도로 박스 암거 설계 GUIDE - Part3. 도로암거의 지반반력계수

🔗 [관련 게시글] KDS 44 90 도로 박스 암거 설계 가이드 시리즈 모아보기

Part1. 도로암거의 설계 조건과 재료 (바로가기 ↗️)

Part2. 도로암거의 지지력 (바로가기 ↗️)

Part3. 도로암거의 지반반력계수 - (◀️ 현재 글)

Part4. 도로암거 설계하중 (바로가기 ↗️)

Part5. 도로암거 설계 활하중 (바로가기 ↗️)

Part6. 도로암거 설계 하중조합 (바로가기 ↗️)

Part7. 도로암거의 내진설계  (바로가기 ↗️)

Part8. 도로암거 설계 지진하중 - 3월 출간 예정 *

Part9. 도로암거의 구조세목 - 3월 출간 예정 *

Part10. 도로암거의 철근상세 - 3월 출간 예정 *

Part11. 도로암거의 접합부설계 - 4월 출간 예정 *

Part12. 도로암거의 부재검토 - 휨검토 - 4월 출간 예정 *

Part13. 도로암거의 부재검토 - 전단검토 - 4월 출간 예정 *

Part14. 도로암거의 부재검토 - 처짐검토 - 4월 출간 예정 *

Part15. 도로암거의 부재검토 - 균열검토 - 4월 출간 예정 *

개요

이번 컨텐츠는 도로암거의 지반반력계수를 확인하고, 지반반력계수를 산정하는 방법과 추정 방법을 알아려드립니다!

좀 더 기본적이고 가벼운 내용이 궁금하다면 이 컨텐츠는 어떠신가요?

👆🏻 지반 반력계수의 의미와 산정 방법🔗

A. 도로암거의 지반반력계수

지반반력산정에서는 설계에 적용할 실험, 측정 결과가 있다면 그 데이터를 우선으로 합니다. 측정 데이터가 없는 경우에 지반반력을 산정하는 통상적인 방법을 설계에 적용할 때는 엔지니어의 판단이 포함되어야 합니다.

i. 지반반력계수

“KDS 44 90 00 - 4.8.2 지반반력계수 (2)”에 “평판재하시험을 통한 지지력-침하량 곡선에서 침하량 1.25mm에 대응되는 지지력에 대한 기울기로 지반반력계수를 적용할 수 있다” 라고 나와있습니다.

평판재하시험은 지지력 평가를 위해 직경 30cm(K30), 40cm(K40), 75cm(K75)의 강체원판에 하중을 재하하고 수직응력과 침하량을 측정해 지반반력계수를 산정하는 방식입니다.

평판재하시험을 통해 얻은 평균수직응력과 침하량(1.25mm)의 관계로부터 지반반력계수를 구하는 식은 “도로교표준시방서 설계편 (1996)”에서 확인할 수 있습니다.

• 도로교표준시방서 설계편 (1996) 제IV편 하부구조편 6.6.1 일반 - 식6.6.1

ii. 지반반력계수 추정

하지만 모든 설계에 평판재하시험 결과를 적용할 수 없고, 측정 결과가 없는 경우 k_vo “지름 30cm의 강체원판에 의한 평판재하시험의 값에 상당하는 연직방향 지반반력계수로서 각종 토질시험 및 조사에 의해 구한 변형계수로 부터 추정하는 경우” 를 사용해서 설계에 적용해 왔습니다.

지반반력계수를 추정하는 경우에 대해 다른 기준들을 참고해서 확인해 보겠습니다. 먼저 “KDS 47 10 40 (철도코드)지하구조물”의 지반반력계수 산정식 입니다.

