1. 설계 조건
(1) 형식 : 가시설 복공
(2) 사용 자재
복공판 : 750 x 200 x 1,990 (단면계수 Z = 443cm³ )
복공보 : I - 600 x 300 x 12 x 20
중간 PILE : H - 300 x 300 x 10 x 15
복공보 지지보 : 2H - 350 x 350 x 12 x 19
토류벽 단부 복공보 지지보 : H-300x300x10x15
(3) 하중
1)사하중
부재자중 및 복공판하중, 기타하중( 0.05tf/m² )을 재하한다.
2) 활하중
① 보가 차량 진행 방향과 평행할때 : 종방향으로 적재차량을 만재한다.
② 보가 차량진행 방향과 직각인 경우 : 적재차량의 후륜하중 각 1대를 재하
③ 크롤러 크레인 하중일 경우 : 전면접지 최대하중 = 0.85W(W는 차체중량+매달기하중) 후면접지 최대하중 = 0.15W
④ 트럭 크레인 하중일 경우 : 제품사의 사양에 따라 재하하나 일반적으로 다음과 같이재하한다.
. Outrigger의 최대하중 : 0.65W(W는 차체중량+매달기하중(15 TON 이하))
. Outrigger의 전(후)면 하중 : 0.2W
2) 충격계수
15 15
i = ──── = ────── = .337
40 + L 40 + 4.50
∴ i = .300
(4) 복공 지간 L = 4.50 m
(5) 중간 PILE 간격 ; B = 6.10 m
(6) 활하중
1) 잔토운반차량 고려시 : DB - 24 ton 1대
DB - 18.0ton 1대
2) 크롤러 크래인하중 고려시 : 크롤러크레인 26.7 ton
3) 트럭 크래인하중 고려시 : 트럭 크레인 80.0ton
(7) 허용응력
가설 구조물의 설계에서는 신재를 사용할 경우에는 50%를 할증하고 고재를 사용할 경우에는
50% 할증후 90%만 유효한것으로 한다.
1) 허용인장응력 : fta = 2100 ㎏f/㎠ ( x0.9=1890kgf/㎠ )
2) 허용 축방향 압축응력
L/r ≤ 20 : fca = 2,100 kgf/㎠ (x0.9 = 1890)
20<L/r≤93 : fca = 2,100 - 13(L/r - 20 )
93<L/r : 18,000,000
fca = ────────
6,700 + (L/r)²
3) 허용압축응력
① Aw/Ac ≤ 2
L/b ≤ 4.5 : fca = 2,100 kgf/㎠
4.5<L/b≤30 : fca = 2,100 - 36(L/b - 4.5)
② Aw/Ac > 2
L/b ≤ 9/k : fca = 2,100 kgf/㎠
9/k < L/b ≤30 : fca = 2,100 - 18(k.L/b - 9)
4) 허용전단응력 : τa = 1,200 kgf/㎠
5) Bolt 최대전단응력
Za = 900 kgf/㎠ x 1.5 = 1,350 kgf/㎠ (일반볼트)
=1250 kg/㎠ x Bolt 단면적 x 1.5(고장력 볼트,F10T)
6) 참고문헌
. 도로교 시방서
. 지하철 설계기준
. 가설 구조물의 설계
2. 복공판 검토
(1) 사용 복공판 : 750(B)x200(H)x1990(L)
* 단 면 적 A = 138.06 ㎠
* 단면 2차 모멘트 I = 6,413 cm⁴
* 단면계수 Zx = 443 cm³
* 탄성계수 E = 2,100,000 kgf/㎠
* 지 간 L = 2.00m
* 중 량 Wd = 280 kgf/개
(2) 하 중
1) 적재하중
. D-24 Truck 후륜 하중 P = 9.6 tonf/개
. Truck Crane 접지하중 P = 40.8x 0.5 = 20.41 tonf/개(Outrigger 최대하중의 50% 고려)
. 적재 검토하중 P = 20.41 tonf/개
2) 복공판 자중 Wd = 0.28 / 0.75 = 0.373 tonf/m²
(3) 단면검토
1) 휨모멘트에 대한 검토
최대 휨모멘트는 적재하중이 복공판 중앙에 위치할 경우에 생기며, 충격하중은 20%로 한다.
