일반사항

1. 교량받침은 받침본체와 앵커부로 구분하여 평가하며，앵커부는 앵커강재와 앵커가 매입된 묻힘콘크리트를 평가한다.

2. 받침의 평가는 전단에 대해서 평가한다.

1) 보유성능

일반사항

...1. 교각의 횡성능 곡선을 산정하기 위한 힘-변위 곡선(항복 및 극한 시)은 비선형해석 또는 단면해석을 통하여 계산하는 것을 원칙으로 한다.

...2. 단면해석을 통하여 계산하는 경우는 아래 절차에 따른다.

2) 소요성능

...1. 받침본체의 보유성능(횡방향 총 저항용량, \( F_{BC} \))은 지진방향에 따라 저항하는 개수와 1기당 횡방향 저항용량의 곱으로 한다.

여기서, \( f_B \)는 받침 1기의 횡방향 저항용량이며, \( n_B \)는 평가 지진하중의 작용방향으로 저항하는 받침 개수를 의미한다.

교축방향 및 교축직각방향의 구분을 위해 윗첨자 L 및 T를 적용한다.

2) 소요성능

...1. 교량받침 및 전단키에 작용하는 지진력은 기둥 상·하부의 조합탄성지진력과 단면해석에 의해 산정된 단면강도 중 작은 값으로 한다. 이는 교량받침과 기초부에 전달되는 하중이 교각의 성능을 초과할 수 없음을 의미한다.

“KDS 24 17 11 교량 내진설계기준(한계상태설계법)”에서는 교각의 단면강도에 힘초과강도를 고려한 최대소성힌지력을 적용함으로써 교량의 다른 구성요소의 소요성을 크게 산정하여 교각의 파괴를 유도한다. 이러한 힘초과강도의 적용은 콘크리트 및 철근의 실제강도(예상강도)가 설계기준강도보다 크기 때문이다.

그러나, 교량 구성요소의 내진성능평가 시 재료의 실제강도를 적용하면 소요성이 커지지만 보유성능도 함께 커진다. 따라서 보유성능 산정 시 재료의 실제강도를 적용하지 않는다면 소요성은 산정시에도 재료의 실제강도를 적용하지 않아야 무방하다.

3) 내진성능평가

...1. 받침본체의 내진성능은 교축방향 및 교축직각방향에 대하여 보유성능이 소요성능 이상이면 만족한다.

1) 보유성능

...1. 앵커강재의 보유성능 \( V_{anc,c} \) 은 다음과 같다.

여기서, \( V_{sa} \) : 앵커강재의 전단강도로 2에 따른다.
\( \mu_D \) : 받침 하부판과 무수축 모르타르 사이의 마찰계수(=0.45)
\( D \) : 받침에 작용하는 유효압축력으로서 정밀지진해석을 하지 않은 경우에는 고정하중에 의한 수직력의 88% 적용

...2. 전단강도 \( V_{sa} \) 는 다음과 같다.

......가. 선설치 헤드스터드

여기서, \( n_A \) : 전단에 저항하는 앵커 그룹에서 앵커의 수
\( A_{se,v} \) : 전단에 저항하는 단일 앵커의 유효단면적(㎟)
\( f_{uta} \) : 앵커강재의 설계기준인장강도(MPa).
단, \( f_{uta} \leq \min[1.9 f_{ya}, 860 MPa] \)
\( f_{ya} \) : 앵커강재의 설계기준항복강도(MPa)

......나. 선설치 헤드볼트와 갈고리볼트，슬리브가 전단파괴면까지 연장되지 않은 후설치 앵커

1) 보유성능

...1. 최근 도로공사(‘고속도로 교량 받침부 앵커 내진성능 평가 개선’, 2021)에서는 교량받침의 앵커강재에 작용하는 전단력은 지진하중(전단력)이 앵커받침 하부판의 마찰력을 초과하지 않는 경우 작용하지 않는 것으로 간주하고, 만약 초과하는 경우에는 이 전단력이 앵커강재에 작용하는 것으로 간주하였다. 즉, 앵커의 보유성능은 앵커강재의 전단강도와 받침부의 마찰력 중 큰 것으로 하였다. 이에 본 예제집에서도 이를 적용하였다.

