[필답형] 교량 신축이음장치

안녕하세요! 항상 정보를 나누고, 성장하고 싶은 꿈꾸는 돼지입니다~!

오늘은 토목시공기술사 자격증을 준비하는 분들을 위해 자주 출제되는 "교량 신축이음장치"에 대해 자세히 알아보려고 합니다.

교량 신축이음장치는 교량의 안전과 수명을 좌우하는 매우 중요한 구성요소입니다.

이 글에서는 신축이음장치의 정의, 종류, 설계 고려사항, 유지보수 방법을 다뤄 봅니다.

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1. 교량 신축이음장치란?

교량 신축이음장치는 교량의 온도 변화, 교통 하중, 지진 등에 의해 발생하는 신축량을 수용하고, 교량의 안전성과 내구성을 보장하기 위한 장치입니다.

교량은 계절적 온도 변화, 콘크리트의 건조 수축, 크리프, 활하중 등으로 인해 팽창하거나 수축합니다. 이러한 움직임을 자유롭게 허용하면서도 구조적 안정성을 유지하기 위해 신축이음장치가 필수적입니다.

또한, 차량의 원활한 주행을 보장하고, 방수성을 제공하여 교량 하부 구조물의 부식을 방지합니다.

 

신축이음장치는 교량의 상부 구조물과 하부 구조물 사이, 또는 상부 구조물의 단부와 교대 사이에 설치됩니다. 이 장치는 교량의 수명을 연장하고, 유지보수 비용을 절감하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

 

2. 교량 신축이음장치의 종류

교량 신축이음장치는 교량의 구조, 신축량, 사용 환경에 따라 다양한 종류로 나뉩니다.

대표적으로 고무형, 알루미늄형, 레일형, 핑거형이 있으며, 각 종류의 특징과 한계는 아래 표에 정리했습니다.

 

    

종류	구성	요소 , 한계	특징	최대 신축량 (mm)	유지보수 팁
고무형	고무와 강판	방수성 우수, 주행성 좋음, 흡음재 설치 시 충격 흡수 및 방음 효과 증대	내구성 떨어짐, 대형 신축량 교량에는 적합하지 않음	-	손상된 고무 및 강판 교체, 앵커 볼트 및 너트 사용, 방수성 확보
알루미늄형	알루미늄 및 고무 봉합재	준영구적 수명, 재사용 가능, 누수 방지, 주행성 좋음, 흡음재 설치 시 소음 저감	신축량 100mm 초과 시 사용 어려움	100	손상된 알루미늄 및 고무 봉합재 교체, 볼트 및 너트 사용, 방수성 확보
레일형	강재 지지 보, 레일, 고무 봉합재, 제어 상자	내구성 높음, 마모 저항성, 무공동 고무 봉합재로 완벽한 방수성	정밀 설치 필요, 끝부 보강 고려	-	손상된 부품 (보, 레일, 봉합재, 제어 상자) 교체, 볼트 및 너트 사용, 방수성 확보
핑거형	강재 핑거, 앵커 볼트, 고무 봉합재	주행성 좋음, 부분 제어로 유지보수 쉬움, 얇은 슬래브에 적합	대형 신축량 시 전단 변형 위험, 충격 흡수 없음, 곡선 교량 문제	-	손상된 핑거, 볼트, 또는 봉합재 교체, 볼트 및 너트 사용, 방수성 확보

출처: 교량 신축이음의 종류와 특징

픽사베이

  2.1 고무형 신축이음장치

고무형 신축이음장치는 고무와 강판이 일체로 제작되어 고무의 변형으로 신축을 수용합니다. 표면에 앵커 볼트 구멍이 없어 방수성이 뛰어나며, 주행성이 좋습니다. 흡음재를 설치하면 충격 흡수와 방음 효과를 높일 수 있습니다. 그러나 강재형에 비해 내구성이 낮아 대형 신축량이 필요한 교량에는 적합하지 않습니다.

  2.2 알루미늄형 신축이음장치

알루미늄형은 알루미늄과 고무 봉합재로 구성되며, 준영구적 수명과 재사용 가능성이 특징입니다.

누수 방지와 주행성이 우수하며, 전단 변위에 강합니다. 하지만 신축량이 100mm를 초과하면 사용이 어렵습니다.

  2.3 레일형 신축이음장치

레일형은 강재 지지 보, 레일, 고무 봉합재, 제어 상자로 구성되며, 높은 내구성과 마모 저항성을 제공합니다.

