제1장 철근콘크리트 구조

1.0 유튜브

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1.1 정의

철근콘크리트란 콘크리트와 철근이 일체가 되어 외력에 저항하는 구조로, 콘크리트는 압축에 강하나 인장에는 약하기 때문에 인장 부위에 철근을 배치하여 보강한다. 철근과 콘크리트가 함께 작용하도록 설계된 구조를 말하며, 이를 Reinforced Concrete(RC) 또는 Reinforced Cement Concrete(RCC)라 한다.

Table 1.1.1 응력과 강도

응력(stress)	강도(strength)
균열 발생 응력인 휨파괴강도 \(f_r = 0.63 \sqrt{f_{ck}} = 0.63 \sqrt{40} = 4 \text{MPa} \)	콘크리트 인장강도 4 MPa 콘크리트 압축강도 40 MPa 철근 인장항복강도 400 MPa

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1.2 성립 이유

철근콘크리트가 유효한 구조체로 성립할 수 있는 이유는 다음 세 가지 주요 요소 때문이다.

1.2.1 일체성

콘크리트와 철근 간의 부착력이 강하여 일체 거동이 가능하다. 이형철근을 사용함으로써 접착성이 강화된다.

콘크리트와 철근 상호 간의 부착강도가 커서 이질의 재료임에도 불구하고 일체 거동을 할 수 있다. 특히 현재 사용되는 철근은 異形이형(deformed; 요철, 凹凸)으로 만들어져 단면의 형상이 부착성을 향상시킬 수 있도록 리브(rib) 및 마디(node)가 설치되어 있다.






1.2.2 내수성 및 내구성

철근은 콘크리트의 알칼리성 환경 속에서 부식이 억제되며, 이는 수화반응을 통해 생성된 수산화칼슘($Ca (OH)_2$)이 보호막(부동태 피막) 역할을 한다.

• 철근의 부동태 피막(不動態皮膜, Passive Film)
  한자를 직역하면 "움직이지 않는 상태(부동태; 화학적으로 반응(부식)하지 않는 안정한 상태)의 겉껍질 막"이다. 강알칼리성(pH 12~13) 콘크리트 환경에서 철근 표면에 형성되는 얇은 산화막($Fe_2 O_3$)이다. 이 피막은 철근이 산소 및 물과 반응하여 녹(부식)이 슬지 않도록 보호하는 역할을 하며, 콘크리트의 중성화나 염해로 인해 파괴되면 부식이 시작된다.

피복에 의해 콘크리트 속에 묻혀 있는 철근은 구조수명 동안 부식하지 않는다. 이것은 알칼리성의 콘크리트에 의해 철근의 부식이 방지되기 때문이다. 콘크리트를 구성하는 성분 중 하나는 물이다. 물 속에 철근이 있다면 부식이 쉽게 발생하지만 물(H₂O)과 시멘트(CaO, 산화칼슘·산화석회)가 화학반응(즉, 수화반응)을 일으켜 강알칼리성(pH 12–14)인 수산화칼슘 Ca(OH)₂를 생성하여 철근을 부식으로부터 보호한다.

▪ 시멘트 수화반응

CaO + H₂O → Ca(OH)₂
산화칼슘(칼슘 옥사이드) + 물 → 수산화칼슘(칼슘 하이드록사이드)

그러나 균열 발생 등으로 인해 이산화탄소(CO₂)가 침투하면 탄산칼슘 CaCO₃이 생성되고 콘크리트를 중성화(pH 8.5–10)시키며 철근은 녹슬게 된다.

▪ 콘크리트 중성화

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O
수산화칼슘(칼슘 하이드록사이드) + 이산화탄소(카본 디옥사이드) → 탄산칼슘(칼슘 카보네이트) + 물

[참조] 백화/백태(白苔) 현상(Efflorescence)
• 콘크리트나 시멘트 모르타르 등으로 만들어진 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이 잉여수(水)와 함께 콘크리트 표면으로 이동한다.
• 이후 잉여수(水)가 증발하고 표면에 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이 잔존한다.
• 이 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이 이산화탄소(CO₂)를 흡수하고, 물이 증발하면서 탄산칼슘(CaCO₃)(즉, 백태)이 얼룩과 결정으로 남는 현상이다.



[참조 2-1] 시멘트의 구성

• 산화칼슘(생석회; CaO) = 63%
• 이산화규소(실리카; SiO₂) = 23%
• 알루미나(산화 알루미늄; Al₂O₃) = 6%
• 기타 = 8%

[참조 2-2] CaO (산화칼슘, Calcium Oxide)

산소와 칼슘의 화합물로 생석회(生石灰)라고 하며, 영문으로는 Quick Lime이라 한다. 석회석(탄산칼슘, CaCO₃; limestone)을 높은 온도(약 900℃ 이상)로 가열하면 이산화탄소(CO₂)를 잃으며 생성된다.