한편, 교량받침에 작용하는 수직력은 대부분 고정하중에 의하여 발생하지만 지진 시 수평지반운동 및 수직지반운동에 의하여 수직력에 변동이 발생하므로 이를 고려할 필요가 있다. 고정하중해석 및 지진해석으로 받침에 작용하는 유효수직력을 상세하게 산정하지 않는다면 도로공사의 관련지침에 따라 받침에 작용하는 유효수직력은 고정하중에 의한 수직력의 88%를 적용한다.

2) 소요성능

...1. 소요성능은 받침본체에 작용하는 지진하중에 의하여 앵커강재에 작용하는 전단력 \( V_{anc,d} \) 으로 한다.

3) 내진성능평가

...1. 교축방향 및 교축직각방향에 대하여 보유성능 \( V_{anc,c} \) 가 소요성능 \( V_{anc,d} \) 이상이면 만족한다.

1) 보유성능

...1. 묻힘콘크리트의 브레이크아웃강도 \( V_{brk,ec} \) 는 콘크리트 브레이크아웃강도 \( V_{cbg} \) 에 받침에 작용하는 유효수직력 \( D \) 의 영향을 고려하여 다음과 같이 계산한다.

여기서, \( V_{cbg} \) : 콘크리트 브레이크아웃강도 \( \left( V_{cbg} = \frac{A_{Vc}}{A_{Vco}} \psi_{ed,v} V_b \right) \)
\( D \) : 교량받침에 작용하는 유효수직력

...2. 철근이 앵커의 인접부에 충분한 정착장을 가지고 배치되어 있는 경우 이를 브레이크아웃 앵커철근으로 간주하며 브레이크아웃 앵커철근의 강도 \( V_{brk,s} \) 는 다음과 같다.

여기서, \( A_{v,brk} \) 는 브레이크아웃 앵커철근의 단면적, \( f_{y} \) 는 항복강도이다.

...3. 앵커부의 브레이크아웃 보유성능 \( V_{brk,c} \) 은 물힘콘크리트의 브레이크아웃강도 \( V_{brk,ec} \) 와 브레이크아웃 앵커철근의 강도 \( V_{brk,s} \) 중 큰 값으로 한다.

1) 보유성능

...1. 교량받침에 작용하는 수직력에 의해 콘크리트 브레이크아웃강도가 증가한다는 최근의 연구결과(‘고속도로 교량 받침부 앵커 내진성능 평가 개선’, 2021)를 반영하였다.

콘크리트 브레이크아웃강도 \( V_{cbg} \) 는 다음과 같으며, 관련계수는 『KDS 14 20 54 콘크리트용 앵커 설계기준』에 따른다.

...- \( A_{Vco} \) : 모서리의 영향, 간격, 부재 두께에 제한을 받지 않는 경우, 전단에 저항하는 단일 앵커의 콘크리트 파괴면의 투영면적(㎟)

...- \( A_{Vc} \) : 전단에 저항하는 특정한 앵커 배치(모서리의 영향, 간격, 부재 두께를 고려)를 갖는 단일 앵커 또는 앵커 그룹의 콘크리트 파괴면 투영면적(㎟)
...- \( \psi_{ed,v} \) : 가장자리(연단거리) 효과에 따른 전단강도 수정계수

......i) \( c_{a2} \geq 1.5c_{a1} \) 인 경우 \( \psi_{ed,v} = 1.0 \quad \text{(7.2-3a)} \)
......ii) \( c_{a2} < 1.5c_{a1} \) 인 경우 \( \psi_{ed,v} = 0.7 + 0.3 \frac{c_{a2}}{1.5c_{a1}} \quad \text{(7.2-3b)} \)

