20-274~292설계04진도대교1.ps

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This bridge is the first cable-stayed bridge in Korea which connects Jeonnam Jindo-gun Nokjin-ri to Haenam-gun Hakdong-ri and 3 span continuous cable-stayed steel deck bridge with a total length of

In the present, Jindo Bridge has restricted to the vehicle with the gross weight of 32.4tonf, which had disrupted the transportation of heavy truck to carry agricultural and marine products.

2nd Jindo Bridge features twin bridges in parallel with Jindo Bridge and is the first class bridge with the capacity of the vehicle with the gross weight of 43.2tonf.

1 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 274 The detailed design for capacity-enhancement construction of Jindo Bridge, Korea national route 18 This project is working design for the capacity-enhancement of Jindo Bridge. This bridge is the first cable-stayed bridge in Korea which connects Jeonnam Jindo-gun Nokjin-ri to Haenam-gun Hakdong-ri and 3 span continuous cable-stayed steel deck bridge with a total length of 480m and width of 11.7m shared by two traffic lanes in opposite direction. This Bridge was built in 1984 and opened to traffic by the second class bridge, which has been operated until now. In the present, Jindo Bridge has restricted to the vehicle with the gross weight of 32.4tonf, which had disrupted the transportation of heavy truck to carry agricultural and marine products. For this reason, 2nd Jindo Bridge was built in nd Jindo Bridge features twin bridges in parallel with Jindo Bridge and is the first class bridge with the capacity of the vehicle with the gross weight of 43.2tonf. But although 2nd Jindo Bridge was built, recently because of the increasing traffic and becoming larger trucks by the development of adjacent region, the needs for smooth transportation system are aroused. In hence, the aim of this project is to improve the second class bridge to the first class bridge in order to increase the efficiency of the traffic capacity. According to analysis results for capacity-enhancement of this bridge, Girder, Pylon and Substructure are satisfied but Steel deck, Stay cables and Bearings are not satisfied with the capacity of the first class bridge. For this reason, Steel deck, Stay cables and Bearings are designed to satisfy with the capacity of the first class bridge by the repair/rehabilitation or replacement. 1. 서론 2. 진도대교현황 3. 설계기준검토 4. 성능개선설계 5. 결론이명재 1) 신성균 2) 곽성민 3) 최재원 4) 1) 구조부문부사장 공학박사 (Y12680@yooshin.co.kr) 2) 구조부문상무 (Y10020@yooshin.co.kr) 3) 구조부문부장, 토목구조기술사 (Y13625@yooshin.co.kr) 4) 구조부문과장 (Y13835@yooshin.co.kr) 274_ 제 19 호

20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps 2012.12.26 20:3 페이지 275 본과업은전남진도군군내면녹진리와해남군문내면학동리사이를연결하는국내최초의사장교로서길이 484m, 너비 11.7m의 3경간연속강바닥판사장교인진도대교성능개선공사실시설계용역이다.

2 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 275 본과업은전남진도군군내면녹진리와해남군문내면학동리사이를연결하는국내최초의사장교로서길이 484m, 너비 11.7m의 3경간연속강바닥판사장교인진도대교성능개선공사실시설계용역이다. 진도대교는 1984년 10월에준공되어현재까지 2 등교로운영중에있으며, 최근에는주변지역의개발에따른교통량증가및트럭의대형화로인한내하력증진과원활한교통체계마련의필요성이시급히제기되고있어, 현재공용중인진도대교의등급을 2등교에서 1등교로향상시켜교통량을효율적으로처리하고자하는데목적이있다. 성능개선에따른구조검토결과보강거더, 주탑및하부구조의안전성은확보되었으나강바닥판, 케이블및교량받침은 1등교의성능을만족하지못하는것으로나타났다. 이에따라강바닥판, 케이블및교량받침은보수 보강및교체를통해 1등교의성 능을만족할수있도록하였다. 1. 서론 최근에는경제성장에따라교통량의증가, 트럭의대형화및과적차량등으로국도상의각종교량의내하력증진의필요성이시급히제기되고있고, 특히설계하중이 2등교 (DB-18) 로설계된교량의경우총중량 32.4ton 이하의차량만으로통행을제한함에따라, 중량물통과의제약으로중차량통과허용을희망하는지역주민의민원이본격적으로야기되고있다. 이를위해서는현재및향후교통상황에적합하지않은교량은철거후전면재시공되거나보강을필요로한다. 교량을재시공하는것은경제적, 시간적인부담이클뿐아니라교량철거시발생하는폐기물로환경공해를유발하기도한다. 그러므 [ 그림 1.1] 진도대교위치도 _ 275

