• 한국방재안전학회논문집
• /
• 제15권3호
• /
• pp.67-77
• /
• 2022

국내에서는 I형 거더의 장경간화를 위한 수단으로써 U형 거더 개발을 시도하였으나, 포스트텐션 긴장방식에 따라 큰 자중으로 인하여 30 m이하 철도교 적용 사례가 대표적이며, 도로교는 시공 편의성과 보급성 논리에 따라 U형 거더의 적용 사례는 많지 않다. 본 연구는 이러한 포스트텐션 방식에 제한을 두지 않고 프리텐션 방식을 적용하여 단면 감소에 따른 자중 감소와 사용재료 절감을 유도하고자 한다. 또한, U형 거더 내부 반력대를 이용한 현장 프리텐션 긴장방법을 적용하고자 한다. 프리스트레스트 콘크리트 U형 단면 거더 교량은 콘크리트 바닥판 슬래브와 합성단면으로 구성된다. 단면이 폐합되어 개방형 단면인 PSC I형 대비 저항 강성 등의 구조적 성능향상과 제작 및 가설 단계에서 시공의 안전성 증대, 그리고 자중 경감에 기인하는 형고비 감소와 교량의 미적 경관성 확보가 가능하여 매우 효율적이고 경제적인 교량이다. 이로 인하여 고품질의 공장제작 부재와 현장에서 일체 타설로 효율적인 시공이 가능할 것으로 기대된다. 본 논문에서는 프리텐션 현장 긴장 방식 소개 및 긴장을 위한 정착블럭의 해석적 성능 검증에 대한 내용을 수록하였다.

• Earthquakes and Structures
• /
• 제17권5호
• /
• pp.477-487
• /
• 2019

Understanding the behavior of skew bridges under the action of earthquakes is quite challenging due to the combined transverse and longitudinal responses even under unidirectional hit. The main goal of this research is to assess the response of skew bridges when subjected to longitudinal and transversal earthquake loading. The effect of skew on the response considering two- and three- span bridges with skew angles varying from 0 to 60 degrees is illustrated. Various pier fixities (and hence stiffness) and cross-section shapes, as well as different abutment's bearing articulations, are also studied. Finite-element models are established for modal and seismic analyses. Around 900 models are analyzed under the action of the code design response spectrum. $Vis-{\grave{a}}-vis$ modal properties, the higher the skew angle, the less the fundamental period. In addition, it is found that bridges with skew angles less than 30 degrees can be treated as straight bridges for the purpose of calculating modal mass participation factors. Other monitored results are bearings' reactions at abutments, shear and torsion demand in piers, as well as deck longitudinal displacement. Unlike straight bridges, it has been typically noted that skew bridges experience non-negligible torsion and bi-directional pier base shears. In a complementary effort to assess the accuracy of the conducted response spectrum analysis, a series of time-history analyses are applied under seven actual earthquake records scaled to match the code design response spectrum and critical comparisons are performed.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제23권1호
• /
• pp.53-60
• /
• 2010

ILM 교량의 경우 압출 중에 발생하는 일시적 응력을 흡수하기 위해 일반적으로 압출추진코가 이용된다. 압출 중에 발생되는 ILM 교량의 상부단면력은 압출추진코의 길이, 중량, 강성에 따라 크게 달라진다. 따라서 설계와 시공시에 단면의 안전성 확보를 위해서는 상부구조와 압출추진코와의 상호작용에 따른 응력변화를 반드시 고려해야 한다. 그러나 국내에서는 ILM 교량의 설계시에 경간분할 및 지간길이 등을 전례의 설계결과에 따라 결정하는 경우가 많다. 따라서 상부구조와 압출추진코의 단면들이 프로젝트에 따라 크게 달라지지 않는다. 그러므로 상부단면의 최적설계에 영향을 주는 압출 중 상호작용을 고려한 압출추진코의 최적설계에 관한 필요성도 크게 인식되지 못하고 있는 실정이다. 이 연구에서는 변단면 압출추진코와 교량 상부구조의 상호작용을 고려한 해석식을 이용하여 압출추진코의 최적화를 위한 설계식을 제안하였고 활용가능성을 확인하였으며, 국내 공용중인 ILM 교량의 설계수준을 평가하여 ILM 상부단면의 최적설계를 위해 제언하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제26권6A호
• /
• pp.1013-1022
• /
• 2006