CaCO₃ → CaO + CO₂
탄산칼슘(칼슘 카보네이트) → 산화칼슘(칼슘 옥사이드) + 이산화탄소(카본 디옥사이드)

[참조 2-3] 알칼리골재반응 (Alkali–Aggregate Reaction)

콘크리트를 구성하는 골재(모래와 자갈)가 물과 시멘트 중의 알칼리물질과 반응하여 골재가 비정상적으로 팽창하는 현상이다. 이것이 진행되면 골재의 팽창에 의해 콘크리트의 귀갑상(龜甲狀; 거북의 등 모양) 균열이 많이 생겨 재료의 내구성과 건조물의 미관을 현저하게 손상시키므로 콘크리트의 “암” 등으로 불린다. (출처: https://www.scienceall.com/)

시멘트 중의 알칼리 성분 + 골재(모래와 자갈) 중의 실리카 성분 → 실리카젤 + 수분흡수 → 팽창 → 균열 발생




1.2.3 팽창계수

철근과 콘크리트의 열팽창계수가 유사하여 온도 변화에 따른 변형 차이가 작다.

콘크리트와 철근은 열팽창계수(coefficient of thermal expansion)이 거의 같다. 콘크리트의 열팽창계수는 약 1.0 ~ 1.3 × 10^-5 m/m℃이고, 철근의 열팽창계수는 약 1.2 × 10^-5 m/m℃이다. 서로 비슷한 열팽창계수를 가지고 있어 온도에 의한 수축 및 팽창량이 비슷하여 콘크리트와 철근의 부착성을 향상시켜 준다.

[참조 3-1] 열팽창계수(coefficient of thermal expansion)

▪ 열팽창계수(coefficient of thermal expansion) 또는 선팽창계수(coefficient of linear expansion)

열팽창계수는 약 1.25 × 10^-5 m/m℃인 길이 20m인 콘크리트 벽체가 40℃ 온도차의 영향을 받을 때 발생될 수 있는 균열은 10mm 이다.

(1.25 × 10^-5 m/m℃) (20 m) (40 ℃) = 0.01 m = 10 mm



[참조] 줄눈(Joint)
• 수축 줄눈(Control Joint, 조절 줄눈):
불규칙한 균열 방지를 위해 표면에 35mm 이상의 삼각 홈을 두어 5m 이내, 혹은 4.5~6m 간격으로 설치
• 신축 줄눈(Expansion Joint, EJ):
구조물 전체의 온도 팽창/수축을 고려하여 20~30m 간격으로 설치




[예제] 1.2

[예제] 구조원리

철근콘크리트의 구조원리로 가장 부적당한 것은?

(1) 철근과 콘크리트는 부착력이 양호하다.

(2) 철근과 콘크리트의 열팽창계수가 거의 같다.

(3) 철근은 인장력을 부담하고, 콘크리트는 압축력을 부담한다.

(4) 강재는 가능하면 많이 사용하고 콘크리트는 될 수 있으면 적게 사용하는 것이 유리하다.

[풀이]

(4) 철근과 같은 강재류는 구조계산에 의한 적정량을 사용하도록 규정하고 있다.

[답] 4




[예제] 구조원리(2020년 토목기사 3회)

철근콘크리트구조에 관한 설명 중 가장 부적당한 것은?

(1) 철근과 콘크리트의 선팽창계수는 거의 같다.

(2) 철근과 콘크리트의 응력전달은 철근 표면의 부착력에 의한다.

(3) 철근과 콘크리트의 탄성계수는 거의 같다.

(4) 철근은 콘크리트 속에서 녹이 슬지 않는다.

[풀이]

철근의 탄성계수는 콘크리트 탄성계수의 6 ~ 10배 정도이다.

\[ n = \frac{E_s}{E_c} = \frac{200,000}{8,500 \sqrt[3]{f_{ck} + \Delta f}} \]

예를 들어,

설계기준강도 \( f_{ck} = 30 \) MPa인 경우,

28일 평균강도 \( f_{cu} = f_{ck} + \Delta f = 30 + 4 = 34 \)이므로, 이 경우에 \( n \)은 다음과 같다.

\[ n = \frac{200,000}{8,500 \sqrt[3]{30 + 4}} = 7.26 \]

[답] 3




[예제] 구조원리(2018년 토목기사)

철근콘크리트가 성립하는 이유에 대한 설명으로 잘못된 것은?

