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문제 정의
- 합성구조체인 콘크리트 충전 강관(CFT, Concrete Filled Steel Tube)은 일반적인 강재 단면이나 철근콘크리트 단면에 비해서 높은 강도와 큰 강성을 가지며, 합성효과에 의해 역학적으로 우수한 성능을 발휘함이 여러 연구에서 입증된 바 있다(Lu, 1994, Wheeler, 2000, Elchalakani, 2001, Gho, 2004, 정철헌, 2007). 그동안 CFT 합성단면에 대한 연구는 주로 기둥부재나 휨부재에서의 극한내력 평가에 관심이 집중되어 왔으나, 본 연구는 탄성구간 내에서 상현재와 하현재 및 수직재와 사재로 구성된 CFT 트러스 거더의 휨강성(initial section flexural stiffness) 및 동적성능을 평가하는 것을 주요 목적으로 하였다.
- 현재 콘크리트 충전강관과 같은 합성단면의 휨강성을 산정하기 위해서 각 코드에서 간략식이 제시되고 있지만, 각 코드에서 제시하는 합성단면 휨강성 산정식은 차이를 보이고 있다. 본 연구에서는 콘크리트 충전강관(CFT)을 합성형 교량에 적용하기 위해 CFT 트러스 거더 합성단면의 초기 휨강성 및 동적특성을 평가하기 위한 실험 및 해석적 연구를 수행하였다. 실험 및 해석을 통해서 얻어진 CFT 트러스 거더의 고유진동수를 이용하여 주요 코드에서 제시되는 합성단면의 휨강성 산정식을 비교분석하였다.
제안 방법
- ACI 산정식에 의해 계산한 CFT 트러스 거더 합성단면의 휨강성을 이용하여 CFT 트러스 거더의 상현재와 하현재 최소거리(H3)와 f/L비를 해석변수로 하여 자유진동해석을 수행하였다. 모든 해석모델에서 CFT 트러스 거더의 1차와 2차 진동모드는 수평모드가 지배하며, 상현재와 하현재 사이의 최소거리가 증가하거나 f/L비가 증가하면 거더 높이 증가로 CFT 트러스 거더의 수평강성이 감소하기 때문에 고유진동수도 일정하게 감소하는 경향을 보였다.
- CFT 트러스 거더 시험체에 대한 해석 및 실험에서 구한 각 모드별 고유진동수의 비교를 통해서 콘크리트 충전 강관 합성단면의 휨강성을 보다 정확히 평가하는 산정식을 결정하고, 이를 반영하여 CFT 트러스 거더의 주요 변수를 고려한 자유진동해석을 수행하였다. 해석변수는 CFT 트러스 거더의 전체 거동에 영향을 미칠 것으로 판단되는 CFT 트러스 거더 상현재와 하현재의 간격, f/L비 등으로써 이들 변수를 고려한 15가지 모델을 선정하여 자유진동해석을 수행하였다.
- 양단 고정이고 20 m의 지간을 갖는 CFT 트러스 거더 시험체는 아치 형상을 갖는 하현재의 f/L비를 변수로 2개 제작하였다. CFT 트러스 거더 시험체에 대해서 impact hammer를 이용한 자유진동실험을 수행함으로써 CFT 트러스 거더의 진동모드 및 고유진동수를 측정하였다. 또한 합성단면의 휨강성을 적용한 3차원 보요소로 구성된 유한요소모델을 이용한 자유진동해석을 수행하고, 실험 및 해석결과에서 얻어진 고유진동수를 비교분석함으로써 주요 코드에서 제시하는 CFT 단면의 휨강성 산정식을 평가하였다.
- CFT 트러스 거더는 교량바닥판과 합성한 이후에는 수평모드 보다는 연직모드가 중요하기 때문에 본 연구에서는 CFT 트러스 거더의 수직강성에 큰 영향을 미칠 것으로 판단되는 상현재와 하현재의 최소간격과 아치형상 하현재의 f/L비에 따른 변수 해석을 통해 고유진동수를 평가하였다.
- CFT 트러스 거더의 고유진동수와 진동모드를 측정하기 위한 동적실험은 타격 햄머(impact hammer)에 의해서 수행되었다. 연직진동과 수평진동을 측정하기 위해서 CFT 트러스 거더 지점부, l/6, 2l/6, 3l/6, 4l/6 지점 등 총 5개 지점 상 현재에 가속도계를 부착하였다(그림 4 참조).