Mmax = Wd.L²/8 + PLx1.2/4
= 0.373 x 2.0²/ 8 +20.41x 1.2 x 2.0 /4 = 12.43 ton-m
허용휨응력 fba = 2,100 kgf/㎠
휨응력 fb = Mmax / Zx
= 12.43x100000 / 443 = 2806.4 kgf/㎠ > fba N.G
그러므로 H-BEAM (300*300*10*15)을 보강
휨응력 fb = Mmax / Zx
= 12.43x100000 / (443+1360) = 689.41 kgf/㎠ > fba O.K
2) 전단에 대한 검토
최대 전단력은 적재하중이 복공판 단부에 위치할 경우 생긴다.
Qmax = Wd . L / 2 + P
= 0.373 x 2.0 / 2 + 20.41 = 20.78 tonf
허용 전단응력 τa = 1,200 kgf/㎠
전단응력 τ = 20.78x 1000 / 138.06 = 150.5 kgf/㎠ < τa O.K
3. 복공보 검토
(1) 사용강재제원
주형보 : I - 600 x 300 x 12 x 20
단면적 (A) = 192.50 cm²
단면2차 모멘트(Ix) = 118000.00 cm⁴
단면계수 (Zx) = 4020.00 cm³
단위중량 (Wt) = 151.00 kgf/m
단면2차반경(iy) = 6.85 cm
(2) 하중재하
1) 사하중
① 복공판 : 0.28 x 1 / 0.75 = 0.373 t/m
② 주형보 : w = .151 t/m
③ 기타하중 : 0.05 x 2.0 = 0.100 t/m
④ 적재하중 : .100t/m² x 2.0 = .200t/m
∴ Wd1 = 0.373 + .151+ 0.1 + .20 = .824 t/m
Wd2 = 0.373 + .151+ 0.1 = .624 t/m
2) 활하중
a) 충격계수 i = .30
b) 잔토운반차량하중 고려시
· DB - 24 ton 1대
전륜(Rf) = 24.0 x 0.1 x (1+ .30) = 3.120 ton
후륜(Re) = 24.0 x 0.4 x (1+ .30) = 12.480 ton
· DB - 18.0ton 1대
전륜(Pf) = 18.0 x 0.1 x (1+ .30) = 2.340 ton
후륜(Pr) = 18.0 x 0.4 x (1+ .30) = 9.360 ton
c) 크롤러크레인하중 고려시 : ?롤러?레램 26.7 ton
. 접지전면 최대하중 P1 = 26.70x 0.85x(1+ 0.2) = 27.234ton
. 접지후면 최대하중 P2 = 26.70x 0.15x(1+ 0.2) = 4.806 ton
d) 트럭크레인하중 고려시 : ?럭?레램 80.0ton
. 접지Outrigger 최대하중 T1 = 40.82x (1 + 0.2) = 48.984 t
. 접지Outrigger 전(후)하중 T2 = 21.00x (1 + 0.2) = 25.200 t
3) 사하중에 의한 휨모멘트와 전단력
Md = wL²/ 8 = .824 x 4.500² / 8 = 2.086 t-m
Sd = wL / 2 = .824 x 4.500 / 2 = 1.854 t
4) 활하중에 의한 휨모멘트와 전단력
a) 잔토운반차량 고려시(복공보와 차량방향이 직각)
① Moment
ML = 12.480 x ( 1.125 + .225) + 9.360x .525 = 21.762 t-m
∑M = Md + ML = 2.086 +21.762 = 23.848 t-m
② Shear
b) 크롤러크레인하중 고려시
크롤러에 생기는 최대접지하중은 붐 위치가 크롤러 중앙에 위치시이며
크롤러 접지폭 w = 3.334m, 간격 S = 3.030m이며 전면 크롤러가 복공보위에 위치할때 모멘트는
최대이다.
① 모멘트
최대접지압 W1 =27.234/3.33= 8.169t/m
ML = ½x( 1.125+ .291)x 1.67x 8.169x2 = 19.288 t.m
∑M = Md + ML = 2.086 + 19.288 = 21.374 t-m
② Shear
W1 = 8.169 t/m
∑S = 1.854+ 8.169x(1.0 + .259)x 3.334/2 = 18.999 t
④ 수평력
크롤러크래인이 작업하는 경우의 수평하중 H는 총하중의 20% 고려
H = 26.70x 0.2 = 5.34ton 이다.
b) 트럭크래인하중 고려시
트럭크래인의 최대접지하중은 작업시 붐에 가까운 아우트리거가 가장 크다.
이때 앞뒤 아우트리거 간격 S = 7.200m이다.