(1) 철근과 콘크리트와의 부착력이 크다.

(2) 콘크리트 속에 묻힌 철근은 녹슬지 않고 내구성을 갖는다.

(3) 철근과 콘크리트의 무게가 거의 같고 내구성이 같다.

(4) 철근과 콘크리트는 열에 대한 팽창계수가 거의 같다.

[풀이]

동일한 체적(\(1 \, \text{m}^3\))에 대해 철근이 콘크리트보다 \(\frac{78}{23} = 3.4\)배 무겁다.

• (1) 콘크리트의 단위중량: \(23 \, \text{kN/m}^3\)
• (2) 철근의 단위중량: \(78 \, \text{kN/m}^3\)
• (3) 철근콘크리트의 단위중량:
  • 1) 건축, 철근비 2.0%: \(24 \, \text{kN/m}^3\)
  • 2) 토목, 철근비 2.5%: \(24.5 \, \text{kN/m}^3\)

[답] 3




[예제] 철근콘크리트 성립 조건 – 틀린 것 찾기 (2021년 토목기사)

철근콘크리트가 성립되는 조건으로 틀린 것은?

① 철근과 콘크리트 사이의 부착강도가 크다.

② 철근과 콘크리트의 탄성계수가 거의 같다.

③ 철근은 콘크리트 속에서 녹이 슬지 않는다.

④ 철근과 콘크리트의 열팽창계수가 거의 같다.

[풀이]

① 부착강도: 철근(특히 이형철근)과 콘크리트 사이의 부착강도가 크기 때문에 두 재료가 일체 거동한다. → 맞음

② 탄성계수: 철근의 탄성계수(\(E_s\))와 콘크리트의 탄성계수(\(E_c\))는 거의 같지 않다. 철근은 약 6~8배 크다. → 틀림

\[ n = \frac{E_s}{E_c} = \frac{200{,}000 \text{ MPa}}{25{,}000 \text{ MPa}} \approx 6 \sim 8 \]

③ 내식성: 콘크리트의 강알칼리성 환경(pH 12~13)이 철근 표면에 부동태 피막을 형성하여 부식을 억제한다. → 맞음

④ 열팽창계수: 콘크리트와 철근의 열팽창계수가 각각 약 \(1.0 \sim 1.3 \times 10^{-5}\,\text{/℃}\)와 \(1.2 \times 10^{-5}\,\text{/℃}\)로 거의 같아, 온도 변화 시 두 재료 사이에 상대 변형이 거의 발생하지 않는다. → 맞음

성립 조건	철근	콘크리트	판정
부착강도	이형철근의 리브·마디로 높은 부착력 확보		✓ 맞음
탄성계수	\(E_s \approx 200{,}000\) MPa	\(E_c \approx 25{,}000\) MPa	✗ 약 8배 차이
내식성 (부식)	알칼리성 환경 → 부동태 피막 → 녹 방지		✓ 맞음
열팽창계수	\(1.2 \times 10^{-5}\,\text{/℃}\)	\(1.0 \sim 1.3 \times 10^{-5}\,\text{/℃}\)	✓ 거의 같음

[답] ②

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1.3 장점과 단점

(1) 장점

• 재료가 저렴하여 경제적이다.
• 유지관리와 보수가 용이하다.
• 거푸집을 이용한 다양한 형상 구현이 가능하다.
• 우수한 차음, 내화, 방진 성능을 갖는다.
• 부재 간 접합 없이 일체식 구조 형성이 가능하다.



(2) 단점

• 인장강도가 낮고 균열에 취약하다.
• 거푸집 및 지주 사용이 필수로, 공사비 비중이 높다.
• 자중이 크며, 장경간 구조물에 불리하다.
• 건조수축 및 크리프 등으로 인한 내구성 저하 가능성이 있다.
• 시공과 품질관리에 어려움이 따른다.
• 해체와 보강이 어려운 구조이다.



[예제] 1.3

[예제] 장단점

철근콘크리트 구조물에 대한 설명으로 가장 부적당한 것은?

(1) 자체 중량이 크다.

(2) 해체 및 철거가 용이하지 않다.

(3) 시공이 복잡하며 품질관리가 어렵다.

(4) 시공 후 내구연한이 너무 짧다.

[해설]

(4) 철근콘크리트 구조는 내화적이고 내구적이며 유지관리 비용이 적게 든다.

[답] 4




[예제] 장단점

철근콘크리트 구조의 특징에 관한 설명 중 가장 부적합한 것은 어느 것인가?

(1) 건식구조이므로 시공기간이 짧다.

(2) 조형성이 뛰어나다.

