• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.21-31
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• 2018

이 논문은 철도교 교량 바닥판의 영구거푸집 목적으로 개발된 리브가 부착된 프리캐스트 콘크리트 패널과 그 패널을 적용한 교량바닥판의 구조 성능 검증을 위한 정적하중재하실험을 수행결과를 정리하였다. 영구거푸집 용도의 리브가 부착된 프리캐스트 패널을 대상으로 폭 400mm 보부재와 폭 1200mm 판부재를 각각 3개씩 제작하였고 후타설 콘크리트와 리브가 부착된 프리캐스트 콘크리트 패널이 합성된 교량 바닥판 부재를 대상으로 폭 400mm 보부재와 폭 1200mm 판부재를 각각 3개씩 제작하여 총 12개의 실험체에 대하여 정적하중재하 실험을 수행하였다. 모든 실험체의 단면은 바닥판 설계지간 1.6m를 갖는 두께 240mm의 철도교 바닥판을 가정하여 결정하였고, 시공하중이 작용하는 프리캐스트 패널에 대하여 콘크리트 표준시방서에 따른 거푸집 설계하중을 재하하였을 때 리브가 부착된 프리캐스트 콘크리트 패널 하면의 인장응력이 콘크리트 인장강도를 초과하지 않도록 단면을 설계하였다. 각 실험체에 대하여 하중에 따른 철근변형률, 콘크리트 변형률, 균열폭, 처짐, 합성부재의 시공이음면의 슬립량을 계측하여 그 결과로부터 구조물의 안전성과 사용성 평가를 수행하였다. 모든 실험체는 현행 설계기준에서 요구되는 안전성 및 사용성 기준을 만족하는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권11호
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• pp.683-692
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• 2020

본 논문에서는 철도교량상판에 적용하는 방수재료 선정을 위한 이음부 및 균열부에 대한 거동 저항 성능평가를 수행하였다. PSC거더 철도 교량상판에서 발생하는 일반적인 변위 범위 조건을 도출하여, 도출한 결과에 따라서 방수재료의 균열 거동 저항 성능평가 방법을 개발하였다. 재안하고자 하는 평가를 위한 균열거동폭 (mm)을 설정하기 위해 레일도상이 설치되어있는 PSC 거더 교량을 대상으로 유한요소 모델링 해석을 수행하였으며, 최소 균열 거동 범위 (약 1.5mm)를 도출하였다. 평가 방법으로서는 교량 상판에 통상적으로 사용되는 시멘트계 도막 시스템, 폴리우레탄 코팅, 접착식 아스팔트 시트 및 합성 고무 겔 복합 아스팔트 시트 시스템 총 4가지 종류의 방수재료를 선정하여, 각 방수재료 종류별 5가지의 시편을 제조하여 성능 평가를 수행하였다. 각 시험편별로 4가지의 균열 거동폭조건 (1.5, 3.0, 4.5, 6.0mm)에 대해 평가를 수행하였으며, 본 연구를 통하여 철도교량에 일반적인 균열 거동 폭을 고려한 평가 기준에 따라 각 방수재료별 누수저항성 평가에 따른 철도교량상판 사용 적합성을 판단하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.1055-1067
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• 1994

본 연구에서는 교량과 차량을 3차원으로 모델링하고, 교량의 노면조도 및 교량과 차량 사이의 상호작용력을 고려하여 이동차량이 교량올 통과할 때 교량의 선형 동적해석을 수행할 수 있는 해석방법을 제시하였다. 교량의 노면조도는 평균값이 영인 정상확율분포로 가정한 지수 스팩트럴 밀도(PSD)를 사용하여 생성시켰다. 이 때 지수 스팩트럴 밀도는 양호한 도로에 대하여 C.J. Dodds와 J.D. Robson이 제안한 PSD값을 사용하였다. 차량은 트럭과 트랙터-트레일러를 각각 7-자유도와 12-자유도를 갖는 3차원차량으로 모델링하였고, 차량의 운동방정식은 Lagrange 방정식을 사용하여 유도하였다. 교량은 주형을 보요소로 이상화시키고 콘크리트 바닥판을 쉘요소로 이상화시켰으며 주형과 콘크리트 바닥판을 Rigid Link로 연결하여 3차원으로 모델링하였다. 차량의 운동방정식은 Newmark ${\beta}$법을 사용하고 교량의 운동방정식은 모우드 중첩법을 사용하여 풀었다. 본 연구에서 제시한 해석방법의 타당성을 검토하기 위하여 "AASHO Road Test"에서 실시한 단순 강합성교의 실험결과와 본 연구에서 제시한 해석적인 방법으로 구한 값을 비교하였다. 해석 결과, 본 연구에서 제시한 해석적인 방법으로 구한 값과 실험값이 매우 잘 일치하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권5호
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• pp.137-147
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• 2012

