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1. 검토 개요
주탑 및 교각의 기둥해석에서 기존 설계방식은 휨-압축 검토에 따른 주철근량 산정 후, 해당 단면에 대해 비틀림에 의한 필요 철근 이상이면 만족하는 설계로 진행되었다.
하지만, 설계기준에 의거 비틀림에 의해 유발되는 종방향 철근량은 휨-압축 검토의 주철근량에 추가하여야 한다고 판단되며, 「도로교설계기준(한계상태설계법) 해설(2015)」에 따르면 비틀림 검토 제외 규정도 삭제 되었다.
(「도로교설계기준 해설(2008)」에서는 계수 비틀림모멘트가 균열 비틀림모멘트의 1/4 보다 작은 경우 비틀림의 영향을 무시할 수 있다는 내용이 있음)
따라서, 주탑 및 교각 등의 큰 압축력을 받는 기둥부재에 대해서 합리적인 설계방법을 검토하고, 구조계산서 작성이 용이한 방법으로 종방향 비틀림에 의한 추가 철근량을 산정하여 반영토록 한다.
2. 검토 단면
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주철근량 (As = 158,030 mm2)
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외측 H29@125
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내측 H29@125
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3. 설계 변수
가. 설계 기준 (도로교설계기준-한계상태설계법)
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나. 압축 스트럿 경사각
「도로교설계기준(한계상태설계법) 해설(2015)」의 해설내용에 따르면 스트럿 경사각은 설계자 판단임
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비틀림에 의해 유발되는 종방향 철근량이 크게 발생되는 22°, 혹은 순수 비틀림에 해당하는 45°에 대한 명확한 구분이 어려움 (기둥부재 전체 단면이 압축상태로 볼 수 없음)
따라서, 평균값인 33.5°에 대한 안전측으로 압축 스트럿 경사각을 30°로 설정함
다. 추가 모멘트 팔길이
비틀림에 의해 유발되는 종방향 추가 철근량은 해당 단면에 대한 모멘트 팔길이를 적용하여 교축방향 및 교직방향 모멘트로 환산하는 방법으로 추가하며, 설계하중 Case별 동시발생 비틀림력으로 환산함
추가 모멘트 계산시 팔길이는 비틀림이 발생하는 단면의 전단류로 정하고, 교축방향 및 교직방향의 벽체 중심선 간의 거리로 결정함
라. 교축 및 교직방향별 추가 모멘트 비율
교축방향 및 교직방향에 대한 추가 모멘트 비율은 비틀림을 제외한 발생 모멘트 비율로 산정하며, 2축 방향에 대한 휨-압축 검토를 고려하여 모멘트 제곱비로 산정함
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마. 계산식 및 설계단면력
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비틀림에 의해 유발되는 종방향 추가 철근량에 대한 추가 모멘트 계산과정은 설계하중 Case별로 테이블 처리 후, 설계 단면력 집계에 바로 반영함
4. 검토 결과
가. 압축 스트럿 경사각에 따른 결과
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나. 방향별 모멘트 비율에 따른 결과
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검토 결론
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비틀림에 의해 유발되는 종방향 추가 철근량은 해당 단면에 대한 방향별 모멘트로 환산하여 기둥부재의 휨-압축 검토에 반영하는 방법으로 그 영향을 고려할 수 있다.
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검토단면에 대한 종방향 비틀림 필요철근량은 34,418 mm2으로 S29-54EA(34,690 mm2) 만큼 감소시킨 단면의 해석 결과는 F.S = 1.00로 나타났다.
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이에 상응하는 단면 검토결과 F.S = 0.99의 설계방법으로 비틀림의 영향을 고려해도 상기 결과와 비슷한 검토결과를 도출하였다.
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출처 및 참고자료
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도로교 설계기준(한계상태설계법) 해설 (2015)
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도로교 설계기준 해설 (2008)
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