3 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 276 로교량의주요부재가많이손상되지않았고, 구조적으로가능하다면기존의교량을보강하여사용하는것이훨씬바람직할것이다. 교량은설계당시의각종규정에의해설계 시공된다. 그러나시간이지나면서교량의법적통과하중이증가하고, 통행량이증가하여교량의보수 보강을필요로하게되며, 이에추가하여적절한유지보수가이루어지지않은교량의경우노후화가가속되어보수 보강의필요성은더욱증가하게된다. 진도대교는 2등교로서 32.4t 이상의차량통행이불가능하여물자의원활한수송에지장이많았다. 이에 2005년 1등교 (DB-24) 인제2진도대교를신설하여현재왕복 2차로통행중이며, 진도대교는 2 등교로서편도 2차로상행으로만통행되고있다. 또한장래교통량분석결과진도대교및제2 진도대교 의예상교통량은 2015년왕복4차로가요구되어제2 진도대교와동등한 1등교로서교통량을효율적으로처리해야할필요성이있는것으로분석되었다. 따라서등급상향을위한실시설계를실시하였으며성능개선설계내용에대하여간략하게소개하고자한다. 2. 진도대교현황 2.1 진도대교현황 진도대교는 1984년 10월개통되어현재에이르고있으며, 현재 2등교로써편도 2차로상행으로통행되고있다. 진도대교의현황은 [ 표 2.1] 과같다. [ 표 2.1] 진도대교현황 구 분 내 용 소재지 전남진도군군내면녹진리 ~ 해남군문내면학동리 준공년도 1984년 10월 ( ~ ) 시공 현대건설 ( 주 ) 적용시방서 AASHTO, BS, DIN 관리주체위탁관리 광주국도유지건설사무소, 현대건설 ( 주 ), 대우ENG. 설계자 한국종합기술개발공사, Trans-Asia ENG. Associate INC. 설계속도 60km/hr 설계하중 AASHTO HS-20-44( DB-18) 상부 형식강바닥판사장교 (Cable Stayed Steel Deck Box Girder) 교장 = 484m, 폭원 (B) = 11.7m(2차로 ) 주탑 A형강재주탑, H = 69m 교각 라멘식, 직접기초 교대 블록식, 직접기초 케이블 Locked Coil Rope (Ø56, Ø66.5, Ø76, Ø87), TOKYO ROPE( 일본 ) 신축이음 Roller Plate Type (MAN-GHH, 독일 ) 받침 윈드, 포트 (SOLLINGER HUTE, 독일 ) 276_ 제 19 호

20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps 2012.12.26 20:3 페이지 277 [ 그림 2.1] 진도대교종평면도 2.2 안전진단및보수 보강이력 2.2.1 안전진단이력구조물안전진단은 시설물의안전관리에관한특별법 에따라 2001년, 2006년에실시하였으며보강거더부바지선충돌로인한긴급안전정밀진단을 2006년과 2007년두차례실시하였다.

개요 2006년 9월 시설물의안전관리에관한특별법 에따른정밀안전진단용역시행 [ 표 2.

및보강거더에바지선 (3000 톤급 ) 에적재한 Jack-Pile 구조물충돌로인한긴급정밀안전진단 시설물종합평가등급 B ( 상태평가등급 : B, 안전성평가등급 : A ) B ( 상태평가등급 : B, 안전성평가등급 : A ) B ( 상태평가등급

4 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 277 [ 그림 2.1] 진도대교종평면도 2.2 안전진단및보수 보강이력 안전진단이력구조물안전진단은 시설물의안전관리에관한특별법 에따라 2001년, 2006년에실시하였으며보강거더부바지선충돌로인한긴급안전정밀진단을 2006년과 2007년두차례실시하였다. 안전진단결과안정성평가등급은 A 등급이었으며, 상태평가등급도 B 등급으로일부부분보수 보강이필요하나구조적안전성에영향이없으며, 내하력검토결과 2등교 (DB-18) 를만족하는것으로평가되었다. 개요 2006년 9월 시설물의안전관리에관한특별법 에따른정밀안전진단용역시행 [ 표 2.2] 안전진단이력 2006 년 11 월 (1 차사고 ) 2007 년 9 월 (2 차사고 ) 중앙부케이블정착단 (HE17) 및보강거더에바지선 (2000 톤급 ) Leg Pile 충돌로인한긴급정밀안전진단 중앙부케이블정착단 (HE11~13) 및보강거더에바지선 (3000 톤급 ) 에적재한 Jack-Pile 구조물충돌로인한긴급정밀안전진단 시설물종합평가등급 B ( 상태평가등급 : B, 안전성평가등급 : A ) B ( 상태평가등급 : B, 안전성평가등급 : A ) B ( 상태평가등급 : B, 안전성평가등급 : A ) 평가 교면포장노후화에따른열화 보강거더내부누수로인한체수및부식발생 케이블장력측정결과 충돌전후변화없음 보강거더충돌부국부균열발생 구조적안전성영향없음 내풍판변형및파손, 정착단손상및소켓밀림 안전진단결과일부부분보수 보강이필요하나구조적안전성에영향이없으며내하력검토결과 2 등교 (DB- 18) 를만족함. _ 277

