[논문]교량구조물의 받침 교체 효과

박창호; 구본성

문제 정의

따라서 적절한 하중 분배는 물론 상부 신축이음부의 단차도 최소화하는데 많은 어려움이 따른다. 따라서 본 공사에서는 승강식 교량받침을 이용하여 교량받침 교체 효과를 극대화 할 수 있도록 하였다.⁽¹⁾
⁽²⁾ 일반적으로 교량의 유지관리시의 보수․보강의 대상은 주형과 같은 주구조 부재보다는 교량받침과 신축이음과 같은 부속물인 경우가 많다. 본 연구에서는 공용중인 교량의 교량받침 교체를 통하여 교량의 거동이 개선되는 효과를 평가하고자 하였다. 대상 교량은 경부고속도로상의 상적교로서, Table 1에 그 현황을 나타내었다.
본 연구에서는 부반력 상태인 교량받침을 교체하고, 상부 신축이음부의 단차를 제거함으로 인하여 교량의 구조 성능이 개선되는 효과를 조사하였다. 교량받침의 교체는 교량받침에 작용하는 하중을 측정하면서, 높이를 조절할 수 있는 승강식 교량받침을 적용하여 실시하였으며, 각각의 교량받침에 고정하중이 균등하게 작용하도록 하였다.
본 연구에서는 전체 교량의 공용내하력을 계산하지 않고, 교량받침 교체 효과를 통한 내하력의 변화를 조사를 위하여 재하시험을 실시한 외측경간에 대한 내하력을 계산하였다. 충격계수는 Table 4의 재하차량에 의한 충격계수 계산 결과를 이용하였으며, 교량 받침 교체 전과 교체 후의 충격계수는 각각 0.

가설 설정

재하시험을 통하여 계측된 결과는 구조해석결과와 비교함으로써 이론적인 거동 특성과 실거동 특성의 차이를 조사하였다. 구조해석을 위하여 주형은 보요소를 이용하여 모형화하였으며, 바닥판은 판요소를 이용하여 모형화하였고, 지점부는 연직방향으로 고정인 것으로 가정하였으며, 구조해석 모델은 Fig. 6에 나타내었으며, 재료특성은 Table 2에 나타내었다.⁽¹⁾ 재하시험과 구조해석 결과는 재하차량에 의하여 경간 중앙부의 응답이 최대가 될 때의 거동을 비교함으로써, 교량 받침의 교체에 따른 구조적인 효과를 분석하였다.

제안 방법

6에 나타내었으며, 재료특성은 Table 2에 나타내었다.⁽¹⁾ 재하시험과 구조해석 결과는 재하차량에 의하여 경간 중앙부의 응답이 최대가 될 때의 거동을 비교함으로써, 교량 받침의 교체에 따른 구조적인 효과를 분석하였다. 따라서 구조해석시에는 재하경간의 응답이 최대가 되도록 정적으로 재하하였으며, 재하차량의 중량은 Table 3에 나타내었다.
3) 주행차량의 통과 후의 자유진동 측정 기록을 FFT하여 교량의 주파수 특성을 평가하였다. 교량의 1차 진동수는 교량받침 교체 전과 교체 후의 변화가 없었지만, 고차 진동수에서는 교량받침 교체 전의 주파수 특성이 매우 복잡한 양상을 보였으며, 이 결과로부터 교량받침 교체 전의 교량의 거동은 상부의 하중 전달시스템이 크게 왜곡되어 있음을 알 수 있었다.
거동 계측을 위하여 일반 차량의 주행이 없을 때 덤프트럭을 주행시키는 동적재하시험을 실시하였다.
교량받침 교체 전과 후의 구조안전성의 변화는 교량의 공용내하력을 서로 비교함으로써 평가하였다. 공용내하력은 이론적인 구조해석, 재하시험 결과 등을 고찰함으로써 구하였으며, 본 교량은 허용응력설계법에 의하여 설계되었으므로 허용응력 이론에 근거한 공용내하력을 조사하였다.⁽⁵⁾ 교량의 공용내하력(P)은 다음 식과 같이 계산된다.
교량받침 교체 전과 교체 후의 교량의 거동을 분석하기 위하여 재하시험을 실시하였다. 재하시험시에는 Fig.
교량받침 교체 전과 교체 후의 교량의 진동특성을 조사하기 위하여 재하차량과 일반 주행차량이 통과할 때의 충격계수를 조사하였다. 충격의 영향은 각각의 주형에서 응답이 큰 경간 중앙부 처짐 이력으로부터 최대 처짐과 정적인 처짐을 비교하여 구하였으며, 그 결과를 Table 4에 나타내었다.
교량받침 교체 전과 교체 후의 진동 특성을 비교하기 위하여 교량의 주파수 특성을 평가하였다. 교량의 주파수 특성은 차량이 통과하고 난 후, 자유진동 상태에서의 경간 중앙부의 처짐이력을 측정하고 그 결과를 FFT하여 구하였다.
교량받침 교체 전과 후의 구조안전성의 변화는 교량의 공용내하력을 서로 비교함으로써 평가하였다. 공용내하력은 이론적인 구조해석, 재하시험 결과 등을 고찰함으로써 구하였으며, 본 교량은 허용응력설계법에 의하여 설계되었으므로 허용응력 이론에 근거한 공용내하력을 조사하였다.
2. 교량받침 교체