① Moment
T1
↓
ML = 48.984 x 1.125 + 25.200x .000 = 55.107 t-m
∑M = Md + ML = 2.086 + 55.107 = 57.193 t-m
② Shear
T1
↓
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
③ 수평력
트럭크래인이 작업하는 경우의 수평하중 H는 총하중의 20% 고려
H = 60.000x 0.2 = 12.000ton 이다.
(3) 응력검토
1) 허용휨 응력도
Aw ( 60.0 - 2.0x 2) x 1.2
── = ──────────── = 1.12 < 2.0
Ac 30.0 x 2.0
L / b = 2.000 x 100 / 30.0 = 6.7
여기서 L : 압축 Flange의 고정점간 거리 ( cm )
b : 압축 Flange의 폭 ( cm )
4.5 < L/b <30 이므로 fba = 2100 - 36(L/b - 4.5) = 2022.0 kgf/㎠
2)작용휨응력도
57.193x 100000
fb = ──────── = 1422.7 kgf/㎠
4020.0
3) 허용압축응력도
L / γy = 4.50x 100. / 6.85 = 65.7 < 93
fca = {1400 - 8.6 x ( L / r - 20 )} x 1.5 = 1506.0kgf/㎠
N 12.00x 1000
4)작용압축응력도 fc = ── = ─────── = 62.3 kgf/㎠
A 192.5
5) 단면검토
fb fc 1422.7 62.3
── + ── = ──── + ──── = .75 < 1.0 O.K
fba fca 2022.0 1506.0
fb - fc 1422.7 - 62.3
──── = ──────── = .67 < 1.0 O.K
fbt 2022.0
6)전단에 대한 검토
Smax 50.84 x 1000.
τ = ─── = ─────────── = 756.5 kgf/㎠ < τa O.K
Aw (60.0- 2.0x 2)x 1.2
7) 처짐
40·M·L² 40x 57.193 x 100000. x 450.0²
δ = ───── = ─────────────── = .49 cm < δa
384 EI 384 x 2100000. x 118000.0
δa = L / 300 = 4.500x100 / 300. = 1.50 cm O.K
4. 복공보 지지보
(1) 사용강재 : 2H - 350 x 350 x 12 x 19
단면적 (A) = 347.80 cm²
단면2차 모멘트(Ix) = 80600.00 cm⁴
단면계수 (Zx) = 4600.00 cm³
단면2차반경(ry) = 8.84 cm
H 형강 중량(wt) = .15 kg/m
지지점 간격 (S) = 6.100 m
(2) 사하중 (Wd) = 0.824 t/m
(3) 부재력 계산
1)잔토운반차량 고려시
① 최대반력
P1 = 12.480x ( 1.0+ .600) + 9.360x ( .733+ .333) + .824x 4.500
= 33.66 t(후륜)
P2 = .824x 4.500 = 3.708t(상부사하중 및 적재하중)
P3 = 3.120x (1.0+ .600) + 2.340x ( .733+ .333) + .824x 4.500
= 11.196t(전륜)
② Moment
Mmax = 33.660x 1.525+ 3.708x .525x 2 + 0.824 x 6.100² / 8 = 59.058 t-m
③ Shear
Smax = 33.66x 1.0 + 3.71x( .672+ .016)+( 3.708x .344) + 0.824 x 6.10 / 2 =40.003 t
2) 크롤러크래인 하중 고려시
① 반력
Wc1= 27.23/3.33= 8.17t/m
Wc2= 4.81/3.33= 1.44t/m
SR1 = ½x 8.17(x1.0+ .630)x 1.67x 2 + .824x 4.500 = 25.898t
SR2 = .824x 4.500 = 3.708t
SR3 = ½x 1.44(x1.0+ .630)x 1.67x 2 + .824x 4.500 = 7.624t
② Moment
SR2 SR1 SR2
Mmax = 25.90x 1.525+ 3.708x 2 x .525 = 43.39 t-m
③ Shear
SR1 SR2 SR2
↓ ↓ ↓
∑S = 25.90x1.0 + 3.708x .672+ 3.708+ .344 = 29.667 t
④ 수평력
크롤러크래인이 작업하는 경우의 수평하중 H는 총하중의 20% 고려
H = 26.70x 0.2 = 5.34ton 이다.
2) 트럭크레인하중 고려시
① 반력
SR1 = 48.984x 1.0 + .82x 4.50 = 52.692 t
SR2 = .824x 4.500 = 3.708t
② Moment
Mmax = 52.69x 1.525+ 3.71x( .525+ .000)x 2 = 84.249t-m
③ Shear
∑S = 52.69x 1.0 + 3.708x( .672+ .344+ .016) = 56.522t
③ 수평력
트럭크래인이 작업하는 경우의 수평하중 H는 총하중의 20% 고려
H = 60.00x 0.2 = 12.00ton 이다.
