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공용중인 교량은 시공시에 비해 이음부재 및 볼트에 각종 하중이 작용하는 상태이고, 시간에 따른 볼트 축력의 감소, 이물질 혹은 부식에 의해 표면마찰상태의 변화, 초기 마찰이음에서 지압이음으로 변화 등에 의해서 역학적 성능저하 현상이 발생하게 되며, 이와 함께 시공중 볼트체결불량, 과대공, 이음판 용접 및 공용중 차량에 의한 진동 풀림 또는 리벳이음의 병행 사용 등 각종 결함이 발생되고 있다. 실험적인 연구에 의해 이러한 결함들이 있는 고장력볼트 이음부의 역학적 성질을 규명하기 위해서는 수많은 변수가 고려되어야 하고 이를 위해 많은 시간, 경비 및 노동력을 필요로 하므로 사실상 모든 제 변수를 고려한다는 것인 사실상 불가능한 실정이다. 따라서, 실험적으로 밝혀내기 어려운 결함이 있는 고장력볼트 이음부의 거동과 구조적 특성을 ...

공용중인 교량은 시공시에 비해 이음부재 및 볼트에 각종 하중이 작용하는 상태이고, 시간에 따른 볼트 축력의 감소, 이물질 혹은 부식에 의해 표면마찰상태의 변화, 초기 마찰이음에서 지압이음으로 변화 등에 의해서 역학적 성능저하 현상이 발생하게 되며, 이와 함께 시공중 볼트체결불량, 과대공, 이음판 용접 및 공용중 차량에 의한 진동 풀림 또는 리벳이음의 병행 사용 등 각종 결함이 발생되고 있다. 실험적인 연구에 의해 이러한 결함들이 있는 고장력볼트 이음부의 역학적 성질을 규명하기 위해서는 수많은 변수가 고려되어야 하고 이를 위해 많은 시간, 경비 및 노동력을 필요로 하므로 사실상 모든 제 변수를 고려한다는 것인 사실상 불가능한 실정이다. 따라서, 실험적으로 밝혀내기 어려운 결함이 있는 고장력볼트 이음부의 거동과 구조적 특성을 유한요소 해석을 통하여 규명하고 차후 실험에 의한 연구시 충분한 실험결과의 예측, 시험체의 설계 및 경제적인 실험적 연구의 수행을 위한 자료를 제공하는 데 본 연구의 목적이 있다. 먼저 내부응력분포에 대한 구조해석을 해본 결과 정상체결된 고장력 볼트이음부의 내부응력은 항복응력에 도달하지는 않았으나 볼트의 경우 항복응력에 가까운 응력상태이다. 볼트간격에 따른 최대내부응력의 크기에는 큰 영향이 없으나 시방서에 규정된 최소 볼트 간격 이하에서는 응력의 간섭에 의해 최대내부응력이 증가한다. 모재 두께가 증가함에 따라 최대내부응력의 크기도 선형적으로 증가하였으나 그 크기가 크지 않다. 시방서에 규정된 최소 연단거리 이하에서는 볼트의 체결력에 의해 모재의 최대 내부응력이 급격히 증가하였으므로 최소연단거리의 준수는 필요하다. 볼트 구멍이 커지게 되면 이음판에 닿는 와셔의 면적이 줄어들기 때문에 최대내부응력의 크기가 증가한다. 작은 크기의 확공에서는 큰 영향이 없으나 과도한 확공은 내부응력의 큰 증가를 가져오므로 피해야한다. 시공시 볼트 구멍이 일치하지 않아 이음관의 구멍을 한쪽으로 확공한 경우에는 측력 작용 면적이 줄어듬과 동시에 편심의 영향에 의해 내부응력이 크게 증가하므로 시공시 대책이 필요한 항목이다. 또한 고장력볼트 이음부의 미끄러짐 거동에 대해 해석하였는데 이 해석은 대변형을 고려한 기하학적 비선형, 접촉면의 비선형을 고려한 경계 비선형, 미끄러짐에 의해 항복강도를 초과하는 부분이 생길 수 있으므로 재료적 비선형 문제를 고려하여 해석하였다. 정상적으로 체결된 고장력볼트 이음부의 마찰강도는 설계된 마찰강도와 같게 나타났으며 미끄러짐 이전에는 마찰에 의해, 미끄러짐 이후에는 지압에 의해 저항한다. 모재 두께가 이음판의 두께에 비해 너무 작아 마찰강도 이하의 인장강도를 가지게 되면 기재한 마찰이음 효과를 얻을 수 없으므로 설계시 주의해야 하며 이음판과 모재두께의 차가 너무 큰 경우 구조적으로 불안정한 거동을 가져올 수 있고 비경제적인 재료의 사용이 될 수 있으므로 주의하여 설계·시공하여야 한다. 볼트 축력의 감소는 마찰 강도를 저하시키고 낮은 인장하중에서 볼트가 미끄러져 판과 접촉하게 되어 볼트가 먼저 탈락하게 된다면 기대한 이음부의 강도를 얻을 수 없으므로 볼트 축력의 관리는 매우 중요한 항복이다. 공용중인 리벳이음 교량을 고장력 볼트로 보수·보강한 경우 50% 정도의 고장력 볼트를 사용하였을 경우에는 보수·보강 효과가 있으나 일정한 비율 이하로의 교체는 효과가 없을것으로 판단된다. 고장력 볼트로의 교체 위치에 따라서도 보수·보강 효과가 다르다.

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