교량받침 교체는 부반력 상태인 교대부의 전체 개소에 대하여 실시하였다. 기존 형식의 교량받침을 이용하여 교량받침을 교체하는 경우에는 높이 조절을 하기 위하여 솔플레이트를 가공하거나 받침콘크리트의 높이를 조정해야 하므로 정밀시공이 어려운 것이 현실이다.
⁽³⁾ 이와 같은 틈의 원인은 명확하게 밝혀지지 않았으며, 교량받침 자체도 매우 열화되어 있는 상태로서 교량받침 자체의 단차 조절만으로는 장기적인 교량의 거동을 개선하는 데 한계가 있는 것으로 판단되어 교대부의 교량받침 전체를 교체하였다. 교량받침 교체를 통한 교량의 거동의 변화를 조사하기 위하여 교량받침 교체 구간에 대하여 처짐과 변형률을 계측하고, 구조해석 결과와 비교하였다.
본 연구에서는 부반력 상태인 교량받침을 교체하고, 상부 신축이음부의 단차를 제거함으로 인하여 교량의 구조 성능이 개선되는 효과를 조사하였다. 교량받침의 교체는 교량받침에 작용하는 하중을 측정하면서, 높이를 조절할 수 있는 승강식 교량받침을 적용하여 실시하였으며, 각각의 교량받침에 고정하중이 균등하게 작용하도록 하였다. 이와 같은 교량받침 교체를 통한 구조계의 변화는 다음과 같다.
교량받침 교체 전과 교체 후의 진동 특성을 비교하기 위하여 교량의 주파수 특성을 평가하였다. 교량의 주파수 특성은 차량이 통과하고 난 후, 자유진동 상태에서의 경간 중앙부의 처짐이력을 측정하고 그 결과를 FFT하여 구하였다.⁽⁵⁾ 측정 결과를 FFT하여 Fig.
재하시험을 통하여 계측된 결과는 구조해석결과와 비교함으로써 이론적인 거동 특성과 실거동 특성의 차이를 조사하였다. 구조해석을 위하여 주형은 보요소를 이용하여 모형화하였으며, 바닥판은 판요소를 이용하여 모형화하였고, 지점부는 연직방향으로 고정인 것으로 가정하였으며, 구조해석 모델은 Fig.
12에 나타내었다. 처짐이력의 FFT 결과는 가속도 이력의 FFT 결과보다 저주파 성분이 두드러지게 나타나기 때문에 첫째 고유 진동수는 명확하게 확인할 수 있지만, 고차 진동수는 그 진동수보다는 전반적인 분포 특성을 비교함으로써 교량받침 교체를 통한 진동특성을 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 공용중인 교량의 교량받침 교체를 통하여 교량의 거동이 개선되는 효과를 평가하고자 하였다. 대상 교량은 경부고속도로상의 상적교로서, Table 1에 그 현황을 나타내었다.
본 교량은 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 3경간 연속 SPG(Steel Plate Girder)로서, 교대부의 교량받침과 주형 사이에 틈이 발생하여 즉 사하중 상태에서 일부 교량받침이 부반력 상태가 되어 차량 통과시에 소음과 충격이 발생되고 있었다.⁽³⁾ 이와 같은 틈의 원인은 명확하게 밝혀지지 않았으며, 교량받침 자체도 매우 열화되어 있는 상태로서 교량받침 자체의 단차 조절만으로는 장기적인 교량의 거동을 개선하는 데 한계가 있는 것으로 판단되어 교대부의 교량받침 전체를 교체하였다.
재하 차량으로는 총 중량이 23ton인 덤프트럭을 이용하였으며, Fig. 4와 같이 2차로와 3차로 주행시험을 실시하였다. 2차로 주행시에는 재하차량이 주형 No.