...- \( \psi_{c,v} \) : 균열 여부 및 보조철근에 따른 전단강도 수정계수

......i) \( \psi_{c,v} = 1.0 \) : 보조철근이 없거나 D13 미만의 가장자리 보강근이 배치된 균열 콘크리트에 설치된 앵커
......ii) \( \psi_{c,v} = 1.2 \) : 앵커와 가장자리 사이에 D13 이상의 보조철근이 있는 균열 콘크리트에 설치된 앵커
......iii) \( \psi_{c,v} = 1.4 \) : 균열이 발생하지 않는 콘크리트에 설치된 앵커 또는 앵커와 가장자리 사이에 D13 이상의 보조철근이 있고, 이 보조철근이 100mm 이하 간격의 스터럽으로 둘러싸인 균열 콘크리트에 설치된 앵커

...- \( V_{b} \) : 균열콘크리트에서 전단을 받는 단일 앵커의 기본 콘크리트 브레이크아웃 강도

......i) 일반앵커:

해설식(7.2-4a), 해설식(7.2-4b) 중 작은값 이하이어야 한다.

......ii) 10mm 이상 그리고 앵커직경 1/2에 해당하는 최소 두께를 갖는 강재 부속물에 연속 용접된 선설치 헤드스터드, 헤드볼트 또는 갈고리볼트:

해설식(7.2-4b), 해설식(7.2-4c) 중 작은값 이하이어야 한다.

여기서

\( c_{a1} \) : 앵커 샤프트 중심부터 전단력 방향으로 콘크리트 단부까지 거리(mm).
단, 세 개 이상의 가장자리에 의해 영향을 받는 앵커에 대해서는 전단력에 대한 콘크리트 파괴강도 산정에 사용되는 \( c_{a1} \) 을 적용 가능한 모든 방향에 대하여 \( c_{a2}/1.5 \), \( h_{a}/1.5 \) 및 앵커 그룹에서 앵커 최대 간격의 1/3 중 큰 값 이하로 함.

\( c_{a2} \) : 앵커 중심으로부터 \( c_{a1} \) 과 직각방향에 있는 콘크리트 단부까지의 거리(mm).
\( l_{e} \) : 전단력에 대해 앵커의 지압 저항 길이(mm). \( (l_{e} \leq 8d_{a}) \)

...- \( l_{e} = h_{ef} \) : 물흙 단면의 전체길이에 걸쳐 일정한 강성을 갖는 앵커 (헤드스터드 및 전체 묻힘길이에 걸쳐 단일 관을 가지는 후설치앵커).
...- \( l_{e} = 2d_{a} \) : 간격슬리브가 확장슬리브와 분리된 비틀림제어 확장앵커.

\( d_{a} \) : 앵커 외경(mm).
\( f_{ck} \) : 콘크리트의 설계기준 압축강도(MPa).
\( \lambda_{a} \) : 앵커 강도 설계에서 경량콘크리트의 저감된 물성을 고려한 수정계수.

...2. 앵커철근이란 콘크리트 브레이크아웃 파괴면을 기준으로 양쪽으로 KDS 14 20 52에 따라 정착되어 있거나 혹은 앵커를 감싸고 브레이크아웃 파괴면을 지나서 KDS 14 20 52에 따라 정착된 철근을 말한다.

한편, ACI318에서는 브레이크아웃(전단)에 대해 유효한 앵커철근은 \(<\)해설그림 7.2-2\(>\)와 같이 가장자리 철근을 감싸고 콘크리트 파괴선을 지나 정착된 스터럽, 띠철근, 헤어핀 등으로 앵커중심에서 \( 0.5c_{a1} \)과 \( 0.3c_{a2} \) 중 작은값 이내에 배치되어 콘크리트 파괴선을 기준으로 양쪽으로 충분한 정착길이(\( \geq l_{dh} + l_{a} \))를 확보하고 있는 지름이 19mm 이하인 철근만을 말한다.

