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강합성 플레이트 2-거더교의 여유도 평가
Redundancy Evaluation of the Composite Two Steel Plate-Girder Bridges 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers. A. 구조공학, 원자력공학, 콘크리트공학, v.26 no.4A, 2006년, pp.611 - 620  

박용명 (부산대학교 토목공학과) ,  조움돋이 (부산대학교 토목공학과 대학원)

초록
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강합성 플레이트 2-거더교는 피로균열에 의해 한 개의 거더에 심각한 손상이 발생되는 경우 교량의 붕괴가 유발되는 단재 하경로 구조로 인식되고 있다. 본 논문에서는 강합성 2-거더교의 거더 손상시 교량의 여유도를 평가하기 위한 해석적 연구를 수행하였다. 여유도 평가는 단경간 및 3경간 연속교를 대상으로 하였으며, 수직브레이싱은 I-단면 가로보로 적용하고 하부 수평브레이싱이 설치되는 경우와 설치되지 않는 경우를 고려하였다. 정상 상태 및 손상 상태의 교량에 대해 하부 수평브레이싱의 유 무에 따른 내하 성능을 재료 및 기하비선형 해석으로 구하고 각 경우의 여유도를 비교 평가하였다. 해석 결과에 따르면 정상 상태의 2-거더 교량은 단순교와 연속교 모두 수평브레이싱이 없어도 여유도가 충분하며, 손상 상태의 교량에서는 수평브레이싱이 여유도 향상에 중요한 역할을 하는 것으로 분석되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The composite two plate-girder bridges are generally defined as a non-redundant load path structure because the bridge can collapse if one of the two girders is seriously damaged by a fatigue crack. In this paper, a numerical study on the evaluation of the after-fracture redundancy of the composite ...

주제어

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  • 이는 정상상태 교량에서도 수평브레이싱 부재가 하중을 일부 부담하는 것을 의미한다. 한편, 거더 손상시에는 그림 8(a)로부터 하부 수평브레이싱의 유·무에 따라 차이는 있으나 정상 거더(G1)의 응력은 G2 거더의 손상후 2배 정도로 증가하고, 그림 8(b)로부터 G2 거더의 응력은 크게 감소함을 알 수 있다. 이는 G2 거더가 부담하던 하중을 손상 후 G1 거더가 상당 부분 부담하는 것을 의미한다.
  • Daniels(1989)등이 실시한 2-거더교의 손상 사례 조사에 의하면 가로보와 복부판의 접합부에서 하부플랜지 및 복부판의 상단까지 균열이 발생한 교량들이 있었다. 따라서, 균열의 깊이는 그림 5(c)에 보인 바와 같이 복부판 상단까지, 즉, 상부 플랜지만 유효한 상태로 하여 거더의 심각한 손상 상태를 가정하였다.
  • 균열 위치는 활하중에 의해 거더에서 최대 정모멘트가 발생하는 위치와 가로보가 만나는 부분에서 피로 균열이 발생하는 것으로 가정하여 단순교는 지간 중앙부에서, 연속교는 측경간 단부 지점으로부터 15 m(0.375L) 위치로 하였다. 단순교 및 연속교의 균열 발생 위치는 그림 5(a) 및 (b)에 보인 바와 같고 G2 거더에 발생하는 것으로 하였다.
  • 상·하부 플랜지의 폭은 단순교와 연속교 모두 80 cm로 교량 전장에 걸쳐 일정한 단면으로 가정하였다.
  • 지점 수직보강재 및 중간 수직보강재는 복부판에 수평 보강재를 설치하지 않는 것으로 가정하여 도로교설계기준에서 제시한 소요강도를 산정하였다. 수직보강재의 간격은 지점에서 10 m까지는 1.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
강합성 플레이트 2-거더교는 어떤 형식의 교량인가? 강합성 플레이트 2-거더교(이하 2-거더교)는 다주(多主) 거더교에 비해 거더 수 및 부재 편수의 저감, 그리고 두꺼운 판을 적용함으로써 제작의 합리화와 경제성 향상이 가능한 교량 형식으로 근래에 국내에서도 일부 적용이 시도되었다. 그러나, AASHTO 기준(2002)과 국내 도로교설계기준(2005)에서도 2-거더교는 한 개의 거더가 파손되는 경우 전체 교량이 붕괴될 수 있는 단재하경로 구조(non-redundant load path structure)로 규정하고 있고, 최근 국내에서 2-거더교의 적용을 기피하는 이유가 여기에 있다고 판단된다.
거더교의 여유도는 어떻게 규정되는가? 거더교의 여유도(redundancy)는 한 개의 거더에 심각한 손상이 발생한 경우 교량 상부구조가 붕괴에 이르기 전까지 하중을 지지할 수 있는 능력으로 규정할 수 있다(Ghosn 등, 1998). 그러나, 현행 국내외 기준에서는 교량의 여유도에 대한 구체적인 기준은 제시되어 있지 않다.
강합성 플레이트 2-거더교에서 주거더의 손상시 하부 수평 브레이싱을 설치하면 어떤 효과를 볼 수 있는가? 2. 주거더의 손상시 하부 수평 브레이싱을 설치하면 공간 트러스계를 형성함으로써 하중의 재분배 효과가 증대되어 브레이싱을 설치하지 않은 경우에 비해 교량의 내하력은 단순교에서 5배 이상, 연속교에서 2.5배 정도 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 브레이싱 설치시 처짐과 콘크리트 바닥판의 응력이 저감되어 수평브레이싱 부재가 하중 재분배에 중요한 기능을 하는 것으로 밝혀 졌다.
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참고문헌 (17)