(3) 건조수축에 의한 균열발생이 쉽다.

(4) 내화성 및 내구성이 높다.

[풀이]

(1) 철근콘크리트 구조는 대부분 물을 사용하는 습식구조이므로 시공기간이 길다.

[답] 1




[예제] 장단점

철근콘크리트구조의 특성에 대한 설명으로 가장 부적합한 것은?

(1) 콘크리트는 강알카리성이므로 내구성 확보

(2) 철근에 대한 콘크리트의 피복으로 내화성 확보

(3) 콘크리트 경화에 소요시간이 필요하므로 공기가 비교적 김

(4) 강구조보다 좌굴(挫屈; buckling)에 따른 안정성 검토가 많이 필요

[풀이]

(4) 강구조보다 좌굴에 따른 안정성 검토가 더 적게 필요하다.

[답] 4




[예제] 장단점

철근콘크리트의 설명으로 가장 부적당한 것은?

(1) 내구성이 크다.

(2) 차음성능이 좋다.

(3) 무게가 무겁다.

(4) 크리프가 작다.

[해설]

(4) 소성변형인 크리프(Creep)와 건조수축이 다른 구조물에 비해 크다.

[답] 4

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1.4 주요 명칭

1.4.1 건축물

다음 그림에 철근콘크리트 구조물의 각 부의 명칭을 나타냈다. 힘의 흐름을 살펴보면, 라멘구조에서 슬래브(Supported slab, Suspended slab)에 작용한 하중은 보(Beam), 기둥(Column), 기초(Footing)의 순으로 내려가서 지반으로 전달된다.

• 슬래브 (Slab)
  지반 위에 설치되어 하중이 바로 지반에 전달되는 슬래브는 SOG(slab on grade) 슬래브라 하고 나머지 슬래브는 Supported slab 또는 Suspended slab라 한다.
• 보 (Beam)
  그림에서 보는 모두 Beam으로 표기되어 있지만, 우리나라에서는 기둥과 연결되는 보를 큰보(girder; main beam; 대들보)라 하고, 기둥과 연결되지 않는 보를 작은보(beam)라고 한다. 외곽으로 설치되는 보는 테두리 보(spandrel girder; spandrel beam)이라 하고, 창틀 또는 문틀 위에 설치되는 보를 인방보(door lintel; lintel beam)라 하며, 단면이 작은 보를 많이 설치하여 슬래브를 지지하는 보를 장선(joist; 長線; 장선보)라 한다.
• 벽 (Wall)
  토압 및 수압에 저항하는 지하외벽은 기초 벽(foundation wall), 지하 벽(basement wall), 옹벽(retaining wall) 등으로 불린다.
• 기초 (Footing)
  기초는 독립기초(spread footing), 줄기초(wall footing), 온통기초(mat foundation) 등으로 분류된다.










1.4.2 교량

• 교량 상부형식 종류 및 약자
• 교량 하부형식(교각) 종류 및 약자

교량(bridge)은 교각(pier), 교대(abutment), 거더(girder), 기초(foundation) 등의 부재(members)를 짜 맞춘 구조물이다.







1.4.2.1 교량 상부형식 종류 및 약자



===== 1. 거더교 =====

1. 거더교 (Girder Bridge)

거더(Girder)를 주요 지지 부재로 사용하는 교량으로, 국내에서 가장 일반적으로 사용되는 형식이다. 거더의 재료 및 단면 형상에 따라 다양하게 분류된다.

1.1 PSC 거더교

프리스트레스트 콘크리트(Prestressed Concrete)를 사용한 거더교로, 국내 도로교에서 가장 많이 사용되는 형식이다.

Table 1.1 PSC 거더교 종류

약자	명칭	단면 형태	표준 경간장	특징
PSCI	PSC I형 거더교 (PSC I-Girder)	I자형 단면	25~45 m	국내 가장 보편적, 공장제작·현장가설, 경제적
PSCB	PSC 박스거더교 (PSC Box Girder)	박스형 단면	30~60 m	비틀림 강성 우수, 곡선교·사교에 유리
PSCT	PSC T형 거더교 (PSC T-Girder)	T자형 단면	15~30 m	소경간, 비교적 구형(舊型) 형식
FCM	캔틸레버 공법 (Free Cantilever Method)	박스형 단면	80~200 m	교각에서 좌우 균형 시공, 장대교에 적용
ILM	압출공법 (Incremental Launching Method)	박스형 단면	30~60 m	교량 일측에서 거더를 밀어서 가설, 협소구간 유리
MSS	이동식 비계공법 (Movable Scaffolding System)	박스형 단면	30~50 m	이동식 거푸집으로 경간별 순차 시공

[참고] PSC (Prestressed Concrete) 란?