• KDS 47 10 40 지하구조물 - 4.2.3 구조해석 및 단면설계 식4.2-9

해당식은,

• 도로교표준시방서 설계편 (1996) 제IV편 하부구조편 6.6.2 지반반력계수

• 도로교설계편람 제3편 토공 및 배수 308 암거 - 2.1.8.1 구조해석 모델 및 경계조건

그리고 “도로교설계요령(2020) 제2권 토공 및 배수 제7편 암거 - 3.2.8 지반반력계수” 에서 확인할 수 있습니다. 설명에는 조금씩 차이가 있지만 “도로교표준시방서”와 동일한 내용으로 구성되어 있음을 알 수 있습니다.

iii. 지반반력계수 추정 (도로교설계요령)

한계상태설계법 기반으로 작성되어 있고, 극단한계상태와 극단상황한계상태가 나뉘어져 있는 **“도로교설계요령”**의 지반반력계수 산정식을 확인해보겠습니다.

• 극한한계상태 또는 사용한계상태

📝 Calculation Examples - 극한한계상태 또는 사용한계상태

• 극단상황한계상태

  • 지반반력계수 혹은 전단지반반력계수는 지진의 세기와 관련된 붕괴방지수준에 적합한 특성 값을 적용합니다.

  • 지반탄성계수(Eo) 대신 지반의 동적탄성계수(Ed) 을 대입하여 산정합니다.

  • 지진시 전단지반반력계수는 연직-전단 계수비 λ = 1/3을 적용합니다.

→ 전단 탄성계수 산정

📝 Calculation Examples - 전단 탄성 계수 산정

→ 지반의 동적탄성계수 산정

📝 Calculation Examples -지반의 동적탄성계수 산정

→ 지진시 전단지반반력계수 산정

📝 Calculation Examples - 지진시 전단지반반력계수 산정

KDS 47 10 40과 비교해보면 평상시와 지진시를 구분하던 α 계수 항목이 사라지고 극단상황한계상태(지진시)의 지반반력계수 산정식이 추가된 것을 확인할 수 있습니다. 그리고 4개의 선택지가 있던 지반의 변형계수가 “표준관입시험의 N 값에서 Eo = 2800N으로 추정한 변형계수” 한가지만 제시되어있습니다.

• 지반변형에 대한 보정계수, C
  • “KDS17 10 00 - 내진설계 일반"에서는 지반변형에 대한 보정계수 값을 제시하고 있지 않기 때문에 “내진성능목표 : 붕괴방지수준 과 기능수행수준”에 대한 보정계수는 엔지니어가 선택해야 합니다.

→ 도로교설계요령(2020)**에서는 붕괴방지 수준에 대해서만 보정계수 값 (C= 0.5)를 제시하고 있습니다.

→ ”철도설계편람 2011”**에서는 기능수행수준(0.8)과 붕괴방지수준(0.5)에 대한 보정계수 값을 다르게 적용하고 있습니다.

→ “기존시설물(공동구) 내진성능 평가 요령 2020 - 국토교통부”**에서는 평균전단파속도(360m/s) 기준으로 0.8과 1.0를 제시하고 있습니다.

• 표준관입시험의 N 값 (Standard Penetration Test, SPT-N)
  • 지반탄성계수, Eo와 초기전단파속도, Vo를 계산하기 위해 N치 값을 알아야 합니다.
  • 측정된 표준관입시험 결과를 사용하는 것을 기본으로 합니다.
  • N치 가정에 참고할 수 있는 내용
    • “KDS 11 50 25 기초 내진설계기준” 의 개정 전 2016판에는 지반 종류에 따른 표준관입시험 값에 대한 범위가 주어졌었으나, 현재는 개정되어 모든 지반의 종류는 “KDS 17 10 11 표4.2-4 지반의 분류”로 통일되었습니다.
    • N치와 내부마찰각의 관계 (Peck, Meyerhof)

→ KDS 11 50 25 : 2016 (현재는 삭제됨)

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전체 콘텐츠에는 아래 내용까지 포함되어 있어요!

iV. 전단탄성파속도

KDS 17 10 00 내진설계일반

KDS 29 17 00 공동구 내진 설계

기존시설물(공동구) 내진성능 평가요령

도로교설계요령 제2권 토공 및 배수

KDS 17 00 11 표4.2-4 지반의 분류

V. 초기 전단탄성파속도

📝 Calculation Examples

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