본질적으로 두 개의 I형 거더를 가진 사장교는 공기역학적으로 불리한 특성을 가지고 있음에도 불구하고 경제적으로 유리하기 때문에 최근 우리나라에서 많이 건설되고 있다. 본 논문에서는 두 개의 I형 거더를 가지는 사장교의 실제 조건 하에서의 공기역학적 특성을 평가하기 위하여 영각, 난류강도, 감쇠비를 변화시켜가면서 단면모형실험을 수행하였다. 비틀림 강성이 다른 두 개의 상부 단면 형식이 시공단계 및 완공 후에 대하여 각각 조사되었고 교량의 공기역학적 특성을 향상시키기 위하여 3가지 형식의 페어링이 고려되었다. 연구결과, 전통적인 등류에서의 단면모형실험은 다소 비관적으로 공기역학적 거동을 평가하고 있으며 교량의 바람에 의한 응답은 난류강도와 구조감쇠비에 따라 현저하게 변화하는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제시된 페어링은 와류진동 및 버페팅 진동을 감소시켰으며 또한, 플러터의 발생속도도 증가시켰다. 본 연구결과는 두 개의 I형 거더를 가지는 사장교의 내풍설계를 위한 많은 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제19권6호
• /
• pp.681-693
• /
• 2007

본 연구에서는 연속거더교량에 적용되고 있는 가설공법을 이중합성 박스거더교에 적용하여 발생 단면력을 검토하고, 적용성 측면에서 개선사항을 도출하고자 하였다. 하부콘크리트의 타설높이 및 타설범위는 각각 이중합성단면에 대한 소성모멘트 및 부모멘트영역에 의하여 결정되었다. 검토 가설공법은 일반적인 가설조건을 고려하여 크레인 가설공법, 켄틸레버 가설공법, 압출가설공법 등을 대상으로 하였으며, 이중합성 박스거더 가설 전의 하부콘크리트 타설유무에 따라 두가지의 경우로 구분하여 각각 시공중에 발생하는 단면력을 검토하였다. 또한, 압출가설공법 적용시의 단면력 저감방안으로 압출노즈에 의한 가설방안을 검토하였으며, 가설거더에 대한 압출노즈의 길이비, 단위중량비, 휨강성비 등의 변화에 따른 단면력의 저감정도를 검토하였다. 압출노즈에 의한 가설공법은 이중합성 박스거더교량에도 유효하게 적용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
• /
• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
• /
• pp.75-75
• /
• 2011