ACI318에서는 19mm를 초과하는 철근에 대해서는 실험이 수행되지 않아 철근 지름에 대한 제한값으로 두고 있다. 따라서 19mm를 초과하는 철근을 사용하는 경우 보수적으로 19mm의 \( A_{v,brk} \)를 적용하여 강도를 산정할 수 있을 것이다. 그 이상의 \( A_{v,brk} \)를 적용할 수 있는지는 적정한 실험 또는 문헌 등을 참고하여 결정한다.

2) 소요성능

...1. 앵커부의 브레이크아웃의 소요성능은 받침부에 작용하는 전단력 \( V_{bear,d} \)이다.

3) 내진성능평가

...1. 교축 및 교축직각방향에 대해 앵커부의 브레이크아웃 보유성능 \( V_{brk,c} \)이 소요성능 \( V_{bear,d} \) 이상이면 브레이크아웃의 내진성능을 만족한다.

1) 보유성능

...1. 물힘콘크리트의 프라이아웃강도\( V_{pry,ec} \)는 다음과 같다.

여기서, \( V_{cpg} \) : 콘크리트 프라이아웃강도로 다음과 같다.

여기서, \( k_{cp} \) : 프라이아웃강도 계수

\( N_{cbg} \) : 인장력을 받는 앵커의 콘크리트 파괴강도

...2. 철근이 앵커의 인접부에 충분한 정착장을 가지고 배치되어 있는 경우 이를 프라이아웃 앵커철근으로 간주하며 앵커철근의 프라이아웃강도 \( V_{pry,s} \) 는 다음과 같다.

여기서, \( A_{n,pry} \) 는 프라이아웃 앵커철근 단면적, \( f_{y} \) 는 인장 앵커철근의 항복강도이다.

...3. 앵커부의 프라이아웃 보유성능 \( V_{pry,c} \) 는 \( V_{pry,ec} \) 와 \( V_{pry,s} \) 중 큰 값으로 한다.

...4. 앵커에 작용하는 유효수직력이 \( V_{pry,ec} \) 의 25% 이상이면 프라이아웃 파괴를 고려하지 않을 수 있다.

1) 보유성능

...1. 앵커의 길이가 짧고 직경이 큰 경우 전단력을 받으며 앵커의 뒤쪽 콘크리트를 들어올려 파괴가 발생한다. 따라서 콘크리트 프라이아웃강도 \( V_{cpg} \) 는 인장력을 받는 앵커의 콘크리트 파괴강도(인장강도)를 기반으로 하여 산정한다.

물힘콘크리트의 콘크리트 프라이아웃강도 \( V_{cpg} \) 는 다음과 같으며 관련계수는 『KDS 14 20 54 콘크리트용 앵커 설계기준』에 따른다.