∙ 콘크리트에 미리 압축응력을 가하여 하중에 의한 인장응력을 상쇄시키는 공법이다.

∙ 프리텐션(Pre-tension): 긴장재를 먼저 긴장한 후 콘크리트 타설 → 공장제작에 적합 (PSCI 등)

∙ 포스트텐션(Post-tension): 콘크리트 경화 후 긴장재를 긴장 → 현장 제작에 적합 (FCM, ILM 등)




1.2 강(鋼) 거더교

강재(Steel)를 주재료로 한 거더교로, 경량이면서 장경간에 유리하다. 콘크리트 바닥판과 합성하여 강성을 높이는 합성형식이 일반적이다.

Table 1.2 강 거더교 종류

약자	명칭	단면 형태	표준 경간장	특징
SG (또는 SSB)	강판형교 (Steel Plate Girder Bridge)	판형(板形) I단면	30~100 m	강판을 용접·조립한 I형 거더, 합성형식 적용 일반적
SB	강박스거더교 (Steel Box Girder Bridge)	박스형 단면	50~200 m	비틀림 강성 우수, 곡선교·사교·장대교에 유리
CSB	합성형교 (Composite Steel Bridge)	강거더 + 콘크리트 바닥판	30~60 m	강거더와 RC 바닥판 일체 거동, 경제적
PSB	강PSC 합성교 (Pre-stressed Steel Bridge)	강거더 + PSC 바닥판	40~80 m	강과 PSC의 장점 결합




1.3 라멘교 (Rahmen Bridge)

상부구조(거더)와 하부구조(교각·교대)가 강결(剛結)되어 일체로 거동하는 형식이다. 받침이 없어 유지관리가 유리하다.

Table 1.3 라멘교 종류

약자	명칭	표준 경간장	특징
RB	RC 라멘교 (RC Rahmen Bridge)	10~25 m	소경간, 지하차도·박스구조에 주로 적용
PRB	PSC 라멘교 (PSC Rahmen Bridge)	20~50 m	받침 생략으로 유지관리 유리, 내진성 우수
SRB	강 라멘교 (Steel Rahmen Bridge)	30~70 m	강거더와 교각 강결, 경량·장경간 가능

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===== 2. 트러스교 =====

2. 트러스교 (Truss Bridge)

삼각형 단위 골조(트러스)로 구성된 교량이다. 부재가 인장·압축력만 부담하여 재료를 효율적으로 사용할 수 있으며, 주로 철도교와 장대교에 적용된다.

Table 2. 트러스교 종류

약자	명칭	표준 경간장	특징
TRB	트러스교 (Truss Bridge)	60~300 m	강재 트러스, 철도교·구(舊) 도로교에 많이 사용
PTB	프라트 트러스교 (Pratt Truss Bridge)	60~150 m	사재(斜材)가 인장 부담, 가장 일반적인 트러스 형식
HTB	하우 트러스교 (Howe Truss Bridge)	30~100 m	사재가 압축 부담, 목재 트러스에서 발전
WTB	워런 트러스교 (Warren Truss Bridge)	50~200 m	사재가 교호(交互)로 배치, 부재 수 적어 경량

▪ 트러스 형태 개요

  [프라트 트러스]
  ●━━━━●━━━━●━━━━●  ← 상현재(압축)
  ┃  ╲  ┃  ╲  ┃  ╲  ┃
  ┃   ╲ ┃   ╲ ┃   ╲ ┃  ← 사재(인장) / 수직재(압축)
  ●━━━━●━━━━●━━━━●  ← 하현재(인장)
    

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===== 3. 아치교 =====

3. 아치교 (Arch Bridge)

곡선형 아치 리브(Rib)로 하중을 지지하며, 주로 압축력으로 힘을 전달하는 구조이다. 미관이 우수하여 경관 교량에 자주 적용된다.

Table 3. 아치교 종류

약자	명칭	표준 경간장	특징
SAB	강 아치교 (Steel Arch Bridge)	100~500 m	강재 아치리브, 장대경간 가능, 미관 우수
CAB	콘크리트 아치교 (Concrete Arch Bridge)	50~300 m	콘크리트 아치, 압축력 활용, 내구성 우수
NB	닐슨 로웨 아치교 (Nielsen-Lohse / Bowstring Arch)	60~200 m	행어(Hanger)로 보강재와 아치 연결, 상로식
TAB	타이드 아치교 (Tied Arch Bridge)	80~250 m	수평력을 타이(Tie)로 처리, 연약지반 적용 가능

▪ 아치교 형태 개요

         ╭────────╮
       ╭╯    아치리브    ╰╮
      ╱  ┊  ┊  ┊  ┊  ┊  ╲
  ━━━●━━━━━━━━━━━━━━━━━━━●━━━   ← 보강거더(Stiffening Girder)
     ↑                   ↑
   교대·교각           교대·교각
    

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===== 4. 케이블 지지교 =====

4. 케이블 지지교

케이블로 상판을 지지하는 형식으로, 장대경간에 적합하다. 현수교와 사장교로 크게 구분된다.

