Abstract
Solar radiation induces non-uniform temperature distribution in the bridge structure depending on the shape of the structure and shadows cast on it. Especially in the case of curved steel box girder bridges, non-uniform temperature distribution caused by solar radiation may lead to unusual load effects enough to damage the support or even topple the whole curved bridge structure if not designed properly. At present, it is very difficult to design bridges in relation to solar radiation because it is not known exactly how varying temperature distribution affects bridges; at least not specific enough for adoption in design. Standard regulations related to this matter are likewise not complete. In this study, the thermal behavior of curved steel box girder bridges is analyzed while taking the solar radiation effect into consideration. For the analysis, a method of predicting the 3-dimensional temperature distribution of curved bridges was developed. It uses a theoretical solar radiation energy equation together with a commercial FEM program. The behavior of the curved steel box girder bridges was examined using the developed method, while taking into consideration the diverse range of bridge azimuth angles and radii. This study also provides reference data for the thermal design of curved steel box girder bridges under solar radiation, which can be used to develop design guidelines.
곡선 강박스거더교는 부분적인 일사에 의해 교량단면에 불균등한 온도분포와 함께 기타 불리한 하중조건이 복합되어 작용되므로 교량의 수명이 단축되거나 사용성을 저하시킬 수 있는 문제점을 가지고 있다. 따라서 곡선교 설계 시 방위각, 받침배치방식, 형상 등에 따라 온도에 의한 영향을 고려해야 하지만 온도거동의 특성이 명확히 규명되어 있지 않을 뿐만 아니라 현행 설계기준의 규정도 명확하지 못하여 보다 많은 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 기존의 연구에서 제안된 일사량 계산식과 열전달 유한요소해석기법을 병용하여 곡선 강박스거더교의 기하학적 형상 및 방위각에 따라 변화하는 온도분포를 보다 쉬운 방법으로 예측하는 기법을 개발하였고 실측된 곡선교의 온도자료를 통해 검증하였다. 또한, 개발된 온도분포예측기법과 3차원 구조해석을 이용하여 일사에 의한 곡선교의 거동을 분석한 결과, 곡선 외측면이 남측을 향하는 경우에서 고정단측 받침의 교축방향과 교축직각방향 반력이 크게 나타났으며 곡선반경이 감소할수록 모든 방향의 반력이 증가하는 경향을 보였다. 본 연구에서 제안한 온도분포예측기법을 바탕으로 향후 관련 연구를 통해 현재의 설계기준을 보완할 수 있는 합리적인 온도하중의 제시가 가능할 것으로 판단된다.