5 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 보수 보강이력안전진단결과에따른구조물결함및손상정도는도장손상, 댐퍼파손, 미세균열등으로부분적인보수 보강만으로시설물의상태를유지하는데별무리가없는것으로확인되었다. 그러나 2006년과 2007년 2차례의바지선충돌 로인한보강거더및내풍시설파손, 케이블정착단파손이발생하여케이블교체및강판보강을실시하였다. 이러한보수 보강완료후에도안정성평가등급은 A 등급, 상태평가등급은 B 등급으로구조적안전성에영향이없으며, 내하력검토결과 2등교 (DB-18) 를만족하여구조물상태는양호한것으로평가되었다. 보도보도부난간 보강거더내부 보강거더외부 케이블정착단 2006 년 충돌로인한변형및파손 하단용접부파손 ( 긁힘 ) 및미세균열 (0.1mm 이하 ) 내풍시설변형및파손 정착단댐퍼파손 케이블정착단긁힘및도장손상 정착단보호덮개파손 케이블긁힘및도장파손 정착단보호강판미설치 [ 표 2.3] 보수 보강이력 결함및손상내용 내풍시설 2007 년 충돌로인한몰탈파손 충돌로인한변형및파손 도장막파손및용접에의한손상 부재변형 용접부균열 도장막파손 변형 변형및도장막파손 정착단손상 정착단너트밀림 댐퍼파손 정착단상부파손 정착단너트밀림및틈발생 소켓밀림 정착단손상 정착단너트밀림 소켓밀림 변형및파손재도장 보수공법 에폭시몰탈보수교체 / 재설치표면처리후재도장수직 / 수평보강재설치그라인딩 / 가우징보수용접 그라인딩후용접 표면처리후재도장강판보강 ( 미관제고 ) 육성용접후재도장교체 / 보수후재설치표면처리후재도장재설치표면처리후용접 / 재도장재설치표면처리후재도장재설치 부분적인보수 ( 육성용접, 도장 ) 후재사용 정착단교체소켓조사결과케이블교체 부분적인보수 ( 육성용접, 도장 ) 후재사용 278_ 제 19 호

6 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 설계기준검토 3.1 설계기준현황 진도대교는국내최초사장교로서설계당시장대교량에대한국내설계기준이정립되어있지않았으며, 설계당시설계기준, 사용재료및적용하중은아래와같다. [ 표 3.1] 설계기준 교량형식연장및폭원교량등급설계기준준공년도 3경간연속강바닥판사장교 L= =484m, B=11.7m( 왕복2 차로 ) 미국도로교시방서 (AASHTO spec.) 의 1 등교 (HS-20-44) 설계 국내도로교설계기준의 2 등교 (DB-18) 에해당 AASHTO, BS, DIN 1984년 10월 [ 표 3.2] 사용재료및강도 재질 사용부위 강도 STEEL SM50C 보강거더및주탑 490 MPa Cable Lock Coil Rope 사장재 1,310 MPa Concrete 40 MPa 탑기부앵커볼트정착부 40 MPa 28 MPa 교각및교대구체 28 MPa 철근 SD30/SD40 철근콘크리트부재 30 MPa/40 MPa 포장 Mastic Asphalt(50mm) 교면포장 - 앵커볼트 Macalloy Bar(Ø40) 탑기부 ( 앵커 ) 1,030 MPa [ 표 3.3] 적용하중 하중고정하중활하중풍하중온도하중 적용기준 고정하중 + 2차고정하중 ( 포장, 차량방호책, 난간, 가로등, 스포일러, 검사차레일 ) 각종자중 ( 강재, 난간, 포장, Spoiler 등 ) 포장하중 60mm 고려 ( 도면에 50mm 로명기하였으나, Tolerance 및재포장을감안계산시에는 10mm 할증적용 ) AASHTO HS-20-44( DB-18) 및보도활하중 영향선재하길이에따른충격계수고려 설계풍속 : 62.5m/sec (Characteristic Wind Speed) ( 당시풍속자료불충분으로도로교시방서제시값 50m/sec 에안전율 1.25 고려 ) Drag Coefficient : 1.2 교축방향풍하중 : BS5400 Part 2 에따름 ( 교축직각방향의 25%) (BS5400 Part 2 및중앙기상청제공자료에의함 ) 최고 / 최저온도 : +47 /-20 Cable - 타부재 보강거더내부 주탑내부 _ 279