4.1 현수교 (Suspension Bridge)

주탑(Tower) 사이에 걸친 주케이블(Main Cable)에서 행어(Hanger)를 내려 보강거더를 지지하는 형식이다. 초장대교량에 적합하다.

Table 4.1 현수교 종류

약자	명칭	표준 경간장	특징
SUB	현수교 (Suspension Bridge)	300~2,000 m 이상	주케이블 + 행어, 초장대경간, 국내 이순신대교·광안대교 등
ESUB	Earth-anchored 현수교	500 m 이상	케이블을 지중앵커로 고정, 가장 일반적인 현수교 형식
SSUB	자정식 현수교 (Self-anchored Suspension Bridge)	200~500 m	케이블 수평력을 보강거더로 처리, 앵커 불필요

▪ 현수교 구조 개요

     주케이블(Main Cable)
   ╭────────────────────────╮
  ╱   ┊  ┊  ┊  ┊  ┊  ┊  ┊   ╲    ← 행어(Hanger)
 ╱    ┊  ┊  ┊  ┊  ┊  ┊  ┊    ╲
●     ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━   ●   ← 보강거더
주탑                            주탑
        




4.2 사장교 (Cable-Stayed Bridge)

주탑에서 직접 사재케이블(Stay Cable)을 보강거더에 연결하는 형식이다. 현수교보다 강성이 높고, 중장대경간에 경제적이다.

Table 4.2 사장교 종류

약자	명칭	표준 경간장	특징
CSB	사장교 (Cable-Stayed Bridge)	200~1,000 m	사재케이블 직접 지지, 강성 높음, 국내 인천대교·서해대교 등
HCSB	하프 사장교 (Harp-type Cable-Stayed Bridge)	200~600 m	케이블이 평행 배치(하프형), 미관 우수
FCSB	팬형 사장교 (Fan-type Cable-Stayed Bridge)	200~1,000 m	케이블이 탑 정상부 한 점에 집중, 구조 효율 우수

▪ 사장교 구조 개요

           ▲ 주탑(Tower)
          ╱┃╲
        ╱  ┃  ╲   ← 사재케이블(Stay Cable)
      ╱    ┃    ╲
  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━   ← 보강거더
        

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===== 5. 박스거더교 =====

5. 박스거더교 (Box Girder Bridge)

속이 빈 박스 형태의 단면을 갖는 거더로 구성된 교량이다. 비틀림 강성이 매우 높아 곡선교·사교·장대교에 적합하다. PSC 또는 강재로 제작된다.

Table 5. 박스거더교 종류

약자	명칭	재료	표준 경간장	특징
PSCB	PSC 박스거더교	프리스트레스트 콘크리트	30~60 m	공장·현장 제작 가능, 곡선교 유리
SB	강박스거더교	강(Steel)	50~200 m	경량, 장대교, 비틀림 강성 최우수
CB	합성박스거더교 (Composite Box Girder)	강 + 콘크리트 바닥판	40~100 m	강거더 + RC 바닥판 합성, 경제적

▪ 박스거더 단면 개요

  ┌──────────────────────────┐  ← 상판(Top Slab)
  │  ┌──────────────────┐    │
  │  │     중공부(空洞)   │    │  ← 복부(Web)
  │  └──────────────────┘    │
  └──────────────────────────┘  ← 하판(Bottom Slab)
    

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===== 6. 슬래브교 =====

6. 슬래브교 (Slab Bridge)

별도의 거더 없이 슬래브 자체가 주요 구조 부재인 교량이다. 구조가 단순하고 시공이 용이하나, 자중이 크고 소경간에 한정된다.

Table 6. 슬래브교 종류

약자	명칭	표준 경간장	특징
RSB	RC 슬래브교 (RC Slab Bridge)	5~15 m	단순구조, 소경간, 농어촌도로·소하천에 적용
PSSB	PSC 슬래브교 (PSC Slab Bridge)	10~25 m	프리스트레스 적용으로 경간장 연장 가능
HSB	중공 슬래브교 (Hollow Slab Bridge)	15~35 m	슬래브 내부 중공화로 자중 절감

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===== 7. 요약 =====

7. 형식별 적용 기준 요약

교량 상부형식의 선택은 경간장, 도로 조건, 지형, 경제성, 시공성, 미관 등을 종합적으로 고려하여 결정한다.

