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보도교 설계에서 가장 중요한 보도하중

Written by MIDAS CIM | 2023. 9. 14 오전 8:02:15

우리가 보도교를 설계할 때 가장 중요한 하중은 무엇일까요?

바로 이동하중 즉, 보도(군중)하중이라 말 할 수 있겠습니다.

 

보도하중에 대해 설계기준을 따라가면서 알아보도록 하겠습니다.

 

 

보도 하중이란?

 

 

  • 보도하중은 보도 및 자전거도로가 있는 교량 또는 차도교에 보도가 있는 교량을 설계할 때 고려해야 하는 하중입니다.

  • 사람의 이동하중(동적하중)을 정적하중으로 설계에 적용하도록 제시한 값입니다.

 

 

KDS 설계기준에서 보도하중

 

보도하중에 대하여 설계기준(KDS)에 다음과 같이 명시 되어 있습니다.

 

 

KDS 24 12 21 : 2021 - 교량 설계하중(한계상태설계법) 4.3.4 보도하중

 

  • 도로교에 대한 군집하중

  • 철도교에 대한 군중하중, 승강장에 재하되는 하중

 

  • 바닥판과 바닥틀의 설계는 5.0kN/m2 (kPa)

  • 주거더 설계는 지간장에 따라 3.0~3.5kN/m2 (kPa)을 적용합니다.

  • 여기서, 설계하중의 크기, 지간장에 따른 하중 감소에 대해 구체적으로 알아보겠습니다.

 

  • 2021년 개정에서 철도교에 대한 군중하중이 추가되었습니다.

 

KDS 24 12 21 - 교량 설계하중 (한계상태설계법) - 신. 구조문 대비표 (2021.04.12)

 

 

보도하중의 크기

 

보도하중의 크기는“AASHTO LRFD Guide specifications for the design of pedestrian bridges”에 잘 표현되어있습니다.

 

LRFD Guide specifications for the design of pedestrian bridges, 2009

3.1 - PEDESTRIAN LOADING (PL)

→ Pedestrian bridges shall be designed for a uniform pedestrian loading of 90 psf. This loading shall be patterned to produce the maximum load effects. Consideration of dynamic load allowance is not required with this loading.

 

AASHTO에 따르면 보도하중은 지간장에 따른 감소효과를 고려하지 않고 최대하중인 90psf (4.3kN/m2)을 재하합니다.

 

C1 50psf (2.4kN/m2)

 

C2 100psf (4.8kN/m2)

 

C3 150psf (7.2kN/m2)

 

 

위의 그림은 Michigan 대학의 Andrzej S.Nowak 교수의 실험을 토대로 AASHTO에서 인용하고 있습니다.

사각형의 한 변이 6ft인 공간에 사람을 채워 무게를 측정, 50psf,100psf,150psf 3단계로 구분하였습니다.

성인 평균 몸무게 160lb (71.2 kg)으로 계산하면 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

 

구분

인원(명)

면적(ft2)

평균몸무게(lb)

하중(psf)

하중(kN/m2)

C1 50psf

12

36

160

53.3

2.6

C2 100psf

22

36

160

97.7

4.7

C3 150psf

33

36

160

146.7

7.0

 

최대하중 C3 150psf(7.2kN/m2)는 설계하중 90psf(4.3kN/m2)에 하중계수 1.75를 적용한 158psf(7.6kN/m2)에 근사한 값임을 알 수 있습니다.

  • C3의 경우 인구밀도가 매우 높은 것을 알 수 있으며 초과 하중의 재하는 어려워 보입니다.

  • 실제로 1m2에 10명의 인원이 있는 경우 압사로 인한 사망사고가 발생한 사례가 있습니다. 이를 하중으로 나타내면 7.28 kN/m2로 실험에서 제시한 값보다 큰 것을 확인 할 수 있습니다.

 

 

지간장에 따른 하중의 감소

 

지간장에 따른 보도하중의 감소에 대해 설계기준해설에서 다음과 같이 설명하고 있습니다.

 

도로교설계기준해설 한계상태설계법 - 3.6.4 보도하중

→ 일반적으로 지간이 길어지는 경우 차량하중과 마찬가지로 보도하중의 크기는 감소한다. 이를 감안하여 표 3.6.4과 같이 보도하중의 크기를 지간장에 따라 감소하는 것으로 하였다. 보도하중에는 3.7의 충격하중을 적용하지 않는다.

 

표준차로하중은 지간이 길어질수록 전 지간에 차량이 연행하는 확률이 감소하므로 지간에 따라 등분포하중의 크기를 감소하도록 하였다.

보도하중도 마찬가지로 지간이 길어질수록 공간에 보행자의 밀도가 감소하므로 등분포 하중의 크기를 감소하도록 합니다.

 

유로코드에도 지간에 따라 하중을 감소하도록 되어있습니다.

 

 

EN 1991-2 Section 5 Actions on footways, cycel tracks and footbridges

 

 

ASCE 7-02에도 아래와 같은 식으로 표현되어있습니다.

다만, 건축기준으로 지간 길이가 아닌 면적으로 산정 되어 있습니다. 이를 기반으로 교량기준으로 작성된 것이 위의 식입니다.

 

 

ASCE 7-02 Minimum Design Loads for buildings and Other Structures

 

 

 

정리해 보면, 국내기준은 유로코드와 마찬가지로 최대하중 5.0 kN/m2을 적용.

KDS은 바닥판과 바닥틀에 대해 최대값을 적용하고 주거더 설계는 지간장에 따라 하중을 감소시켜 3.0~3.5 KN/m2를 적용합니다.

 

유로코드는 5.0 kN/m2에서 지간장에 따라 하중을 감소시켜 2.5~5.0 kN/m2를 적용합니다.

다만, 길이에 따라 보행자의 밀도가 감소하지 않는 조건 (예, 경기장, 밀집이 우려되는 지역의 교량)은 하중의 감소를 고려하지 않습니다.

 

맺음말

 

KDS의 보도하중은 유로코드를 따라갑니다. 최대하중으로 제시된 5.0 kN/m2은 바닥판과 바닥틀 등 횡방향 또는 길이가 짧은 구간의 부재설계에 활용하면 되겠습니다.

주거더 설계에는 3.5, 4.3-0.01L, 3.0 kN/m2을 적용하고 인접지역이 인구밀집이 우려되는 구간인지 신중히 검토하여 과다한 설계를 하지 않도록 합시다.

 

참고도서

 

[1] AASHTO LRFD Guide specifications for the design of pedestrian bridges, 2009

[2] ASCE 7-02 Minimum Design Loads for buildings and Other Structures, 2002

[3] KDS 24 12 21 교량 설계하중(한계상태설계법)

[4] 도로교설계기준해설 한계상태설계법

 

 

Topic

 

보도하중

KDS 보도하중

AASHTO pedestrain loading

Eurocode actions on footways

 

 

 

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