(3) 응력검토
1) 허용휨 응력도
Aw (35.0 - 1.9x 2) x 2.4
── = ──────────── = .56 < 2.0
Ac 70.0 x 1.9
L / b = 6.10x 100 / 70.0 = 8.7
여기서 L : 압축 Flange의 고정점간 거리 ( cm )
b : 압축 Flange의 폭 ( cm )
4.5 < L/b <30 이므로 fba = 2100 - 36(L/b - 4.5) = 1948.3 kgf/㎠
2)작용휨응력도
84.249x 100000
fc = ───────── = 1831.5 kgf/㎠
4600.0
3) 허용압축응력도
L / γy = 6.10x 100. / 8.84 = 69.0 < 93
fca = {1400 - 8.6 x ( L / r - 20 )} x 1.5 = 1462.9kgf/㎠
N 12.00x 1000
4)작용압축응력도 = ── = ────── = 34.5kgf/㎠
A 347.8
5) 단면검토
fb fc 1831.5 34.5
── + ── = ──── + ─── = .96 < 1.0 O.K
fba fca 1948.3 1462.9
fb - fc 1831.5 - 34.5
──── = ───────── = .86 < 1.0 O.K
fbt 2100.0
6) 전단에 대한 검토
Smax 56.52 x 1000.
τ = ─── = ──────────── = 377.4 kgf/㎠ < τa O.K
Aw (35.0- 1.9x 2)x 2.4x 2
7) BOLT 계산
사용볼트 : D22mm(H.T BOLT,F10T)
볼트 1개당 받는 전단응력
P = 1.5 x2.2² x π x 1250 / 4 = 7127.5kg(50% 할증함)
56.52 x 1000.
소요볼트수 n = ──────── = 7.9 EA
7127.5
∴ 8EA 사용
5. 지주(H-PILE)검토
** 사용강재 제원
. 사용강재 : H - 300 x 300 x 10 x 15
. 단면적 (A) = 119.80 ㎠
. 단면2차 모멘트(Ix) = 20400.00 cm⁴
. 단면계수 (Zx) = 1360.00 cm³
. 단면1차반경 (γy) = 7.51 cm
. 중간 Pile간격(S) = 6.100 m
. Pile 비지지장거리(L) = 3.200 m
(1) 잔토운반차량 고려시
1) 반력계산
a)상부반력
RR = 33.660x1.0 + 3.708x( .672+ .344)x 2 = 41.198t
b) 기타하중
H -Pile 자중 : .094x21.700 = 2.040t
버팀대 자중 : .094x 6.000x 5. = 2.820t
기타하중 : = 1.0 t
────────
∑W = 5.860t
c) 총반력 = 5.860 +41.198 = 47.058t
(2) 크롤러크레인하중 고려시
1) 반력계산
a)상부반력
RR =25.898x 1.0 + 3.708x( .344x 2 + .672) = 30.944t
총반력 = 30.94 + 5.86 = 36.80 t
b) 수평하중=> 크래인 총중량의 20%가 작용하는 것으로 한다.
H1 = H / 2 = 12.000/ 2 = 6.000t
c) 최대휨모멘트
Mmax = 1/2xH1xh1 = 1/2x 6.000x 3.200 = 9.600t-m
d) 휨모멘트에 의한 압축력
N = H1.(h - 0.5h1)/L
= 6.000x(21.700- 0.5x 3.200)/ 6.100 = 19.770t
e)최대압축력 (Nmax)
Nmax = 36.80+ 5.86+ 19.77 = 62.434t
(3) 응력검토
1) 허용휨 응력도
Aw (35.0 - 1.9x 2) x 2.4
── = ──────────── = .56 < 2.0
Ac 70.0 x 1.9
L / b = 3.20x 100 / 70.0 = 4.6
여기서 L : 압축 Flange의 고정점간 거리 ( cm )
b : 압축 Flange의 폭 ( cm )
4.5 < L/b <30 이므로 fba = 2100 - 36(L/b - 4.5) = 2097.4 kgf/㎠
2)작용휨응력도
9.600x 100000
fc = ───────── = 705.9 kgf/㎠
1360.0
3) 허용압축응력도
L / γy = 3.20x 100. / 8.84 = 36.2 < 93
fca = {1400 - 8.6 x ( L / r - 20 )} x 1.5 = 1889.4kgf/㎠
N 62.43x 1000
4)작용압축응력도 = ── = ────── = 521.2kgf/㎠
A 119.8
5) 단면검토
18,000,000
fcax = ─────── = 2247.1kgf/㎠
6700 + (L/r)²
fc fb 521.2 705.9
── + ─────── = ──── + ──────────── = .71 < 1.0 O.K
fca fba(1-fc/fcax) 1889.4 2097.4(1- 521.2/2247.1)
6) 전단에 대한 검토
Smax 6.00 x 1000.