Table 7. 경간장별 상부형식 선택 기준

경간장	적합 형식	대표 약자
5~15 m	RC 슬래브교, RC 라멘교	RSB, RB
15~30 m	PSC 슬래브교, PSC T형 거더교	PSSB, PSCT
25~50 m	PSC I형 거더교 (가장 보편적)	PSCI
30~80 m	PSC 박스거더교, 강판형교	PSCB, SG
50~200 m	강박스거더교, FCM 공법	SB, FCM
100~500 m	트러스교, 아치교, 사장교	TRB, SAB, CSB
300 m 이상	현수교	SUB




Table 8. 조건별 상부형식 선택 기준

조건	적합 형식
가장 경제적·보편적 (경간 25~45 m)	PSCI (PSC I형 거더교)
곡선교·사교 (비틀림 강성 필요)	PSCB, SB (박스거더교)
협소한 시공 공간 (도심·협곡)	ILM (압출공법), FCM
받침 없이 유지관리 단순화	라멘교 (RB, PRB, SRB)
미관·경관이 중요한 구간	아치교(SAB), 사장교(CSB), 현수교(SUB)
초장대교량	현수교(SUB), 사장교(CSB)

[참고] 이 페이지의 교량 제원 예시

∙ 연장: 90 m  /  경간수: 3경간  /  최대경간장: 30 m

∙ 상부형식: PSCI (PSC I형 거더교)

→ 최대경간 30 m의 3경간 교량으로, 공장에서 프리텐션 방식으로 제작한 I형 거더를 현장에서 가설하는 가장 일반적인 형식

∙ 하부형식: TP (T형 교각)  /  교각기초: 직접기초  /  교량받침: 탄성받침

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1.4.2.2 교량 하부형식(교각) 종류 및 약자



===== 1. 단주형 교각 =====

1. 단주형 교각

단일 기둥으로 구성된 교각으로, 상단의 코핑(Coping)과 하부 기둥으로 이루어진다. 단경간~중경간 교량에 일반적으로 사용된다.

Table 1. 단주형 교각 종류

약자	명칭	형태 특징	주요 적용
TP	T형 교각 (T-Pier)	상단 코핑이 T자형으로 좌우 돌출	일반 도로교, 중경간
RP	라멘형 교각 (Rahmen Pier)	기둥과 코핑이 강결(剛結)된 일체형	과선교, 도심부 교량
CP	원형 교각 (Circular Pier)	원형 단면 기둥, 유수저항 최소화	하천 교량, 미관 고려 구간
SP	사각형 교각 (Square Pier)	사각형 단면 기둥, 시공 간단	일반 교량, 경제성 우선

▪ TP (T형 교각) 단면 개요

        ━━━━━━━━━━━━━━━   ← 코핑(Coping) / 상단 T형 헤드
              ┃
              ┃            ← 기둥(Column / Stem)
              ┃
        ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓   ← 기초(직접기초 또는 말뚝기초)
    

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===== 2. 복주형 교각 =====

2. 복주형 교각 (다중 기둥)

2개 이상의 기둥이 상부 코핑(또는 캡빔)으로 연결된 형식이다. 폭이 넓은 교량이나 대형 하중이 작용하는 경우에 적합하다.

Table 2. 복주형 교각 종류

약자	명칭	형태 특징	주요 적용
BP	문형 교각 (Bent Pier)	2개 이상의 기둥 + 상부 코핑 연결	폭원이 넓은 교량, 고가도로
FP	문형 라멘 교각 (Frame Pier)	기둥과 보가 강결된 라멘 구조	철도교, 중하중 교량
PP	파일벤트 교각 (Pile Bent Pier)	말뚝이 직접 교각 역할 수행, 별도 기초 불필요	연약지반, 하천 교량

▪ BP (문형 교각) 단면 개요

    ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━   ← 코핑(Coping)
          ┃              ┃
          ┃              ┃     ← 기둥(Column) × 2개 이상
          ┃              ┃
    ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓   ← 기초
    

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===== 3. 벽식 교각 =====

3. 벽식 교각

기둥 대신 벽체(Wall) 형태로 구성된 교각이다. 종방향으로 폭이 넓어 종방향 안정성이 높으며, 하천 교량에서 흐름 방향에 평행하게 배치할 경우 유수저항이 적다.