...- \( k_{cp} \) : 프라이아웃강도 계수

......i) 앵커의 유효묻힘깊이 \( h_{ef} < 65 \)mm 인 경우

......ii) 앵커의 유효묻힘깊이 \( h_{ef} \geq 65 \)mm 인 경우

...- \( N_{cbg} \) : 인장력을 받는 앵커의 콘크리트 파괴강도

...- \( A_{Nco} \) : 제한을 받지 않고 인장에 저항하는 단일 앵커의 콘크리트 파괴면 투영면적

...- \( \psi_{ed,N} \) : 가장자리(연단거리) 효과에 따른 인장강도 수정계수

......i) \( c_{a,min} \geq 1.5 h_{ef} \) 인 경우

......ii) \( c_{a,min} < 1.5 h_{ef} \) 인 경우

...- \( \psi_{c,N} \) : 사용하중 시 균열이 발생하지 않는 콘크리트에 설치된 앵커의 인장강도 수정계수

......i) 선설치 앵커의 경우

......ii) 일반적인 후설치 앵커의 경우

...- \( N_b \) : 균열콘크리트에서 인장을 받는 단일 앵커의 기본 콘크리트 파괴강도

......i) 일반적인 선설치 앵커의 경우

......ii) 일반적인 후설치 앵커의 경우

......iii) \( 280 \leq h_{ef} \leq 635 \)mm 인 선설치 헤드스터드와 헤드볼트의 경우

여기서

- \( h_{ef} \) : 앵커의 유효묻힘깊이(mm). 단, 앵커가 네 개 이상의 가장자리로부터 \( 1.5 h_{ef} \) 보다 짧은 거리에 위치한 경우는 전단력에 대한 콘크리트 프라이아웃강도 산정에 사용되는 \( h_{ef} \) 값을 \( c_{a,max}/1.5 \) 와 앵커 그룹의 최대 앵커 간격의 1/3 중 큰 값 이하로 함.

- \( A_{Nco} \) : 연단거리 또는 간격에 제한을 받지 않는 경우, 인장에 저항하는 단일 앵커의 콘크리트 파괴면 투영면적(mm²).

- \( A_{Nc} \) : 인장에 저항하는 특정한 앵커 배치(연단거리, 간격 및 부재 두께 고려)를 갖는 단일 앵커 또는 앵커 그룹의 콘크리트 파괴면 투영면적(mm²), 단 \( A_{Nc} \leq n A_{Nco} \).

- \( \psi_{ed,N} \) : 인장에 저항하는 단일 앵커 또는 앵커 그룹의 가장자리(연단거리) 효과에 대한 인장강도 수정계수.

- \( c_{a,max} \) : 앵커 샤프트 중심부터 콘크리트 단부까지 최대 연단거리(mm).

- \( c_{a,min} \) : 앵커 샤프트 중심부터 콘크리트 단부까지 최소 연단거리(mm).

- \( N_{b} \) : 균열 콘크리트에서 인장을 받는 단일 앵커의 기본 콘크리트 파괴강도(N).

...2. 프라이아웃에 의한 인장에 대해 유효한 앵커철근이란 콘크리트 브레이크아웃 파괴면을 기준으로 양쪽으로 『KDS 14 20 52』에 따라 정착된 철근을 말한다.

한편, ACI 318에서는 앵커철근은 다음과 같이 정의된다:

앵커에 최대한 가깝게 배치된 스터럽, 띠철근, 헤어핀 등으로 앵커축으로부터 \( 0.5 h_{ef} \) 이내에 배치된 충분한 정착길이( \( \geq l_{dh} + l_{d} \) )를 확보한 철근을 말하며, 지름이 16mm 이하인 철근을 포함한다.

(ACI 318에서는 16mm를 초과하는 철근에 대해서는 실험이 수행되지 않아 철근 지름에 대한 제한값으로 두고 있다. 따라서 16mm를 초과하는 철근을 사용하는 경우 보수적으로 16mm의 \( A_{n,pry} \) 를 적용하여 강도를 산정할 수 있을 것이다. 그 이상의 \( A_{n,pry} \) 를 적용할 수 있는지는 적정한 실험 또는 문헌 등을 참조하여 결정한다.)

...4. 앵커에 적정한 수직력이 작용하는 경우 앵커 상단(베이스플레이트)의 회전이 구속되어 프라이아웃 파괴가 발생하기 어렵다.

한국도로공사에서도 최근의 연구성과를 반영하여 프라이아웃 성능 평가 시 수직력의 영향을 고려하도록 개정하였다. 이 예제집에서도 동일하게 적용하였다.

2) 소요성능

1. 앵커부의 프라이아웃의 소요성능은 받침부에 작용하는 전단력 \( V_{bear,d} \)이다.

3) 내진성능평가

1. 교축 및 교축직각방향에 대해 앵커부의 프라이아웃 보유성능 \( V_{pry,c} \)가 소요성능 \( V_{bear,d} \) 이상이면 프라이아웃의 내진성능은 만족한다.