τ = ── = ────────── = 80.1 kgf/㎠ < τa O.K
Aw (35.0- 1.9x 2)x 2.4
6. 지지력 검토
말뚝은 선단 지지력에 의해 지지된다고 본다.
극한 지지력 Ru ( Meyerhof의 산식)
Ns . Ls Nc . Lc
Ru = 40 . N . Ap + ( ──── + ──── ) ψ
5 2
여기서 Ru = 극한 지지력 (ton)
N = 말뚝선단지반의 N치
Ap = 말뚝선단지반의 단면적(㎡)
Ns = 말뚝 근입부 지반중 모래층 부분의 평균 N치
Ls = 근입부에서 말뚝이 모래층 부분에 놓이는 길이
Nc = 말뚝 근입부 지반중 점토질 부분의 평균 N치
Lc = 근입부에서 말뚝이 점토질 부분에 놓이는 길이
ψ = 근입부의 말뚝 둘레 길이 (m)
시추 조사서 NO. 을 고려하고 근입장 L = 2.50m로 하면
선단 N 치 = 60.0 모래래지반의 평균 N치 = 50.0
모래지반에 놓이는 길이 Ls = 2.50
점토지반의 평균 N치 Nc = .00
점토지반에 놓이는 길이 Lc = .00
근입부의 말뚝둘레 길이 ψ = 1.33
50.0 x 2.5 .0 x .0
Ru = 40 x 60.0x .09 + ( ────── + ────── ) x 1.3 = 249.3t
5 2
Ra = Ru / 2 = 124.6 t > Rmax = 62.43t O.K
7. 단부 복공 지지보 계산
(1) 사용강재
*. 사용강재 : H-300x300x10x15
단면적 (A) = 119.80 cm²
단면2차 모멘트(Ix) = 20400.00 cm⁴
단면계수 (Zx) = 1360.00 cm³
단면2차반경(ry) = 7.51 cm
H 형강 중량(wt) = 94.00 kg/m
지지점 간격 (S) = 1.200 m
(2) 단면력
M =24.94 x 1.200 / 4 + .094x 1.200² / 8 = 7.500t-m
S = 24.942+ .094x 1.200 / 2 = 24.998 t
H = 12.000 t
(3) 응력검토
1) 허용휨 응력도
Aw ( 30.0 - 1.5x 2) x 1.0
── = ──────────── = .60 < 2.0
Ac 30.0 x 1.5
L / b = 2.000 x 100 / 30.0 = 6.7
여기서 L : 압축 Flange의 고정점간 거리 ( cm )
b : 압축 Flange의 폭 ( cm )
4.5 < L/b <30 이므로 fba = 2100 - 36(L/b - 4.5) = 2022.0 kgf/㎠
2)작용휨응력도
7.500x 100000
fb = ──────── = 551.4 kgf/㎠
1360.0
3) 허용압축응력도
L / γy = 1.20x 100. / 7.51 = 16.0 < 20
∴ fca = 2100.kgf/㎠
N 12.00x 1000
4)작용압축응력도 fc = ── = ─────── = 100.2 kgf/㎠
A 119.8
5) 단면검토
fb fc 551.4 100.2
── + ── = ─── + ──── = .32 < 1.0 O.K
fba fca 2022.0 2100.0
fb - fc 551.4 - 100.2
──── = ──────── = .22 < 1.0 O.K
fbt 2022.0
6)전단에 대한 검토
Smax 25.00 x 1000.
τ = ── = ────────── = 925.9 kgf/㎠ < τa O.K
Aw (30.0- 1.5x 2)x 1.0
(4) 연결검토
작용반력 = 25.00 x ( 1.20 - .100) / 1.20 = 22.92 ton
1) BOLT 연결시 ; D22mmx75 H.T F10T사용시 소요 BOLT수 N
N = 22.915 x 1000. / 7127.5 = 3.2 EA
2) 용접(Fillet 6mm) 사용시 소요 용접길이 L는
L = 22.915 x 1000. / (0.707x0.6x800) = 67.5 cm
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