교량 베어링: 유형, 기능, 설치 및 유지 관리

교량 관절 및 베어링 사양은 교량 엔지니어링의 필수 측면으로 교량의 수명과 기능을 보장합니다. 이 포괄적인 가이드에서는 이러한 요소의 중요성, 다양한 유형, 선택 기준, 유지 관리 및 설치 모범 사례를 자세히 설명합니다.

교량 관절 및 교량 베어링 이해

교량 공학에서의 관절은 필요한 움직임과 회전을 허용하는 지지대와 베어링의 전략적 설계 및 배치를 의미합니다. 이는 상부 구조와 하부 구조 모두에 과도한 응력을 방지하여 교량이 손상 없이 다양한 힘과 움직임에 적응할 수 있도록 보장합니다.

브리지 베어링은 어떻게 작동합니까?

교량 베어링은 상대적인 움직임을 수용하거나 제한하면서 교량 상부 구조에서 하부 구조로 하중을 전달하는 방식으로 작동합니다. 이러한 움직임에는 열팽창과 수축은 물론 교통하중과 풍력으로 인한 움직임도 포함될 수 있습니다. 베어링은 구조적 손상 없이 교량을 구부리고 움직일 수 있도록 하여 교량의 무결성과 수명을 유지합니다.

프리 베어링 브릿지란 무엇입니까?

자유지지 교량(Free Bearing Bridge)은 베어링이 큰 제한 없이 여러 방향으로 움직일 수 있는 교량 유형입니다. 종종 탄성중합체 또는 슬라이딩 베어링인 이러한 베어링은 교량 상부구조가 열 변화, 하중 변화 및 기타 힘에 반응하여 자유롭게 팽창, 수축 및 회전할 수 있도록 합니다. 이 디자인은 일반적으로 구조가 큰 제한을 가하지 않고 큰 움직임과 회전을 수용해야 하는 경우에 사용됩니다.

교량 베어링에는 어떤 재료가 사용됩니까?

교량 베어링은 베어링 유형과 교량의 특정 요구 사항에 따라 선택되는 다양한 재료로 만들어집니다. 일반적인 자료는 다음과 같습니다:

• 고무 및 강철: 유연성과 강도를 결합하여 탄성 베어링에 사용됩니다.
• 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE): 포트 및 구면 베어링의 슬라이딩 표면에 사용되는 저마찰 소재입니다.
• 스테인레스 스틸: 강도와 내부식성 때문에 구형 베어링에 자주 사용됩니다.
• 청동 및 복합 재료: 독특한 특성 때문에 특수 베어링에 가끔 사용됩니다.

교량받침의 종류와 기능

베어링은 상대적인 움직임을 수용하거나 제한하면서 교량 상부 구조에서 하부 구조로 하중을 전달하는 데 필수적입니다. 다양한 교량 구성 및 요구 사항에 각각 적합한 여러 유형의 베어링이 있습니다.

• 탄성 베어링: 이는 작은 구조물에 일반적으로 사용되는 강철판으로 분리된 고무층으로 구성됩니다. 전단 변형을 통한 움직임을 처리하며 작은 세로, 가로 및 회전 움직임이 있는 응용 분야에 경제적으로 효율적입니다.
• 냄비 베어링: 이는 강철 실린더 내에 제한된 엘라스토머 디스크로 구성되어 있어 상당한 회전 운동이 가능합니다. 또한 슬라이딩 표면이 포함된 경우 병진 이동을 수용할 수도 있습니다.
• 구면 베어링: 큰 회전에 사용되는 이 베어링은 구형 표면을 사용하고 종종 PTFE로 라이닝되어 있으며 스테인리스강 표면과 일치합니다. 필요한 가공으로 인해 비용이 더 많이 들고 일반적으로 주요 구조물에 사용됩니다.
• 로커 베어링: 단일 축을 중심으로 회전을 허용하는 로커 베어링은 접촉선에 직교하는 축을 중심으로 비틀림 구속을 제공합니다. 충격 하중이 높은 철도 교량에 자주 사용됩니다.
• 가이드 베어링: 이는 구조가 수직 하중을 지지하지 않고 올바른 팽창/수축 경로를 유지하도록 보장하며 심하게 기울어지거나 다중 스팬 구조에 유용합니다.

교량 베어링 및 관절 설계에 대한 주요 고려 사항

환경 및 부하 요인

1. 온도 변화: 균일하고 차등적인 온도 변화는 모두 교량 구조에 상당한 움직임과 응력을 유발할 수 있습니다.
2. 콘크리트 수축: 데크 슬래브와 같은 콘크리트 구성요소의 수축을 수용하여 과도한 응력을 방지해야 합니다.
3. 영구 조치: 고정 하중과 겹쳐진 고정 하중은 관리해야 하는 지속적인 힘을 발휘합니다.
4. 가변 작업: 교통 하중은 베어링이 수용해야 하는 주요 가변 작용입니다.
5. 수직 및 수평 하중: 두 유형의 하중 모두 베어링 선택과 설계에 영향을 미칩니다.
6. 지원 합의: 지지대의 움직임이나 고정은 베어링이 처리해야 하는 추가적인 힘과 움직임을 유발할 수 있습니다.
7. 우발적인 행동: 차량 충돌이나 기타 사고로 인한 충격은 베어링 설계 시 고려해야 합니다.

교량 베어링의 움직임 조절

베어링은 영구(되돌릴 수 없는) 움직임과 일시적(가역적) 움직임을 모두 수용해야 합니다. 이를 통해 교량은 손상을 초래할 수 있는 응력을 축적하지 않고 다양한 조건에 적응할 수 있습니다.