7 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 설계기준검토진도대교는건설당시 AASHTO 설계기준에따라 1등교로건설되었다. 이는현재국내도로교설계기준의 2등교에해당되므로 1등교로성능향상을위해서는현시방기준에적합한활하중 DB-24, DL- 24 를적용할필요가있다. 또한국내장대교량의설 계기준은 2006년이전에는별도시방규정이없어 도로교설계기준 및각국시방기준을적용하였으나, 2006년 케이블강교량설계지침 이제정되어, 본성능개선에서는 도로교설계기준 및 케이블강교량설계지침 을적용하여설계하는것으로하였다. 설계당시와현시방기준에따른적용하중비교는아래와같다. [ 표 3.4] 주요적용하중비교 하중고정하중 설계당시 AASHTO 1 등교 (HS-20-44) 동일적용 현시방기준 ( 성능개선기준 ) 검토 도로교설계기준 1 등교 (DB-24, DL-24) 활하중 총중량 (W) = 325kN 324kN (DB-18) 총중량 (W) = 432kN 풍하중온도하중지진하중주탑경사 영향선재하길이에따른충격계수고려 설계풍속 : 62.5m/sec Drag Coefficient : 1.2 교축방향풍하중 : 교축직각방향의 25% 최고 / 최저온도 : +47 /-20 ( 강교온도변화 ) 적용안함 적용안함 영향선재하길이에따른충격계수고려 설계풍속 : 60.0m/sec Drag Coefficient : 1.2 최고 / 최저온도 : +50 /-10 ( 강교온도변화 ) 내진1등교기준적용 ( 도로교설계기준 ) δ=h/2,000=46.5mm 주탑시공오차 4. 성능개선설계 4.1 개요진도대교는현재중차량 (32.4tonf이상 ) 에대해서는통행제한이이루어지고있다. 장래교통량분석결과교통량증가로인해 2015년왕복 4차로의차선이요구되며, 이에따른차량의원활한소통흐름을 분석년도 [ 표 4.1] 년도별차로수산정결과 AADT 양방향차로수 2006년 13, 년 16, 년 21, 년 25, 년 30, _ 제 19 호

8 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 281 분석년도 [ 표 4.2] 연도별각교량서비스수준 기존진도대교 설계시간교통량 서비스수준설계시간교통량 제 2 진도대교 서비스수순 2006년 742대 / 시 D 851대 / 시 D 2010년 939 대 / 시 D 1,081대 / 시 D 2015년 1,168대 / 시 D 1,350대 / 시 E 2020년 1,367대 / 시 E 1,618대 / 시 E 2025년 1,678대 / 시 E 1,949대 / 시 E 위해서는모든차량의통행이허용되도록진도대교의성능개선필요성이시급히제기되고있다. 이에국내최초로사장교성능개선을실시하여예상교통수요를충족하고, 지역경제활성화및낙조와야경이아름답고다리아래의울돌목물살이장관을이루는관광명소로기능을발휘할수있도록하였다. 4.2 안전진단진도대교성능개선공사를위해구조물의물리적, 기능적결함을발견하고, 그에대한신속하고적절한조치를하기위하여구조적안전성및결함의원인등을조사 측정 평가하여손상등급을판정하며, 판정등급에따라보수 보강등의방법및시설물의보수범위등을정하여, 성능개선공사에필요한자료를제공하고자안전진단을실시하였다. 금회안전진단결과는아래와같다. 안전진단결과일부구간에서체수에따른부식및도장박리등이발견되었으나, 구조물의안전성에심각한영향을줄만큼의손상은발견되지않아기능발휘에지장이없고, 내구성증진을위하여일부의보수가필요한상태인구조물의상태는양호 (B등급 ) 한것으로평가되었다. 시설물종합평가등급 [ 표 4.3] 금회안전진단결과 B ( 상태평가등급 : B, 안전성평가등급 : A ) 내 용 주요진단결과 보강거더내 외부는도장시공불량, 볼트누락및체결불량등이일부구간조사 보강거더내부누수로인한체수및누수흔적발생 06년및 07 년에선박충돌부는보수 보강후추가진행이없는상태임. 주탑내부체수및일부구간부식발생 케이블및정착단은일부구간부식발생. 교량받침은부식발생, 받침몰탈파손, 주름커튼파손 신축이음장치는부식으로신축거동불량및완충재일부탈락 교대및교각에미세균열발생 콘크리트및강재비파괴시험결과전체적으로양호한상태 내하력평가결과 2등교로서내하력만족 평가 현상태에서의본교량의상태평가등급은 B등급으로평가되었으며, 안전성평가는 A등급으로평가되어상태평가와안전성평가중최저등급인 B등급을종합평가등급으로판정하였음. _ 281

