AASHTO를 통해 알아보는 교량 처짐 기준의 유래와 국내 처짐 기준

1. 처짐이란?

- 부재에 힘이 작용할 때 변형 전 후에 하중작용방향으로 이동한 거리를 말합니다.

처짐 개념도

2. 처짐을 왜 검토하나요?

- 처짐은 균열, 진동, 피로 등과 함께 사용성검토에 해당됩니다. 특정 외력에 대하여 부재가 파괴되지 않는 상태를 판단하는 것은 강도한계상태 검토이며 부재의 직접적인 파괴는 일어나지 않으나 간접적으로 파괴를 유발 할 수 있는 과다한 처짐, 이상 진동 등에 대해 검토하는 것을 사용한계상태 검토라 합니다.

- 처짐은 크게 장기처짐과 순간처짐으로 구분합니다. 장기처짐은 구조물의 자중과 부가하중에 의해 발생하며 이는 사전에 부재에 변형(Camber, 솟음)을 주어 상쇄시킵니다. 순간처짐은 활하중, 풍하중, 지진 등에 의해 발생하며 최대 처짐의 제한을 두어 안전성을 검토합니다.

장기처짐의 상쇄

3. 국내기준

KDS 24 14 21 콘크리트교 설계기준 4.2.4 처짐

- 처짐의 한계값은 도로교의 경우 L/800, 보행자의 이용이 고려되는 경우 L/1,000로 제한합니다.

- 여기서, 처짐의 제한 값은 어디서 왔을까요?

4. 처짐 기준의 유래

- 처짐에 관한 최초 기준은 1905년 미국 철도엔지니어링협회1)(American Railway Association, AREA)에서 간접적인 방법을 제안했습니다. 이후 1941년에 교량(강교)에 대한 처짐 기준이 AASHO2)에서 처음으로 등장했습니다. 이는 지간장과 단면두께의 비율(L/D)을 제한하는 식으로 미국토목학회에서 발표한 내용은 다음과 같습니다.

Span to Depth ratio in A.R.E.A and A.A.S.H.O (American Society of Civil Engineers, 1958)

- 1930년대 초부터 교량 처짐과 진동의 연관성에 대해 연구한 결과 사람이 주관적으로 불쾌하다고 느낄만한 진동을 유발하는 교량의 처짐을 조사한 결과 L/800 이상의 처짐이 발생한다는 결론을 내렸습니다.(ASCE, 1958; Oehler, 1970; Wright and Walker, 1971; Fountain and Thunman, 1987)

이는 오늘날의 AASHTO에서 제안하는 처짐 한계와 같습니다. 한 가지 아쉬운 점은 이 연구의 상세한 근거(교량명, 교량형식, 재료, 지간장 등)는 기록이 소실되어 정확한 유래를 알 수 없습니다.

- 1960년에 보행자의 이용이 고려되는 경우의 처짐 한계가 정해졌습니다. 우습게 보일 수 있겠지만 실제로 교량에서 아기가 잠에서 깬 것을 교량의 진동 탓으로 돌린 어머니 덕분에 기존 기준보다 더 엄격한 기준인 L/1000으로 정해졌다고 기록되어있습니다.(Fountain and Thunman, 1987)

5. 참고문헌

- 도로교 설계기준 한계상태설계법, 국토교통부, 2015

- LRFD Bridge Design Specifications 9th Edition, AASHTO, 2020

- Serviceability limits and economical steel bridge design, FHWA, 2011

6. 주석

1) AREA

- 1899년 설립된 협회로 American Railway Association의 약자

- 1997년 AREA, RMWA(Roadmaster's and Maintenance of Way Association), ARB&B(American Railway Bridge and Building Association)의 3개 단체가 합병하면서 오늘날의 AREMA(American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association)로 명칭을 변경.

2) AASHO

- 1914년에 설립된 협회로 American Association of State Highway Officials의 약자

- 1973년에 오늘날의 AASHTO(American Association of State Highway and Transportation Officials)로 명칭을 변경.

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Kiwi

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Since 2005

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