무철근 교량 바닥판은 콘크리트 내부의 철근을 없애고 거더를 Strap으로 횡구속시켜 Arching action을 극대화시킨 교량 바닥판이다. 본 연구에서는 무철근 바닥판의 균열제어를 목적으로 FRP bar의 배치량을 변수로 하여 내하력과 균열, 연성도, 파괴시 응력수준 등을 판단하여 FRP bar 최소 배치량을 제시하였다. 실험결과 Steel strap 무철근 바닥판은 최소 0.15% FRP 보강근만 배치하여도 내하력과 연성이 확연히 향상됨을 확인하였다. FRP bar를 보강한 무철근 바닥판에 대하여 피로실험을 수행하였으며 200만회 반복하중 재하후 균열, 잔류 처짐 등에서 장기 사용성에 문제가 없음을 확인하였다. 교량 바닥판은 대체로 펀칭전단 파괴를 하며 2방향 슬래브의 전단강도식을 적용할 수 있으나 ACI, AASHTO 등에서는 바닥판의 비선형 파괴형상과 횡구속에 의한 Arching 효과를 명확히 고려하지 못하기 때문에 실제 파괴강도보다 과소평가 한다. 본 연구에서는 Steel strap 바닥판의 실제 파괴형상과 Strap에 의한 횡구속도를 고려한 펀칭전단강도식을 제안하였으며 이는 실험결과와도 비교적 잘 일치하는 결과를 보여주었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.98-106
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• 2011

강박스거더의 바닥틀은 바닥강판, 종방향 리브 및 횡방향 리브로 구성된다. 강바닥판 교량은 용접 접합부의 개소가 많고 중차량 접지하중과 반복응력의 증가에 의해 피로손상의 발생 가능성이 매우 높다. 일반적으로 강바닥판의 피로균열은 중차량 트럭하중의 반복적인 재하하중으로 인한 국부응력에 의하여 발생한다. 또한 중차량 통행량의 증가 및 통행차량의 대형화는 피로균열 발생 가능성을 촉진한다. 따라서 교량에 영향을 미치는 실제 통행 차량하중의 하중재하 패턴을 고려한 하중 접지면적에 따른 교량의 거동을 정확히 평가하는 것은 매우 중요하다. 본 연구는 강바닥판 교량에서 통행 차량의 접지면적과 하중재하 효과를 고려하여 설계하중에 의한 접지면적과 실제 통행 차량의 접지면적을 유한요소해석을 통하여 비교 평가하였다. 유한요소해석은 강바닥판 교량의 4가지 하중 재하패턴에 대하여 수행하였다, 또한 해석은 다이아프램의 설치 유무에 따른 통행트럭의 접지면적 영향을 비교 평가하였다. 유한요소해석 결과, 실제 싱글타이어의 하중재하면적이 설계하중의 접지면적보다 보다 큰 국부응력을 보였고, 바닥강판은 전륜하중인 싱글타이어 재하에 의해 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 다이아프램의 설치 유무는 탄성영역에서 다이아프램 설치가 강바닥판 가로리브와 세로리브 교차부의 피로저항에 대한 구조성능 개선에는 효과가 없는 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제10권3호통권36호
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• pp.553-564
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• 1998

최근도심지의 극심한 교통체증의 해소를 위한 방안으로 2층도로 강구조 덱 시스템의 채택이 증가하고 있다. 그 주된 이유는 신속한 시공과 콘크리트덱에 비하여 자중의 감소효과가 크고 보다 큰 강도와 효율적인 가설이 가능하기 때문이다. 본 연구의 목적은 강구조 덱 시스템의 최적설계프로그램을 이용한 2층도로용 강구조 덱 시스템의 가장 합리적인 형식 결정에 관한 연구이다. 최적화의 목적함수는 최소 초기비용으로 정식화하였다. 설계 제약조건은 도로교시방서의 ASD설계기준에 맞추어 정식화하였으며 최적설계과정은 두 단계로 이루어져 있다. 첫 번째 단계는 박스 또는 플레이트주형에 대한 강구조 덱 시스템의 최적설계가 수행된다. 그리고 두 번째 단계에서 개단면 또는 폐단면리브를 갖는 강상판에 대하여 최적설계를 한다. 최적설계 프로그램의 구조해석은 주형에 대하여 격자해석 모델링을 이용하였고 강상판에 대해서는 Pelican-Esslinger법을 사용하였다. 최적화 기법은 SQP를 이용하였다. 적용 예의 각 형식별 강구조 덱 시스템의 최적설계 결과의 비교를 통하여 비용의 효율성을 검토하였고 폐단면리브를 가지는 직선 형상의 박스거더 형식이 가장 효율적이고 경제적으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.227-236
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• 2008