)> < 보강거더내부 > <Link Shoe> < 케이블정착부 ( 주탑 )> <

3 성능개선설계 1등교성능향상을위해 도로교설계기준 및 케이블강교량설계지침

9 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 282 < 외부전경 > < 케이블정착부 ( 보강거더 )> < 보강거더내부 > <Link Shoe> < 케이블정착부 ( 주탑 )> < 윈드슈 ( 교대부 )> [ 그림 4.1] 현장사진 4.3 성능개선설계 1등교성능향상을위해 도로교설계기준 및 케이블강교량설계지침 등현시방기준에적합한설계활하중 (DB-24, DL-24) 및기타하중을적용하였으며, 구조물의보수 보강여부를판단하고자성능개선전구조검토를실시하였고, 구조물안전성확보를위해성능개선후구조검토를실시하였다 성능개선전검토 성능개선전구조해석에사용되는초기장력값은안전진단에서측정한장력값을도입하였으며, 1등교활하중 DB-24, DL-24를적용하였다. 완성계해석시충격계수산정및유효폭산정을위한등가지간장의결정은영향선해석을수행하여해당부재별로최대효과가발생하는재하길이에따라각단면별로산정하여적용하였다. 또한축력과휨모멘트를동시에받는구조이므로좌굴해석을통한유효좌굴길이를산정하여허용응력산출에반영하였다. 1) 해석모델링 [ 그림 4.2] 전체계모델링 282_ 제 19 호

20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps 2012.12.26 20:3 페이지 283 2) 보강거더검토 - 강바닥판검토 [ 표 4.

1( 인장 ) -191.4( 압축 ) 190 N.G 검토부위 [ 표 4.

10 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 283 2) 보강거더검토 - 강바닥판검토 [ 표 4.4] 강바닥판응력검토 발생응력 (MPa) 허용응력 Top Bottom (MPa) 검토 종리브 ( 중앙부 ) -45.7( 압축 ) 177.9( 인장 ) 190 O.K 종리브 ( 지점부 ) 49.1( 인장 ) ( 압축 ) 190 N.G 검토부위 [ 표 4.5] 강바닥판피로검토 재하경로 피로응력범주 발생응력 (MPa) 허용응력 (MPa) 1 U-Rib 와가로리브의필렛용접부 다재하 C N.G 2 바닥판과 U-Rib 의필렛용접부 다재하 B O.K 3 U-Rib와 U-Rib의종방향연결부 다재하 B N.G 검토 - 보강거더응력검토 [ 그림 4.3] 단면력도 _ 283

20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps 2012.12.26 20:3 페이지 284 [ 표 4.

913-191.4 239.5 270 중앙부 0.480 0.510 0.482-240.4 183.7 270 3) 주탑검토 [ 표 4.7] 주탑응력검토 연단응력 (f/fa) 안정검토 하단부 0.

11 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 284 [ 표 4.6] 보강거더응력검토 보강거더응력검토강바닥판합성응력검토상연응력 (f/fa) 하연응력 (f/fa) 안정검토압축응력 (MPa) 인장응력 (MPa) 허용응력 (MPa) 주탑부 중앙부 ) 주탑검토 [ 표 4.7] 주탑응력검토 연단응력 (f/fa) 안정검토 하단부 상단부 ) 케이블검토 허용응력 90% 이상 : 42ea 허용응력 95% 이상 : 12ea 허용응력초과 : 4ea 횡리브보강을고려한추가하중을적용한경우 허용응력 95% 이상 : 22ea 허용응력초과 : 8ea [ 그림 4.4] 케이블응력검토 284_ 제 19 호

12 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 285 5) 받침검토 [ 표 4.8] 받침검토 연직반력 (kn) 교축직각방향반력 (kn) 교축방향반력 (kn) Max 적용받침 Max 적용받침 Max 적용받침 S1 - link - link - link A1 S2 - Wind 1,495 1,000( 초과 ) - Wind S3 - link - link - link S1 3,303 2,500( 초과 ) - 양방향 - 양방향 PY1 S2 - Wind 6,067 2,500( 초과 ) - 일방향 S3 3,263 2,500( 초과 ) - 양방향 - 양방향 S1 3,204 2,500( 초과 ) - 양방향 - 양방향 PY2 S2 - Wind 6,067 2,500( 초과 ) 4,281 5,500( 만족 ) S3 3,191 2,500( 초과 ) - 양방향 - 양방향 S1 - link - link - link A2 S2 - Wind 1,487 1,000( 초과 ) - Wind S3 - link - link - link 6) 검토결과현재설계기준을고려한성능개선전구조해석결과보강거더및주탑은허용응력이내로구조안전성을확보하는것으로확인되었다. 강바닥판의경우현재 4.25m간격으로충복식다이아프램이설치되어종리브의지점역할을수행하고있으며, 1등교성능향상에따른종리브검토결과허용응력및피로응력을초과하는것으로나타났다. 또한케이블검토결과일부구간에허용응력을초과함을알수있었다. 케이블의경우허용응력은현시방기준 0.45fs보다작은 0.4fs를적용하였으며, 이는 LCR 케이블의경우피로응력범위가작고제조방식이 Hot Casting임을고려한것이다. 받침검토결과성능개선에따른연직하중증가로연직받침이기존용량을초과하는것으로나타났으며, 횡방향하중에대해서도용량을초과하는것으로나타났다. 횡 방향하중의경우설계당시풍하중이 BS 코드에의해산정되어현시방기준보다는작은값의하중이고려된것으로판단된다. 그외에내진해석결과대상지역이지진구역계수 II에해당됨으로써지진하중의영향은상대적으로상시하중보다작아현설계기준을만족하는것으로나타났으며, 교대및교각의안전성검토결과도현설계기준을만족하는것으로나타났다. 따라서성능향상을위해일부부재는성능개선대책이필요한것으로검토되었다 성능개선후검토성능향상에따른성능개선전구조해석결과대부분의부재가현설계기준을만족하는것으로나타났으나, 일부부재에서성능조건을만족하지못하는것으로나타났다. 진도대교는안전진단결과시설물의 _ 285