성능/효과

1에 나타낸 바와 같이 3경간 연속 SPG(Steel Plate Girder)로서, 교대부의 교량받침과 주형 사이에 틈이 발생하여 즉 사하중 상태에서 일부 교량받침이 부반력 상태가 되어 차량 통과시에 소음과 충격이 발생되고 있었다.⁽³⁾ 이와 같은 틈의 원인은 명확하게 밝혀지지 않았으며, 교량받침 자체도 매우 열화되어 있는 상태로서 교량받침 자체의 단차 조절만으로는 장기적인 교량의 거동을 개선하는 데 한계가 있는 것으로 판단되어 교대부의 교량받침 전체를 교체하였다. 교량받침 교체를 통한 교량의 거동의 변화를 조사하기 위하여 교량받침 교체 구간에 대하여 처짐과 변형률을 계측하고, 구조해석 결과와 비교하였다.
1) 교량받침 교체 전에는 부반력 상태로 인하여, 윤하중에 근접한 주형에서 처짐이나 응력이 발생하지 않는 등 이론적으로 평가한 교량의 거동과 큰 차이를 보였다. 그러나 교량받침의 교체 후에 측정한 결과에서는 활하중에 의한 하중 분배 특성이 구조해석에 의한 결과와 동일한 것으로 나타났다.
2) 교량받침 교체 전에 통행 차량에 의한 교량의 충격계수는 0.25∼0.36으로 큰 것으로 조사되었지만, 교량받침 교체 후의 충격계수는 0.13∼0.15로 50% 정도 저감되었다. 이와 같이 교량의 충격계수가 크게 감소한 것은 정밀시공을 통하여 상부 신축이음부의 단차를 완전하게 제거하였기 때문으로 판단된다.
4) 교량받침 교체를 통하여 부반력 상태를 없애고, 상부 신축이음부의 단차를 제거함으로써 교량의 공용내하력이 DB-40에서 DB-71로 증가하였으므로, 교량의 안전성이 크게 향상되었다. 이와 같이 교량의 구조적인 보강을 실시하지 않고 열화된 교량받침을 제거하고 신축이음부의 단차를 제거함으로써 교량의 진동을 감소시키고, 적절한 활하중 분배를 유도함으로써 교량의 안전성을 개선할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
3) 주행차량의 통과 후의 자유진동 측정 기록을 FFT하여 교량의 주파수 특성을 평가하였다. 교량의 1차 진동수는 교량받침 교체 전과 교체 후의 변화가 없었지만, 고차 진동수에서는 교량받침 교체 전의 주파수 특성이 매우 복잡한 양상을 보였으며, 이 결과로부터 교량받침 교체 전의 교량의 거동은 상부의 하중 전달시스템이 크게 왜곡되어 있음을 알 수 있었다.
15인 것으로 계측되었다. 따라서 차량이 주행할 때의 충격의 영향은 교량받침 교체를 통하여 약 50% 감소한 것으로 나타났다. 이와 같이 교량의 충격계수가 크게 감소한 것은 교량받침 교체시에 각각의 교량받침의 하중 분담을 동일하게 유도하면서 상부 신축이음부의 단차를 최소화했기 때문인 것으로 판단된다.
4) 교량받침 교체를 통하여 부반력 상태를 없애고, 상부 신축이음부의 단차를 제거함으로써 교량의 공용내하력이 DB-40에서 DB-71로 증가하였으므로, 교량의 안전성이 크게 향상되었다. 이와 같이 교량의 구조적인 보강을 실시하지 않고 열화된 교량받침을 제거하고 신축이음부의 단차를 제거함으로써 교량의 진동을 감소시키고, 적절한 활하중 분배를 유도함으로써 교량의 안전성을 개선할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
2로 평가되었다. 즉 교량받침 교체 전에는 계측값이 구조해석값보다 크고, 교체 후에는 구조해석값이 계측값보다 큰 것으로 나타났다.

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