교량 베어링의 회전 관리

지지대에서 세로축과 가로축에 대한 회전을 고려해야 합니다. 이러한 회전은 베어링에 수용되거나 베어링에 의해 저항될 수 있습니다. 어떤 경우에는 계획 굽힘과 관련된 수직 축에 대한 회전도 고려해야 하지만 일반적으로 이는 최소입니다.

교량 베어링의 수평 변위

수평 변위는 구조적 길이와 굽힘의 전반적인 변화로 인해 발생합니다. 이러한 변위를 관리하고 과도한 응력을 방지하며 구조적 무결성을 보장하려면 적절한 베어링 배치가 중요합니다.

교량 베어링으로 관절 배열 최적화

제한 베어링 및 확장 조인트

베어링 수를 줄이고 확장 조인트로 수용할 움직임을 최소화하면 유지 관리 책임이 줄어듭니다. 이 접근 방식은 구조를 단순화하고 수명을 향상시킵니다.

교량 베어링의 상승 방지

특히 기울어진 구조물에서는 베어링 위치의 들뜸을 방지하는 것이 필수적입니다. 들어올림은 설계를 복잡하게 하고 비용을 증가시킬 수 있으므로 가능하면 피하는 것이 좋습니다.

교량 베어링의 기계적 구속

수평력을 관리하고 열팽창 및 수축이 올바르게 발생하도록 하려면 기계적 구속이 필요합니다. 이러한 구속은 움직임을 효과적으로 제어하기 위해 전략적으로 배치되어야 합니다.

교량 베어링을 사용한 다중 경간 교량의 유연성

하중 공유와 유연성을 허용하는 가는 교각을 사용하면 다중 경간 구조에서 이동 제약을 방지할 수 있습니다. 이러한 설계 고려 사항은 다양한 힘과 움직임에 적응하는 구조의 능력을 향상시킵니다.

교량 베어링의 상세한 관절 구조

단일 경간 교량

1. 부동 관절: 수평력이 약한 작은 교량에서는 데크가 탄성 받침 위에 떠 있을 수 있습니다. 이 베어링은 전단 변형을 통한 모든 움직임을 수용합니다.
2. 고정점 관절: 대부분의 교량에는 수평력을 관리하기 위해 기계적 구속 장치가 필요합니다. 포트 베어링과 가이드(단방향) 베어링은 움직임을 제어하는 데 사용되며 고정 베어링은 종방향 힘을 처리합니다.

연속 다중 스팬 데크

범위가 길어지면 움직임의 크기가 증가합니다. 고정 베어링을 교량 중앙에 배치하면 열팽창이 고르게 분산되어 구조물에 가해지는 응력이 줄어듭니다. 교각 설계에서는 제동 및 가속 작용으로 인한 수평 힘을 고려해야 합니다.

교량 베어링이 있는 곡선 교량 데크

곡선형 데크는 고정점에서 반경 방향으로 안내하거나 곡률 반경에 접선 방향으로 안내할 수 있습니다. 방사형 안내에는 베어링의 정확한 형상이 필요한 반면, 접선 정렬은 특정 가이드 베어링으로 수평 힘을 수용하면서 곡선 주위로 데크를 효과적으로 안내합니다.

교량 베어링 및 관절의 확장 조인트

현대 교량은 신축 조인트를 사용하여 움직임을 관리하고 국부 균열을 방지하며 구조적 무결성을 유지합니다. 베어링과 마찬가지로 이러한 조인트의 적절한 사양은 효과적인 움직임 조절 및 유지 관리 최소화를 보장하는 데 중요합니다.

교량 받침 사양 및 설치

교량 베어링에 대한 베어링 일정 준비

교량 설계자는 힘, 움직임 및 성능 특성을 나열하여 상세한 지지 일정을 준비해야 합니다. 이 정보는 베어링 설계자가 설계 값과 전체 사양을 결정하는 데 도움이 됩니다.

교량 베어링 설치 고려 사항

베어링은 완전한 팽창 및 수축 움직임을 수용할 수 있도록 정확한 방향과 온도 설정으로 설치되어야 합니다. 베어링 표면을 브리지의 최종 형상과 정렬하려면 테이퍼 플레이트가 필요할 수 있습니다.

교량 베어링의 유지보수 및 검사

교량 베어링의 접근성을 위한 설계

베어링은 검사, 유지보수 및 교체가 용이하도록 설계되어야 합니다. 여기에는 접근 제공, 하중 완화 수단, 새 베어링 추출 및 삽입을 위한 물리적 공간 제공이 포함됩니다.

교량 베어링용 어버트먼트 갤러리

교대에서 갤러리는 베어링 검사 및 유지 관리를 용이하게 합니다. 이러한 갤러리는 상당한 구조적 수정 없이 베어링 작업에 필요한 접근 및 공간을 제공합니다.

결론

교량 관절 및 베어링 사양은 교량의 기능과 수명에 기본입니다. 엔지니어는 최적화된 설계 및 유지 관리 방식을 이해하고 구현함으로써 교량을 향후 수년간 안전하고 내구성 있고 효율적으로 유지할 수 있습니다. 적절한 관절을 사용하면 교량이 다양한 힘과 움직임에 적응할 수 있으며, 잘 선택된 베어링은 하중을 효과적으로 전달하고 필요한 변위와 회전을 수용할 수 있습니다. 세심한 설계, 설치 및 유지 관리를 통해 교량 구조물의 무결성과 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.