20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps 2012.12.26 20:3 페이지 286 상태가양호하여구조물의기능발휘에지장이없는것으로평가되었고, 현재까지제2진도대교가 1등교로서충분한역할을수행함으로써교통흐름에지장 을주지않아현재교량의일부를보수 보강하여등급을상향조정하는것으로하였다. [ 표 4.

13 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 286 상태가양호하여구조물의기능발휘에지장이없는것으로평가되었고, 현재까지제2진도대교가 1등교로서충분한역할을수행함으로써교통흐름에지장 을주지않아현재교량의일부를보수 보강하여등급을상향조정하는것으로하였다. [ 표 4.9] 보강거더응력검토 ( 성능개선후 ) 보강거더응력검토강바닥판합성응력검토상연응력 (f/fa) 하연응력 (f/fa) 안정검토압축응력 (MPa) 인장응력 (MPa) 허용응력 (MPa) 주탑부 중앙부 [ 표 4.10] 주탑응력검토 ( 성능개선후 ) 연단응력 (f/fa) 안정검토 하단부 상단부 ) 보강거더보강거더는 1개의제형박스단면인강바닥판상자형으로구성되어있으며, 내풍안정성확보를위해중앙지간부에스포일러가설치되어있다. 보강거더내부는 4.25m 간격으로충복식다이아프램이설치되어종리브의강지점역할을수행하고 있다. 등급상향에따른강바닥판검토결과종리브의응력및피로응력을초과하였으며, 이에따른바닥판안전성확보를위해다이아프램부사이에횡리브를추가설치하여바닥판지간을감소시켜발생응력을감소하도록하였다. [ 그림 4.5] 보강거더횡단면도 286_ 제 19 호

20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps 2012.12.26 20:3 페이지 287 1 횡리브형식검토진도대교의경우기가설된교량을보강하는것으로써현재부재의손상을최소화하고, 협소한내부작업공간을고려한보강대책이필요하다. 일반적으로횡리브단면은 I형단면으로이루어져있다. I형단면은바닥판과일체구조이며종리브의탄성지지점역할을수행하여보강거더복부에의해단순지지된다.

이를고려하여바닥판과의용접을배제함으로써열변형최소화가가능하고포장부파손이발생하지않으며부재규모감소에따른운반및시공성이유리한트러스형식을제안하였다. [ 표 4.

14 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 횡리브형식검토진도대교의경우기가설된교량을보강하는것으로써현재부재의손상을최소화하고, 협소한내부작업공간을고려한보강대책이필요하다. 일반적으로횡리브단면은 I형단면으로이루어져있다. I형단면은바닥판과일체구조이며종리브의탄성지지점역할을수행하여보강거더복부에의해단순지지된다. 따라서 I형단면은바닥판과의용접이필요하며 지간길이가길어질경우부재의형고가증가하게된다. I형단면검토결과지간길이증가에따른높이 (H=700mm) 가증가하고하부플랜지고려시트랙형개구부 (800x500) 로의운반이어렵고, 바닥판과의용접에따른열변형및포장부파손등이우려된다. 이를고려하여바닥판과의용접을배제함으로써열변형최소화가가능하고포장부파손이발생하지않으며부재규모감소에따른운반및시공성이유리한트러스형식을제안하였다. [ 표 4.11] 횡리브형식검토 횡단면도 특징 1 안 일반적인횡리브 용접에따른바닥판열변형우려 부재크기증가로시공성불리 2 안 트러스형횡리브 바닥판과의용접배제로열변형최소화 부재크기가작아서시공성향상 2 횡리브연결방식검토횡리브는종리브에서발생하는전단력을지지할수있도록하여야한다. 따라서종리브전단력을확실히지지할수있도록종리브와횡리브의연결을필요로한다. 1안은횡리브가종리브를직접하단에서지지하도록하였으며이경우종리브하단부곡률에응력집중이발생하여하중이곡률부에도달하기직전원형 철근을통해횡리브에하중이전달되도록원형철근을용접하도록하였다. 이러한방식은하단부를지지함으로써전단력전달방식이유리하나용접양이많아지고철근의종방향끝단부피로등급이낮아피로에대한대책을필요로한다. 또한횡리브와종리브사이의간극에발생으로시공오차및유지관리에불리하다할수있다. 2안의경우종리브복부에보강판을용접하고횡리브보강판과볼트로체결하도 _ 287