강합성 교량에서 일반적으로 사용되는 콘크리트는 단위질량이 ${2,300kg/m^{3}}$인 일반콘크리트이다. 그러나 강합성 교량에서 경량콘크리트를 사용한다면 바닥판 자중에 의한 단면력을 감소시킬 수 있어 더욱 경제적인 교량설계가 가능할 것이다. 경량콘크리트를 사용한 강합성 거더 교량에서 적용될 수 있는 바닥판 형식은 크게 현장타설 콘크리트 바닥판과 프리캐스트 바닥판으로 구분할 수 있다. 이 두형식의 바닥판은 시공측면이나 구조적 거동 측면에서 다소 차이가 있어, 바닥판과 강거더를 연결하는 전단연결부도 사용되는 바닥판의 형식에 따라 구조적 거동 특성이 위하여 Push-out 실험을 수행하였다. 또한 베딩층이 있는 프리캐스트 부재에 대해서는 강도감소의 주요한 원인이 되는 베딩층의 균열을 방지하기 위하여 프리캐스트 바닥판과 베딩층 사이에 전단키를 설치하고 베딩층을 횡방향으로 구속시킨 실험체에 대해 실험을 수행하여 그 영향을 평가하였다.

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

• Steel and Composite Structures
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• 제35권6호
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• pp.799-813
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• 2020

Fatigue cracks of rib-to-deck (RD) joints have been frequently observed in the orthotropic steel decks (OSD) using conventional U-ribs (CU). Thickened edge U-rib (TEU) is proposed to enhance the fatigue strength of RD joints, and its effectiveness has been proved through fatigue tests. In-depth full-scale tests are further carried out to investigate both the fatigue strength and fractography of RD joints. Based on the test result, the mean fatigue strength of TEU specimens is 21% and 17% higher than that of CU specimens in terms of nominal and hot spot stress, respectively. Meanwhile, the development of fatigue cracks has been measured using the strain gauges installed along the welded joint. It is found that such the crack remains almost in semi-elliptical shape during the initiation and propagation. For the further application of TEUs, the design curve under the specific survival rate is required for the RD joints using TEUs. Since the fatigue strength of welded joints is highly scattered, the design curves derived by using the limited test data only are not reliable enough to be used as the reference. On this ground, an experiment-numerical hybrid approach is employed. Basing on the fatigue test, a probabilistic assessment model has been established to predict the fatigue strength of RD joints. In the model, the randomness in material properties, initial flaws and local geometries has been taken into consideration. The multiple-site initiation and coalescence of fatigue cracks are also considered to improve the accuracy. Validation of the model has been rigorously conducted using the test data. By extending the validated model, large-scale databases of fatigue life could be generated in a short period. Through the regression analysis on the generated database, design curves of the RD joint have been derived under the 95% survival rate. As the result, FAT 85 and FAT 110 curves with the power index m of 2.89 are recommended in the fatigue evaluation on the RD joint using TEUs in terms of nominal stress and hot spot stress respectively. Meanwhile, FAT 70 and FAT 90 curves with m of 2.92 are suggested in the evaluation on the RD joint using CUs in terms of nominal stress and hot spot stress, respectively.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.1731-1741
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• 2014

교통수요의 증가에 따른 교통혼잡을 피하기 위하여 고가도로와 고속도로, 경전철 등이 활발히 건설되고 있으며, 이에 따라 접속부 등과 같은 곡률반경이 작은 곡선교 구간의 발생이 증가하고 있다. 초기에는 직선형의 주형을 연결하여 곡선을 이루는 방법을 사용하였으나, 공사비의 증가와 미관성 측면에서 용이하지 않아 강재를 사용한 곡선주형이 개발되어 적용되고 있다. 강재의 특성상 기하학적인 형상을 구현하는데 상대적으로 손쉽기 때문에 대부분의 곡선교에서는 강재를 이용한 강박스 거더교를 주로 사용하고 있다. 그러나 강박스 거더교는 초기 공사비가 고가이고, 도장과 같은 지속적인 유지관리가 필요한 문제점을 가지고 있다. 최근에는 I형 강재 플레이트 거더를 사용하는 방법이 활발히 연구되고 있으나 곡선 I형상의 특성상 개단면이고 얇은 플레이트를 사용하기 때문에 비틀림 강성이 매우 작아 안전성에 문제가 있는 것으로 지적되고 있다. 이러한 곡선강교의 대안으로 경제성과 안전성이 확보되는 프리캐스트 PSC 곡선거더가 제시되고 있다. 이에 본 연구에서는 프리캐스트 PSC 곡선거더를 효율적으로 제작할 수 있는 스마트 몰드 시스템을 개발하고 이를 적용한 2주형 40m 실물교량의 정적 휨 파괴 실험을 통하여 안전성을 확인하고자 한다. 제작단계에서 단일 거더는 곡률반경에 의해 거더의 전도에 대한 안정성이 문제가 있으나 가로보로 연결된 멀티거더는 하중분배가 적절히 이루어지며 안정성이 확보되는 것으로 나타났다. 정적구조 실험결과에서는 균열하중(1,400 kN)이 설계하중(450 kN)의 약 3배 이상 높은 것으로 나타났으며, 허용처짐량에 해당하는 하중은 설계하중의 4배인 1,800 kN에서 발생하여 사용성과 안전성이 모두 확보되는 것으로 나타났다.