- 동적실험에서 동적하중은 중앙경간에서 타격 햄머에 의하여 수행되었으며, 연직방향과 수평방향으로 각각 4회씩 타격하였다. 동적하중에 의한 그림 4에 부착된 각 가속도계에서 측정된 가속도의 시간이력은 그림 7~그림 8과 같다.
- 1번 시험체는 이음부 체결(그림 5의 (a) 참조)이 약간 미흡하여 그림 11에서와 같이 1차 모드에서 변곡점이 형성된 것으로 판단된다. 동적실험을 통해서 측정된 각 시험체의 고유진동수는 표 2로써 impact hammer의 각 타격횟수별로 동일한 값의 고유진동수가 측정되었다.
- 이 초기 휨강성은 모멘트-곡률 곡선에서 극한모멘트의 20%에서의 값으로서 각 코드에 제시되어 있는 합성단면의 휨강성 산정식은 상호간에 차이가 있기 때문에 이를 적용하여 탄성범위 내에서 CFT 합성단면의 구조거동을 평가하는 경우에는 코드별로 상당한 차이를 보인다. 따라서 CFT 합성단면의 탄성구간 내에서 발생하는 구조거동을 정확히 평가하기 위해서는 합성단면의 보다 정확한 초기 휨강성이 요구되는데, 본 연구에서는 주요 코드에서 제시하는 합성단면의 휨강성 산정식을 통해서 산정된 단면상수를 CFT 트러스 거더 합성단면에 적용하여 그 차이를 분석하였다. 이를 위해서 CFT 트러스 거더 시험체를 2개 제작하였는데, 상현재와 아치 형상인 하현재는 콘크리트를 충전한 CFT 부재로, 상현재와 하현재를 상호 연결하는 수직재와 사재는 중공강관 부재로 제작하여 이들을 조합하였다.
- 015 인 CFT 트러스 거더인 경우 각 부재(상현재, 하현재, 수직재 및 사재)에서 최대응력이 발생되었다. 따라서 H3=0.5 m, f/L=0.015인 CFT 트러스 거더의 응력수준을 기준점으로 하여 표 4에 나타낸 모든 CFT 트러스 거더에서 발생되는 최대응력이 이와 동일한 응력수준을 보이도록 강재로 환산한 CFT 합성단면을 결정하여 그 중에서 강재단면만을 고려하여 강재 총중량을 산정하였다. 따라서 강재 총중량은 강재로 환산한 합성단면에 포함된 콘크리트와 강재 단면 중에서 강재 단면의 중량만을 포함한 값이다.
- CFT 트러스 거더 시험체에 대한 자유진동 실험결과 및 해석결과의 비교로부터 고유진동수를 잘 예측하는 ACI의 합성단면 휨강성 산정식이 거더의 전체 강성을 보다 정확하게 반영하는 것으로 판단되었다. 따라서 변수해석에서는 ACI에서 제시하는 합성단면의 휨강성 산정식을 적용하여 표 4에 제시된 CFT 트러스 거더의 상현재와 하현재의 최소간격과 아치형상인 하현재의 f/L비에 따른 15가지 CFT 트러스 거더에 대한 자유진동해석을 실시하여 표 7과 같은 고유진동수를 얻었다. 표 7에서 4번부터 9번 모드까지는 비틂모드와 조합되어 발생되는 모드이지만, 표에서는 지배적인 모드형상을 표기하였다.
- CFT 트러스 거더 시험체에 대해서 impact hammer를 이용한 자유진동실험을 수행함으로써 CFT 트러스 거더의 진동모드 및 고유진동수를 측정하였다. 또한 합성단면의 휨강성을 적용한 3차원 보요소로 구성된 유한요소모델을 이용한 자유진동해석을 수행하고, 실험 및 해석결과에서 얻어진 고유진동수를 비교분석함으로써 주요 코드에서 제시하는 CFT 단면의 휨강성 산정식을 평가하였다.