Table 3. 벽식 교각 종류

약자	명칭	형태 특징	주요 적용
WP	벽식 교각 (Wall Pier)	종방향으로 넓은 벽체 형태	하천 교량, 장대교 중간지점
HWP	중공 벽식 교각 (Hollow Wall Pier)	벽체 내부 중공(中空)으로 자중 절감	대형 교량, 고교각(高橋脚)

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===== 4. 특수형 교각 =====

4. 특수형 교각

미관 또는 구조적 특성을 위해 특수한 단면 형태를 사용하는 교각이다. 주로 장대교량이나 도심 경관 교량에 적용된다.

Table 4. 특수형 교각 종류

약자	명칭	형태 특징	주요 적용
YP	Y형 교각 (Y-Pier)	상단이 Y자로 분기하여 2점 지지	장대교, 경관 교량
VP	역V형 교각 (Inverted V-Pier)	V자 역방향, 넓은 지지 폭 확보	장경간 교량
DP	다이아몬드형 교각 (Diamond Pier)	다이아몬드 단면, 미관 우수	도심 경관 교량

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===== 5. 교대 형식 =====

5. 교대(Abutment) 형식

교대는 교량의 양 끝단에 위치하여 상부구조의 하중을 지반으로 전달하고, 배면의 토압에 저항하는 구조물이다. 교각과는 별도로 형식이 구분된다.

Table 5. 교대 형식 종류

형식	특징	주요 적용
역T형	가장 일반적인 형식. 저판(footing)과 흉벽(breast wall)이 역T자 형태	일반 도로교 (가장 보편적)
중력식	자중으로 토압에 저항. 콘크리트 사용량이 많음	소규모 교량, 구형 교량
뒷부벽식	배면에 부벽(buttress)을 설치하여 흉벽 보강	흉벽 높이가 큰 경우
앞부벽식	전면에 부벽을 설치. 외관이 불리하나 구조 효율적	대형 교량, 하중이 큰 경우
라멘식	상부구조와 교대가 강결되는 일체형 구조	소경간 라멘교, 지하차도

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===== 6. 선택 기준 =====

6. 선택 기준 요약

교각 형식의 선택은 경간장, 작용 하중, 지반 조건, 미관 요구 등을 종합적으로 고려하여 결정한다.

Table 6. 교각 형식 선택 기준

조건	적합 형식
경간이 짧고 하중이 적은 경우	TP, CP, SP
경간이 길고 하중이 큰 경우	WP, HWP
폭원이 넓은 교량	BP, FP
하천 교량 (유수저항 최소화)	CP, WP
미관이 중요한 구간	YP, VP, DP
연약지반	PP (파일벤트)
장대교 / 경관 교량	YP, VP, HWP

[참고] 이 페이지의 교량 제원 예시

∙ 연장: 90 m / 폭: 20.8 m / 경간수: 3경간 / 최대경간장: 30 m

∙ 상부형식: PSCI (프리스트레스트 콘크리트 I형 거더)

∙ 하부형식: TP (T형 교각) — 단경간·중경간의 일반 도로교에 가장 보편적으로 사용

∙ 교대형식: 역T형 — 가장 일반적인 교대 형식

∙ 교각기초: 직접기초 — 양질의 지반에서 경제적인 기초 형식

∙ 교량받침: 탄성받침 — 온도변화·지진 등에 의한 변위 흡수

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[예제] 1.4

[예제] 명칭(2022년 건축기사)

다음 그림과 같은 건물에서 G1과 같은 보가 8 개 있다고 할 때 보의 총 콘크리트량[\(\text{m}^3\)]을 구하면?
(단, 보의 단면상 슬래브와 겹치는 부분은 제외하며, 철골량은 고려하지 않는다)



  (1) 11.52    (2) 12.23    (3) 13.44    (4) 15.36

[풀이]

\[ \begin{aligned} 8 \text{개} \times A \times L &= 8 \times \{400 \times (600 - 120)\} \times \left(8000 - \frac{500}{2} \times 2\right) \\ &= 11.52 \times 10^9 \, \text{mm}^3 \end{aligned} \]

[답] 1




[예제] 철근조립 순서(2020년 건축기사)

철근콘크리트 구조물에서 철근 조립순서로 옳은 것은?

(1) 기초철근 → 기둥철근 → 보철근 → 슬래브철근 → 계단철근 → 벽철근

(2) 기초철근 → 기둥철근 → 벽철근 → 보철근 → 슬래브철근 → 계단철근

(3) 기초철근 → 벽철근 → 기둥철근 → 보철근 → 슬래브철근 → 계단철근

(4) 기초철근 → 벽철근 → 보철근 → 기둥철근 → 슬래브철근 → 계단철근

[답] 2

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