무공동 고무 봉합재로 완벽한 방수성을 자랑하지만, 정밀한 설치와 끝부 보강이 필요합니다.

  2.4 핑거형 신축이음장치

핑거형은 강재 핑거, 앵커 볼트, 고무 봉합재로 이루어져 있으며, 주행성과 유지보수 용이성이 장점입니다.

얇은 슬래브에 적합하지만, 대형 신축량에서는 전단 변형 위험이 있으며, 곡선 교량에서는 문제가 발생할 수 있습니다.

 

 

3. 설계 고려사항

교량 신축이음장치를 설계할 때는 다양한 요인을 고려해야 합니다. 한국도로공사의 도로설계요령에 따르면,

다음과 같은 사항이 중요합니다.

  3.1 신축량 계산

신축량(Δℓ)은 다음과 같은 요소로 계산됩니다:

• 온도 변화(Δℓt): ΔT·α·ℓ (mm), 여기서 ΔT는 온도 변화, α는 열팽창 계수, ℓ은 교량 길이입니다.
• 활하중 변형(Δℓp): Σ(di·θi) (mm), 여기서 di는 거리, θi는 회전각입니다.
• 건조 수축(Δℓs): ΔT·α·ℓ·β (mm), β는 수축 계수입니다.
• 크리프(Δℓc): (P/Ac·Ec)·Ø·ℓ·β (mm), 여기서 P는 하중, Ac는 단면적, Ec는 탄성계수, Ø는 크리프 계수입니다.

신축량 = Δℓt + Δℓp + Δℓs + Δℓc + 여유분

  3.2 설치 온도

표준 설치 온도는 연평균 온도인 15°C로 설정됩니다. 설치 시 슬래브 간격을 측정하고,

간격이 과도하거나 부족하면 콘크리트로 조정해야 합니다.

  3.3 내진 설계

지진에 대한 안전성을 확보하기 위해 극한 하중 조합을 고려하여 설계합니다.

한국도로공사의 기준에 따르면, 극한 하중 조합은 다음과 같습니다:

 

하중	극한 I	극한 II	극한 III
DC	1.80	1.40	-
DD	1.00	1.00	1.00
DW	-	-	1.40
LL	1.80	1.40	-
TU	1.20	-	-
WS	-	-	1.40
CR, SH	1.00	1.00	-

  3.4 눈 지역 고려

눈이 많은 지역에서는 눈삭제 기계의 수평 하중을 고려해야 합니다.

이는 신축이음장치의 내구성과 안전성에 영향을 미칩니다.

  3.5 슬래브 간격

설치 시 슬래브 간격을 측정하여 적절한 신축이음장치를 선택합니다.

간격이 과도하면 더 큰 신축이음장치를 사용하거나 콘크리트로 간격을 좁혀야 합니다.

픽사베이

 

4. 유지보수

교량 신축이음장치는 정기적인 유지보수가 필수입니다. 일반적으로 매년 점검하며,

교량의 상태와 환경에 따라 빈도가 달라질 수 있습니다. 주요 유지보수 작업은 다음과 같습니다:

• 손상된 부품 교체: 고무, 강판, 알루미늄, 핑거 등의 손상된 부품을 교체합니다.
• 방수성 확보: 누수를 방지하기 위해 봉합재와 앵커 볼트를 점검합니다.
• 볼트 및 너트 점검: 고정 상태를 확인하고 필요 시 재고정합니다.
• 청소: 잔해물과 먼지를 제거하여 신축이음장치의 기능을 유지합니다.

  4.1 파손 원인

신축이음장치의 파손은 다음과 같은 요인으로 발생합니다:

• 설계 및 시공 결함: 부정확한 신축량 계산이나 부적절한 설치.
• 환경 영향: 온도 변화, 비, 눈, 동결-해동, 소금 침식, 화학 오염.
• 교통 하중: 차량의 충격과 진동.
• 유지보수 부족: 정기적인 점검과 청소 부족.

출처: 교량 신축이음의 종류와 특징

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  교량 신축이음장치는 교량의 안전성과 수명을 보장하는 핵심 요소입니다. 토목시공기술사 자격증을 준비하는 분들은 신축이음장치의 종류, 설계 기준, 유지보수 방법을 철저히 이해해야 합니다. 정확한 신축량 계산, 적절한 종류 선택, 정기적인 유지보수는 교량의 장기적인 안정성을 보장합니다. 이 글이 시험 준비에 도움이 되기를 바랍니다!