본 논문에서는 진동중인 교량 거더에 작용하는 풍하중을 산정하고 그에 따른 플러터 발생풍속을 예측하기 위하여 분산형 전산환경을 활용한 수치해석 연구를 수행하였다. 분산형 전산환경은 웹 포탈을 기반으로 수치해석 환경을 제공하는 수치풍동 시스템으로서, 전산유체역학(CFD : Computational Fluid Dynamics)에 대한 전문지식이 부족한 사용자들도 격자생성, 수치해석자를 이용한 계산, 가시화 등의 전 과정을 편리하게 수행할 수 있는 차세대 토목분야 연구 환경이다. 본 시스템은 그리드스피어(GfidSphere)를 기반으로 구성되었으며, 기본적으로 사용자 관리, 세션 관리, 그룹 관리, 레이아웃 관리 등을 제공하여 사용자가 포탈을 통해서 다양한 서비스를 쉽게 사용할 수 있는 환경을 구축하도록 도와준다. 수치해석을 위한 유체 지배방정식은 2차원 비정상 비압축성 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 방정식이며, pseudo compressibility 방법을 적용하였다. 비정상 유동장을 해석하기 위하여 이중시간 전진법(dual time stepping)을 사용하였으며, 수렴가속화를 위해 Multi-grid 기법을 적용하였다. 또한 난류 유동장 해석을 위해서 $k-{\omega}$ SST 난류 모델을 사용하였으며, 난류 천이 과정에서의 유동을 모사하기 위하여 Total stress limitation 방법을 적용하였다. 교량 거더의 연직과 회전방향의 2자유도 움직임을 모사하기 위하여 동적격자 기법을 도입하였다. 교량 거더 주변의 비정상 유동해석 결과를 통해, 거더 표면에서 떨어져나가는 크고 작은 와류의 영향으로 양력 및 모멘트 계수 그래프가 중첩된 진폭과 주기를 갖고 주기적으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 계산된 비정상 공기력을 적용한 2자유도 플러터 방정식을 통하여 플러터 발생풍속을 산정하였다. 최종적으로 본 연구에서 계산된 결과의 타당성을 검증하기 위하여 수치적으로 구한 플러터 발생풍속과 기존의 실험 및 수치해석 결과를 비교하였으며, 결과는 잘 일치하였다.

• Wind and Structures
• /
• 제25권4호
• /
• pp.343-360
• /
• 2017

The post-flutter state of streamlined steel box girder is studied in this paper. Firstly, the nonlinear aerodynamic self-excited forces of the bridge deck cross section were investigated by CFD dynamic mesh technique and then the nonlinear flutter derivatives were identified on this basis. Secondly, based on the 2-degree-of-freedom (DOF) coupling flutter theory, the torsional amplitude and the nonlinear flutter derivatives were introduced into the traditional direct flutter calculation method, and the original program was improved to the "post-flutter state analysis program" so that it can predict not only the critical flutter velocity but also the movement of the girder in the post-flutter state. Finally, wind tunnel tests were set to verify the method proposed in this paper. The results show that the effect of vertical amplitude on the nonlinear flutter derivatives is negligible, but the torsional amplitude is not; with the increase of wind speed, the post-flutter state of streamlined steel box girder includes four stages, namely, "little amplitude zone", "step amplitude zone", "linearly growing amplitude zone" and "divergence zone"; damping ratio has limited effect on the critical flutter velocity and the steady state response in the post-flutter state; after flutter occurs, the vibration form is a single frequency vibration coupled with torsional and vertical DOF.

• Wind and Structures
• /
• 제35권4호
• /
• pp.255-268
• /
• 2022

Light-weight or low-damped structures may encounter the unsteady galloping instability that occurs at low reduced wind speeds, where the classical quasi-steady assumption is invalid. Although this unsteady phenomenon has been widely studied for rectangular cross sections with one side perpendicular to the incidence flow, the effect of the mean wind angle of attack has not been paid enough attention yet. With four sectional models of different side ratios and geometric shapes, the presented research focuses on the effect of the wind angle of attack on unsteady galloping instability. In static tests, comparatively strong vortex shedding force was noticed in the middle of the range of flow incidence where the lift coefficient shows a negative slope. In aeroelastic tests with a low Scruton number, the typical unsteady galloping, which is due to an interaction with vortex-induced vibration and results in unrestricted oscillation initiating at the Kármán vortex resonance wind speed, was observed for the wind angles of attack that characterize relatively strong vortex shedding force. In contrast, for the wind angles of attack with relatively weak shedding force, an "atypical" unsteady galloping was found to occur at a reduced wind speed clearly higher than the Kármán-vortex resonance one. These observations are valid for all four wind tunnel models. One of the wind tunnel models (with a bridge deck cross section) was also tested in a turbulent flow with an intensity about 9%, showing only the atypical unsteady galloping. However, the wind angle of attack with the comparatively strong vortex shedding force remains the most unfavorable one with respect to the instability threshold in low Scruton number conditions.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제20권2호
• /
• pp.333-345
• /
• 2008