종리브하단철근용접으로현장용접이많고, 종리브하단간극발생대책필요 종리브복부에보강판을용접하여횡리브보강판과볼트로체결 종리브복부보강판용접부는피로등급 (C) 상향으로변동응력에유리

15 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 288 록하였으며, 이경우종리브복부판용접부피로등급이상향되고소부재용접후횡리브를연결함으로 써원부재에용접최소화및시공성이향상되어연결방식은 2안으로제안하였다. [ 표 4.12] 횡리브연결방식검토 1 안 2 안 종리브와연결방식특징 종리브하단부와횡리브는철근에의해용접 종리브하단부철근용접부는피로등급 (E) 이낮아변동응력에불리 종리브하단철근용접으로현장용접이많고, 종리브하단간극발생대책필요 종리브복부에보강판을용접하여횡리브보강판과볼트로체결 종리브복부보강판용접부는피로등급 (C) 상향으로변동응력에유리 종리브복부보강판용접으로현장용접이작고, 종리브하단이격으로간극발생대책불필요 3 해석결과 [ 그림 4.6] 성능개선보강거더횡단면도 트러스형횡리브의경우횡리브변형이미소하여 허용응력을만족하는것으로나타났다. 강지점으로고려하였으며, 응력및피로검토결과 [ 표 4.13] 강바닥판응력검토 발생응력 (MPa) 허용응력 Top Bottom (MPa) 검토 종리브 ( 중앙부 ) -31.2( 압축 ) 112.8( 인장 ) 190 O.K 종리브 ( 지점부 ) 19.7( 인장 ) -71.4( 압축 ) 190 O.K 288_ 제 19 호

20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps 2012.12.26 20:3 페이지 289 검토부위 [ 표 4.

K 2 바닥판과 U-Rib 의필렛용접부 다재하 B 40.6 112 O.K 3 U-Rib와 U-Rib의종방향연결부 다재하 B 70.4 112 O.K 검토 [ 표 4.

9mpa 2) 케이블케이블은도쿄로프사에서제작한 Locked Coil Rope로 Ø56, Ø66.

16 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 289 검토부위 [ 표 4.14] 강바닥판피로검토 재하경로 피로응력범주 발생응력 (MPa) 허용응력 (MPa) 1 U-Rib 와가로리브의필렛용접부 다재하 C O.K 2 바닥판과 U-Rib 의필렛용접부 다재하 B O.K 3 U-Rib와 U-Rib의종방향연결부 다재하 B O.K 검토 [ 표 4.15] 강바닥판상세검토 모델링보강판 (SM520) 응력검토격점부 (SM490) 응력검토 feff=240.2 < fa=254.1mpa feff=94.9 < fa=229.9mpa 2) 케이블케이블은도쿄로프사에서제작한 Locked Coil Rope로 Ø56, Ø66.5, Ø76, Ø87의 4종류가사용되었으며, 측경간에각각 6개의 Back Stay와 2 개의 Stay 그리고중앙경간에 9개의 Stay가교축및횡축에대하여대칭으로구성되어총 68 개로이루어져있다. 케이블장력은 2001년정기안전점검, 2006년정기및긴급안전점검, 2007년긴급안전점검총 4회에걸쳐측정되었으며, 최대장력차이는 8.563tonf 으로온도에의한케이블장력오차가약 10tonf 이내인점을고려한다면구조적인안전성에문제를야기할만한장력변화는없는것으로평가되었다. [ 그림 4.7] 케이블배치도 _ 289

20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps 2012.12.26 20:3 페이지 290 [ 그림 4.8] 케이블장력이력도 [ 그림 4.

가발생 ( 그림케이블검토참조 ) 하는것으로나타났다. 현재진도대교는약 27 년이경과하였으나케이블장력측정결과장력변화가 8.

17 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 290 [ 그림 4.8] 케이블장력이력도 [ 그림 4.9] 케이블장력검토 등급상향에따른케이블검토결과허용응력대비 95% 이상은 12 개, 허용응력대비 100% 이상은 4개 ( 중앙경간 J(H)16) 가발생 ( 그림케이블검토참조 ) 하는것으로나타났다. 현재진도대교는약 27 년이경과하였으나케이블장력측정결과장력변화가 8.5tonf 이내로그변화값이온도변화에의한오차범위이내로케이블의상태는양호한것으로판단된다. 따라서케이블은허용응력을기준으로허용응력을초과하는케이블에대해서보강하는것으로하였다. 290_ 제 19 호

20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps 2012.12.26 20:3 페이지 291 케이블보강방법으로케이블을교체하는방법과케이블장력을재조정하는방법을고려하였다. 케이블을교체하는방법은신규케이블적용으로케이블건전성확보가유리할것으로판단되어지나자재수급의어려움, 규격변경에따른정착부변경및교체에따른경제적, 시간적손실등이크게발생할것으로판단된다.

