교량 접속판의 설계방법에 대한 연구 = (A) study on Design method of Bridee approach slab

국문 초록 (Abstract)

교량 접속판(Bridge Approach Slabs, BAS)은 교대와 뒤채움부사이의 부등침하 효과를 감소시켜 단차를 최소화하고 포장채의 파손방지 및 주행성 향상을 위해 철근콘크리트 접속판이 사용되고 있다. 모든 접속판은 하나의 단부는 교량 교대에 지지되어있으나 다른 단부는 지반 채움재나 지지슬래브에 의해 지지되어진다. 이러한 설계는 두 개의 다른 지반시스템에 의해 지지되는 구조부재에 기인한다.
교량 접속판의 광범위한 사용에도 불구하고 합리적인 설계절차가 없는 상태이다. 현행 도로교설계기준과 도로설계요령에서는 접속판 길이의 70%를 지간으로 한 단순보로 간주하여 설계하고 있다. 반면에, AASHTO 도로교설계기준은 접속판 설계에 대한 어떤 지침도 제공하고 있지 않으나 AASHTO LRFD에서는 종방향 지간이 이상으로 설계되는 단순지지 슬래브교량에 대한 설계기준을 제공하고 있다. 이러한 설계는 과다설계와 비경제적인설계가 되므로 BAS의 시공단가를 줄이기 위해 설계 대안이 필요하다.
본 연구의 목적은 슬래브아래의 잠재적 유실을 고려할 수 있는 탄성지지 보(BAS-ES)모델을 조사하는데 있다. BAS아래의 지반유실과 가장 불리한 하중조건에 대한 설계모멘트를 구하기 위해 상용 유한요소해석 프로그램인 MIDAS/ CIVIL를 사용해 수치해석을 수행했다. 특정위치에 탄성스프링을 선택적으로 제거함으로써 BAS아래에 잠재적 유실을 고려하였다. 사용한 매개변수는 경간장, 유실길이, 유실위치, 지반반력계수이며 지반은 느슨한, 중간, 조밀한 사질토를 사용했다.
매개변수 수치해석을 통해 교량 교대와 가까운 지역의 유실과 비교해 중앙지간에 근접할수록 최대모멘트가 발생한다는 것을 알 수 있었다. 또한, 탄성지지 보 모델을 사용해 AASHTO LRFD 교량설계기준에 근거한 설계모멘트와 국내 도로교설계기준의 설계모멘트를 비교하였다. 유실을 고려한 탄성지반 접속판의 설계모멘트가 증가할지라도 현행 접속판 설계와 비교해 여전히 비용절감 효과를 꾀할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Bridge approach slabs (BAS) are normally constructed with reinforced concrete slabs in order to minimize differential settlement effects and to provide a smooth transition between the bridge deck and the roadway pavement. All approach slabs are supported on a corbel of the bridge abutment at one end and on the subgrade soil fill at the pavement side, BAS can lose their contact and support from soils due to the settlement of embankment soil. This design results in one structural member being supported by two very different foundation systems.
There are no uniform or rational design procedures for BAS despite of their extensive usage. The current Korean Roadway Design Guidelines treat the BAS as a simply supported beam with 70% of the span length. Whereas the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) Stanndard Specification does not provide any guidelines for designing BAS, AASHTO Load and Resistance Factor Design (LRFD) Bridge Design Specifications provide design specification for a simply supported slab bridge designed to span more than 4.6 m longitudinally. This results in very conservative and uneconomical design and alternative design solution is needed to reduce the cost of construction of BAS.
The objective of this study was to investigate a beam on elastic support (BAS-ES) which takes into account a potential loss of soil support underneath the slab. By using the commercial computer software MIDAS/CIVIL, an extensive numerical analysis was performed to determine design moments considering loss of soil support (up to 70 percent) under BAS and the worst loading conditions. Removing springs from certain locations simulated settlement and void formulation in the model. The parameters used in this study were span length, washout length, washout location, soil modulus, and the soil profiles are loose, medium, and dense sands.
It was shown from the parametric study that washout regions closer to the midspan exhibit larger design moment in the slab compared to washout closer to the abutment. The design moments based on AASHTO LRFD Bridge Design Specifications were compared to those of Korean Standard Highway Bridge Specifications. Even if the deign moment from BAS-ES was increased to incorporate the effect of the potential washout, significant savings could still be achieved compared to the current BAS design.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 국문초록 i
• ABSTRACT iii
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구내용 및 범위 4
• 제 2 장 접속판 현행설계규정 5
• 2.1 교량 접속판의 현행설계규정 5
• 2.2 설계하중 6
• 2.2.1 도로교설계기준과 도로설계요령 6
• 2.2.2 AASHTO LRFD 9
• 2.3 지반반력계수 13
• 제 3 장 수치해석 14
• 3.1 보 모델링 15
• 3.2 6m 슬래브 21
• 3.2.1 유실길이와 유실위치 21
• 3.2.2 유실위치와 총모멘트 23
• 3.2.3 유실길이와 지반반력계수 25
• 3.3 7m 슬래브 32
• 3.3.1 유실길이와 유실위치 32
• 3.3.2 유실위치와 총모멘트 34
• 3.3.3 유실길이와 지반반력계수 36
• 3.4 8m 슬래브 43
• 3.4.1 유실길이와 유실위치 43
• 3.4.2 유실위치와 총모멘트 45
• 3.4.3 유실길이와 지반반력계수 47
• 3.5 9m 슬래브 55
• 3.5.1 유실길이와 유실위치 55
• 3.5.2 유실위치와 총모멘트 57
• 3.5.3 유실길이와 지반반력계수 59
• 3.6 10m 슬래브 68
• 3.6.1 유실길이와 유실위치 68
• 3.6.2 유실위치와 총모멘트 70
• 3.6.3 유실길이와 지반반력계수 72
• 제 4 장 접속판 설계모멘트 비교 및 분석 81
• 4.1 현행규정에 대한 최대모멘트 분석 82
• 4.2 지점침하에 대한 BAS-ES 최대모멘트 분석 83
• 4.2.1 지점침하를 고려한 경우 83
• 4.2.2 지점침하를 고려하지 않는 경우 86
• 제 5 장 결 론 90
• 참 고 문 헌 92
• 감사의 글 94