아치댐 설계조건

아치댐 설계조건

1. 설계의 기본

• 아치댐은 댐에 작용하는 저수지로부터의 수압하중을 주로 아치작용을 이용하여 양안의 기초암반에 전달하여, 양안의 기초암반의 두께와 강도를 이용하여 수압하중에 저항하는 구조물로서 일반적으로 3차원으로 설계한다.
• 따라서 아치댐에서는 중력댐과 같이 수압하중에 저항하기 위한 댐 자체의 자중을 필요로 하지 않고, 콘크리트의 강도를 최대한으로 이용한 댐 형상이 선정된다. 이 때문에 기초암반에 작용하는 단위면적당 하중이 커지므로 견고하고 강도가 높은 기초암반이 요구된다.
• 이와 같이 아치댐은 댐체와 기초암반의 강도를 최대한 이용하는 구조물이며, 설계에 있어서는 댐체의 응력을 정확하게 산정하고, 기초암반의 안정성을 충분히 확인할  필요가 있다.
• 아치댐의 구조적 안정성에 관한 조건은 다음과 같다.

1. 댐체 내부응력은 콘크리트의 허용응력을 넘지 않을 것
2. 댐체와 기초암반의 접촉면 및 기초암반 내의 취약한 면은 전단에 대해 안정할 것

 

2. 콘크리트

가. 콘크리트의 재료특성

• 설계에 반영하는 콘크리트의 재료특성은 콘크리트의 탄성계수, 단위중량, 포아슨비 및 열팽창계수 등이 있다.
• 콘크리트의 단위중량은 실제로 사용하는 재료와 배합한 콘크리트로 시험을 해서 그 결과에 의해 정한다.
• 설계에 쓰니는 탄성계수의 값은 지속하중을 받는 경우의 크리프(creep)의 영향을 고려해서 일반적으로 2×10^4 ~ 3×10^4 MPa 범위의 값을 채용한다.
• 콘크리트의 포아슨비(Poisson ratio)는 재료, 재령 및 배합의 영향을 받으며, 실험은 포화된 상태의 콘크리트로 행하는 것이 보통이다.
• 예비설계와 시험을 하지 않고 설계하는 경우에는 보통 다음 값을 사용한다.

나. 콘크리트의 강도

• 콘크리트의 재령기준 및 설계기준강도는 91일 강도를 기준으로 한다.
• 콘크리트의 배합강도는 소요 압축강도를 조합해서 응력효과를 고려한 수정계수 및 강도의 변동계수를 고려하여 정하는 할증계수로 보정해서 계산한다.
• 콘크리트의 재령기준, 소요강도, 안전율 및 할증계수에 대해서는 중력댐과 동일하게 사용한다. 단, 아치댐에서는 댐체의 조합응력 상태가 강도를 뚜렷하게 좌우하므로, 이 영향을 고려한 수정계수를 정해서 다음식으로 배합강도를 구한다.

 

반응형

3. 기초암반

가. 기초암반의 전단마찰 저항력, 탄성계수, 변형계수

• 기초암반의 전단마찰 저항력, 탄성계수, 변형계수는 원칙적으로 현장시험을 실시하고, 그 결과와 암반의 성상을 고려해서 판정한다.
• 현장시험은 콘크리트 중력댐의 경우와 같은 방법으로 실시한다.

나. 기초암반의 안전율

• 댐체와 기초암반과의 접촉면 및  기초암반내의 취약한 면의 전단마찰 저항력은 전단력에 대하여 필요한 안전율을  갖도록 하며, 필요한 경우에는 국소 전단마찰 안전율로 구한다.

다. 기초암반에 요구되는 특성

• 아치댐의 기초암반으로 전달되는 하중은 수평방향으로 작용하므로 연직단층 등의 연직방향으로 연결된 연약면이 설계상 문제가 되는 경우가 많다. 또한 수압하중이 작은 상부표고의 기초암반에는 아치경간(arch span)이 켜지고 반대로 아치경간이 작은 하부표고에는 수압하중이 커지므로 아치댐 기초암반은 모든 표고에 걸쳐 높은 강도가 요구된다.
• 아치댐 부지에 요구되는 조건은 다음과 같다.

1. 댐 지점의 계곡형상이 비교적 급한 협곡일 것
2. 기초암반의 강도가 클 것
3. 하류측에 충분한 두께의 기초암반이 존재할 것

• 아치댐으로 불리한 부지 조건은 다음과 같다.

1. 하류측으로 계곡이 열린 지형 또는 하류측의 기초암반 두께가 얇은 지형
2. 상 하류 방향으로 주행하거나 하류측에서 지표로 빠지는 연직단층
3. 아치부 양안에 출현한 취약대

 

4. 하중과 외력

가. 하중 및 지진력

• 아치댐 설계에 고려하는 하중은 콘크리트 중력댐과 동일하며, 여기에 아치댐은 얇은 구조물이므로 온도하중과 크리프 및 건조수축의 영향을 특별히 더 고려 한다.
• 온도규제를 하기 위해 필요한 콘크리트의 역확산률, 열전도율, 비열 등의 실험치에 의해 정하는 것이 바람직하다.
• 지진의 영향을 고려한 내진설계는 내진설계에서 정하는 기준을 따른다.

나. 온도하중

• 온도하중은 수축줄눈의 그라우팅 후에 예상되는 내부온도의 변화량에 의해 정한다.
• 댐의 응력을 계산할 때 아치댐의 내부온도와 외부온도와의 차이에서 온도강하만을 고려해도 무방하다. 그러나 낮고 얇은 댐과 기초의 안정을 검토하는 겅우에는 온도상승에 대하여 검토할 필요가 있다.
• 댐의 내부온도에 의한 응력을 구하는 경우에는 단면내 평균온도, 상 하류 방향 및 상 하류면 가까이 형성되는 온도경사 등의 인자를 고려한다.
• 예비설계시에는 USBR에서 제시한 기존 아치댐 재료를 기초로 하여 온도 변화량을 나타낸 다음 식(8.2)를 이용한다. 이때 아치의 이음 그라우팅을 연평균 기온에서 실시할 경우에는 F/2 값을 채용한다.

다. 하중조합

• 하중은 저수지의 수위에 따라 그 조합을 달리하게 되며, 아치댐의 하중조합은 다음과 같다.

아치댐의 하중조합

저수지의 수위상태	설계하중
	자중	정수압	지진시 동수압	빙압	퇴사압	지진 관성력	양압력	온도하중
설계홍수위	O	O	X	X	O	X	O	O
상시만수위	O	O	O	(O)	O	O	O	O
저수위	O	O	O	X	X	O	O	O
저수지에 물이 없는 경우	O	X	X	X	X	O	X	O

주) 1. 지진의 경우 진도법 채택시 수평방향만 고려

      2. 저수지에 물이 없는 경우는 지진력을 1/2만 적용

 

출처 : 댐 설계기준