18 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 291 케이블보강방법으로케이블을교체하는방법과케이블장력을재조정하는방법을고려하였다. 케이블을교체하는방법은신규케이블적용으로케이블건전성확보가유리할것으로판단되어지나자재수급의어려움, 규격변경에따른정착부변경및교체에따른경제적, 시간적손실등이크게발생할것으로판단된다. 이와반대로케이블장력을재조정하는경우이러한경제적, 시간적손실을최소화할수있고시공성도크게향상될수있으나, 구조물의안전성이확보되어야한다. 본검토에서는횡리브추가하중을고려하여장력을재조정하고, 1등교활하중을고려한케이블검토 결과허용장력대비 84.2%~97.4% 로허용장력을만족하는것으로나타났다. 따라서케이블은장력을재조정하여성능개선하는것으로하였다. 3) 교량받침교량받침배치상태를살펴보면주탑양측변에각각 2개씩 4개의양방향포트받침이배치되어있으며, 교대와주탑중앙부에각각 1개씩 4개의윈드받침이배치되어있다. 이중해남측주탑 (PY2) 중앙부윈드받침은교축방향도함께고정되어있으며, 교대의양측면에는부반력에저항할수있는 Link가배치되어있다. [ 그림 4.10] 현진도대교받침배치도 [ 그림 4.11] 제 2 진도대교받침배치도 [ 그림 4.12] 성능개선진도대교받침배치도 _ 291

19 20-274~292 설계 04 진도대교 1.ps :3 페이지 292 교량받침검토결과성능개선에따른하중증가로연직하중은초과하는것으로나타났으며, 횡방향풍하중의경우에도용량을초과하는것으로나타났다. 진도대교와동일한쌍둥이교량인제2진도대교와의받침비교결과제2진도대교의윈드슈에비해진도대교가상대적으로작은용량이적용되어있음을알수있었다. 진도대교를현시방기준에적합한풍하중을산정하여검토한결과제2진도대교와유사한용량의윈드슈가산정되었고, 따라서용량초과뿐만아니라받침노후와에따른주름커튼및몰탈파손, 받침부식등을고려하여받침부는전면교체하는것으로하였다. 5. 결론 본진도대교는 1984년 10월에완공된국내최초의사장교로서설계당시 AASHTO 1등교인 HS 하중으로설계되어 27 년간국내설계기준 2 등교로써현재까지운행중에있다. 최근에는교통량증가및트럭의대형화로교량의법적통과하중이증가하였고, 이에 2등교에서 1등교로의등급상향의필요성이시급히제기되어성능향상을위한실시설계를실시하였으며, 제2진도대교와더불어교통량을효율적으로처리할수있도록하였다. 성능개선을위해현재설계기준에적합한 1등교 (DB-24, DL-24) 활하중을고려한구조해석결과보강거더, 주탑및하부구조의안전성은확보되었으나, 강바닥판, 케이블및교량받침은허용응력을초과하는것으로나타났다. 이를위해현재구조물안전진단결과에따라시설물상태가양호하여보수 보강을통해성능을향상시키는것으로하였다. 성능개선을위한보강거더바닥판은종리브지간장감소를위해다이아프램사이에트러스형횡리브를설치하였으며, 케이블은경제적, 시간적손실을최소화하도록장력을재조정하는것으로하였다. 또한교량받침은현재받침용량을모두초과하여전면교체하는것으로하였다. 최근에급격한경제성장에따른교통량증가및차량대형화로인해도로의교통수요는크게증가하고있다. 이러한통행량증가는기존교량의내하력증진의필요성을크게증가시키고있으며, 이를위해서는교량의철거후전면재시공또는보수 보강을필요로한다. 본진도대교는이러한요구에부응하여기존교량을전면재시공하지않고적당한보수 보강을통해 1등교로상향조정하도록하였다. 따라서주요부재의상태가양호하고구조적으로가능한경우교량에적절한보강방안을고려하여성능을개선한다면경제적, 시간적손실을최소화할수있을뿐아니라중차량통과제한에따른지역개발의발전에제약이되는노후화교량의성능개선에많은기여를할수있으리라판단된다. 292_ 제 19 호

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<BCB3B0E8B0CBBBE72031C0E5202D204D4F4E4F C2E687770> I-BEAM 강도계산서 1. 사양 & 계산기준 * 정격하중 (Q1) = 5000.00 KG * HOIST 자중 (W1)= 516.00 KG * 작업계수 (Φ) = 1.1 * 충격계수 (ψ) = 1.10 * HOOK BLOCK WEIGHT (W2) = 20 KG * HOISTING SPEED (V) = 3.25/1 M/MIN * TRAVERSING SPEED