  1. 길흥배, 강상규(2004) 고속도로상의 소수주거더교 설계지침, 대한토목학회지, 대한토목학회, 제52권 제3호, pp. 34-43 

  2. 길흥배, 강상규(2005) 실험을 통한 2주거더교의 여유도 평가, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제25권 제2A호, pp. 337-345 

  3. 박용명, 조현준, 황민오(2004) 강합성 2-거더교의 가로보 배치간격 및 소요 휨강성에 관한 연구, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제16권 제1호, pp. 1-10 

  4. 포항산업과학연구원(2005) 차세대 구조용강 상용화를 위한 강교량 최적화 설계기술 개발, 연구보고서 No. 2003A238 

  5. 포항산업과학연구원(1999) 경쟁력 향상 도로용 소수주형 판형교 기술 개발, 연구보고서 No. 1999A232 

  6. 한국도로교통협회(2005) 도로교설계기준 

  7. ABAQUS Inc. (2004) ABAQUS/Standard User's Manual(Ver: 6.4) 

  8. American Association of State Highway & Transportation Officials (2002) Standard Specifications for Highway Bridges 

  9. Frangopol, D. M. and Nakib, R. (1991) Redundancy in highway bridges, Engineering Journal, AISC, First Quarter, pp. 45-50 

  10. Daniels, J. H., Kim, W., and Wilson, J. L. (1989) Recommended Guidelines for Redundancy Design and Rating of Two-Girder Steel Bridges, NCHRP Report 319, TRB 

  11. Ghosn, M. and Moses, F. (1998) Redundnacy in Highway Bridge Superstructures, NCHRP Report 406, TRB 

  12. Heins, C. P. and Hou, C. K. (1980) Bridge redundancy: etlects of bracing, J. of the Structural Division, Proceedings of ASCE, Vol. 106, No. ST6, pp. 1364-1367 

  13. Heins, C. P. and Kato, H. (1982) Load redistribution of cracked girders, Journal of the Structural Division. Proceedings of ASCE, Vol. 108, No. ST8, pp. 1909-1915 

  14. Idriss, R. L., White, K. R., Woodward, C. B., and Jauregui, D. V. (1995) After-fracture redundancy of two-girder bridge: testing 1-40 bridges over rio grande, Proceedings of the Fourth International Bridge Engineering Conference, pp. 316-326, TRB 

  15. Ohtsuka, M., Takenaka, H., Satoh, T., and Wachi, T. (1993) A proposition for the elimination of the lower lateral bracings of plategirder bridges, Bridge and Foundation Engineering(橋梁と基礎), Vol. 27, No. 11, pp. 33-39. (in Japanese) 

  16. Tachibana, Y., Tsujikado, M., Echigo, S., Takahashi, S., and Miki, C. (2000) A Study of after-fracture redundancy for two-girder bridges, J. of Construction Management and Engineering. JSCE, pp. 241-251. (in Japanese) 

  17. Task Committee on Redundancy of Flexural Systems of the ASCE-AASHTO Committee on Flexural Members of the Committee on Metals of the structural Divisions (1985) State-of-the-art report on redundant bridge systems, J. of the Structural Engineering, ASCE, Vol. 111, No. 12, pp. 2517-2531 

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