EA3 | 매우 유해한 화학환경 | – 천연 토양과 지하수 |
- 중공 구조물의 내부는 차도로부터의 배수 또는 누출수에 의해 영향을 받을 수 있는 표면을 제외하고 노출등
- 규정에 따라 방수처리된 표면은 노출등급 EC3으로 간주할 수 있다.
- 이것은 차도로부터 6 m 이내에 있는 모든 난간, 벽체, 교각을 포함하며, 또한 차도로부터 배출되는 물에 노출되기 쉬운 신축이음부(expansion joints) 하부 교각의 윗부분과 같은 표면을 포함한다.
🧱 콘크리트 피복두께 (Concrete Cover Thickness)
콘크리트 피복두께란 철근을 외부 환경으로부터 보호하고, 구조적 성능을 확보하기 위해 철근 표면부터 콘크리트 외면까지의 최소 거리입니다. 피복두께는 내구성, 방화성, 부착성 확보에 필수적입니다.
공칭피복두께 tc,nom는 도면에 명시하여야 하며, 최소피복두께 tc,min 설계 편차 허용량의 합으로 구한다.
도로교설계기준한계상태설계법(2016) 표 5.10.4
철근 및 프리스트레싱 강재의 내구성을 고려한 최소피복두께, tc,min,dur (mm)
| 강재 종류 | E0 | EC1 | EC2 / EC3 | EC4 | ED1 / ES1 | ED2 / ES2 | ED3 / ES3 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 철근 | 20 | 25 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | |
| 프리스트레싱 강재 | 20 | 35 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 |
이처럼 실무에선 설계시작시 위의 결정사항을 먼저 정하고 구조해석이든 상세설계를 들어갑니다.
추가적으로 각 지역의 관리청마다 발주자 결정사항 및 방침결정이 다르며, 이는 발주청에 문의해서 관련자료를 확인 후 설계에 들어가야합니다. 교량같은 경우엔 교량 등급, 지진계수 등도 정해야 합니다.
예시로 부산지방국토관리청 도로시설국 방침결정 입니다
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