LSD 장기합성단면의 단면계수 산정시 3n 적용 ARoad / 계산

Q : 허용응력 설계법 적용시 2차 부정정력에 대한 영향 검토로 건조수축, 크리프 및 온도차에 의한 2차모멘트를 반영하고 있었는데 한계상태 설계법 적용에서는 건조수축과 크리프 및 온도차에 의한 응력을 어떻게 반영하고 있는지 문의 드립니다.


A : 한계상태설계법에서는 크리프, 건조수축 등 허용응력설계법에서 고려하였던 2차 부정정력에 대한 검토는 고려하지 않고 있습니다. 이는 국내에서 발간된 예제집 뿐 아니라 ASSHTO LRFD 기준에서도 제시되지는 않으며 해당하는 예제집에서도 고려하지는 않은 것으로 알고 있습니다. 

고속도로 교량의 한계상태설계법 적용을 위한 세부지침 연구(2016, 한국도로공사)에서 "강합성 교량의 크리프 및 건조수축 하중" 에 대해 다음과 같이 기술하고 있습니다.

"크리프 응력을 산정하기가 이론적으로 복잡한 것을 고려하여 단순하게 장기합성 단면의 콘크리트 탄성계수비를 3n (n=Es/Ec)으로 적용하고 있는 것으로 제시되어 있다. (Barker & Pucket, “Design of Highway Bridges- An LRFD Approach”, 3rd Edition, 2010)" 

장기합성단면에 작용하는 영구하중에 대해 탄성계수비 3n을 적용하도록 하였으며 영구하중으로 제시되었기에 합성후 고정하중에 해당하는 DC2, DW 에 대해 장기합성단면의 탄성계수비를 적용하였습니다.

장기합성단면을 고려하기위한 탄성계수비는 콘크리트슬래브에 3n을 고려하고 있으며 부모멘트의 경우 철근의 면적에 3n을 적용하고 있습니다. 이는 보수적으로 고려한 것으로 알고 있으며 국외의 몇몇 예제에서는 부모멘트 단면에서 철근의 면적을 그대로 사용하여 장기합성단면을 적용하였으나 프로그램에서는 보수적인 3n을 고려하였습니다.

장기합성단면과 탄성계수비 3n의 적용은 도로교설계예제집(2014, 한국도로교통협회) 및 FHWA의 Design Example 5: Three-Span Continuous Horizontally Curved Composite Steel Tub-Girder Bridge(2012) 에서도 확인하실 수 있습니다.


기존의 설계기준과 하중의 고려가 상이하나 이는 일본의 설계기준을 참조한 허용응력설계법과 LRFD 등 한계상태설계법은 장기합성하중에 대한 접근방식이 상이한 것으로 생각하고 있습니다.