프리캐스트 콘크리트 바닥판 교량의 적용이 2거더 교량이나 개구제형 강박스 교량으로 확대되고 있다. 소수거더교에 프리캐스트 바닥판 교량의 적용에서 가장 어려운 점은 완전합성을 확보하기 위해 필요한 전단연결재의 배치이다. 좁은 영역에 많은 연결재를 배치해야 하기 때문에 프리캐스트 바닥판의 단면 손실이 커서 철근의 배치가 어렵게 된다. 이 논문에서는 현재 설계 기준에서 제시하고 있는 스터드 전단연결재의 최소 간격보다 좁은 연결재 간격을 가질 경우의 극한 강도 특성을 정적 실험을 통해 평가하였다. 실험결과로부터 최소 간격보다 좁은 간격으로 배치할 경우에 현재의 설계기준 강도보다 낮은 극한 강도를 발현하는 것으로 나타났고 프리캐스트 슬래브의 보강 혹은 포켓부의 부분보강의 효과로 인해 강도 증진이 나타났다. 그룹 스터드 전단연결부의 설계는 연결재 전단강도와 콘크리트 슬래브의 강도의 상대적인 비로부터 파괴모드를 예측하고 연결재 파괴를 유도할 수 있도록 이루어져야 한다. 실험결과로부터 스터드 간격을 고려한 그룹 스터드 전단연결부의 극한강도에 대한 경험식을 제안하였다. 피로실험을 수행한 결과로부터 이 연구의 실험범위내에서는 그룹스터드 전단연결부의 피로강도 감소가 나타나지 않는 것으로 밝혀졌다. 연구결과를 활용하여 프리캐스트 바닥판의 상세를 개선하였다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
• /
• 한국철도학회 2008년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.993-999
• /
• 2008

인구밀집지역인 도심부나 주거지역 인근에서 이루어지는 철도교량 신축에 있어서 급속시공은 매우 의미가 있다. 이러한 신속한 시공과 더불어 교량 거더의 형고의 유동적 조절도 중요하다. 기존 I형 거더는 단면에서 수직방향으로 중립축으로부터 떨어진 모멘트 팔 길이와 긴장력을 이용한 평형을 근간으로 하는 까닭에 형고 조절에 있어 다소 어려움이 있었다. 이에 기존 단일 박스거더의 축소형인 확폭플랜지를 갖는 U형 프리캐스트 보는 긴장력 조절과 콘크리트 압축강도에 따라 경간길이 및 형고 변화가 상대적으로 I형보에 비해 용이하다. 확폭플랜지를 갖는 U형 프리캐스트 거더의 철도교 적용성을 확인하기 위해 지간 30m, 형고 1.7m, 폭 3.63m의 실물크기 거더를 제작하였고 하중재하/변위재하를 이용하여 총 6,200kN의 하중을 유사정적으로 가력하였다. 실험은 4점재하시험으로 하중-변위곡선, 하중-변형율을 이용하여 휨성능을 기본적으로 확인하였고 1차 하중제거와 재재하를 통해 긴장재의 역할을 확인 하였다. 유사정적거동을 본질적으로 확인하기 위해 쉘요소를 이용한 3차원 재료비선형해석을 통하여 실험결과와 평행하게 비교하였다. 콘크리트의 비선형성은 손상-소성모델(Lee & Fenves,1998)을 이용하여 콘크리트 인장/압축 소성연화거동, 인장강화거동을 묘사하였다. 실제 균열패턴과 해석 손상패턴을 비교검토 하였고 하중-변위, 단면에 따른 하중-변형율 관계를 실제 실험결과와 비교검토 하였다. 비선형 해석에 사용된 재료물성치와 해석모델의 보유 탄성에너지 조율은 실제 거더에 가진실험을 통해 획득한 고유주파수를 통하여 확인하였다.