- 본 연구에서 실험 및 해석이 수행된 CFT 트러스 거더의 수직재와 사재는 중공강관인 반면에 상현재와 하현재는 강관에 콘크리트를 충전한 합성단면이기 때문에 이를 고려한 환산단면의 휨강성 산정이 요구된다. 본 연구에서는 주요 코드에 규정된 합성단면의 휨강성 산정식을 이용하여 CFT 합성단면의 초기 휨강성을 산정하였다. 주요 시방서에 규정된 합성단면의 휨강성 산정식은 다음과 같다.
- CFT 트러스 거더의 고유진동수와 진동모드를 측정하기 위한 동적실험은 타격 햄머(impact hammer)에 의해서 수행되었다. 연직진동과 수평진동을 측정하기 위해서 CFT 트러스 거더 지점부, l/6, 2l/6, 3l/6, 4l/6 지점 등 총 5개 지점 상 현재에 가속도계를 부착하였다(그림 4 참조). 상현재에 부착된 가속도계의 부착상황은 그림 5와 같고, 동적실험시 충격하중을 가하는 전경은 그림 6과 같다.
- 주요 코드들에서 산정한 휨강성을 입력한 각각의 해석치와 실제 시험체의 실험치가 가장 근접한 결과를 보이는 합성단면의 휨강성 산정식을 선정하여, 시험체 2개의 형상을 포함한 총 15가지의 변수별 CFT 트러스 거더에 대한 자유진동 해석에 적용하였다. 이 15가지 모델의 자유진동해석으로부터 상현재와 하현재의 최소 수직거리(H3)와 f/L비에 따른 CFT 트러스 거더의 고유진동수를 산정하고, 이를 통해서 강성변화를 평가하였다. 유한요소해석은 범용 구조해석 프로그램인 ABAQUS 6.
- 실험 및 해석을 통해서 얻어진 CFT 트러스 거더의 고유진동수를 이용하여 주요 코드에서 제시되는 합성단면의 휨강성 산정식을 비교분석하였다. 이들 결과로부터 CFT 합성단면의 휨강성을 보다 정확하게 평가하는 산정식을 결정하고, 이를 적용하여 CFT 트러스 거더의 연직방향 강성에 큰 영향을 미치는 상현재와 하현재의 최소거리 및 아치형상을 갖는 하현재의 f/L비에 따른 CFT 트러스 거더의 자유진동해석을 수행하였다. 해석에서 얻어진동적특성을 통해서 CFT 트러스 거더의 전체 강성을 평가하였으며, 주요 결론은 다음과 같다.
- 따라서 CFT 합성단면의 탄성구간 내에서 발생하는 구조거동을 정확히 평가하기 위해서는 합성단면의 보다 정확한 초기 휨강성이 요구되는데, 본 연구에서는 주요 코드에서 제시하는 합성단면의 휨강성 산정식을 통해서 산정된 단면상수를 CFT 트러스 거더 합성단면에 적용하여 그 차이를 분석하였다. 이를 위해서 CFT 트러스 거더 시험체를 2개 제작하였는데, 상현재와 아치 형상인 하현재는 콘크리트를 충전한 CFT 부재로, 상현재와 하현재를 상호 연결하는 수직재와 사재는 중공강관 부재로 제작하여 이들을 조합하였다. 양단 고정이고 20 m의 지간을 갖는 CFT 트러스 거더 시험체는 아치 형상을 갖는 하현재의 f/L비를 변수로 2개 제작하였다.
- 그림 1에서 보인 해석모델에서 고려한 주요 변수인 H3(지점에서의 상현재와 하현재의 최소간격), f/L비 등은 표 4과 같으며, 상현재, 하현재, 수직재 그리고 사재의 단면형상은 각 경우 모두 그림 2와 같다. 자유진동해석을 통해서 표 4에 나타낸 주요 변수별로 15가지 모델에 대한 CFT 트러스 거더의 고유진동수를 평가하였다.
- 주요 코드들에서 산정한 휨강성을 입력한 각각의 해석치와 실제 시험체의 실험치가 가장 근접한 결과를 보이는 합성단면의 휨강성 산정식을 선정하여, 시험체 2개의 형상을 포함한 총 15가지의 변수별 CFT 트러스 거더에 대한 자유진동 해석에 적용하였다. 이 15가지 모델의 자유진동해석으로부터 상현재와 하현재의 최소 수직거리(H3)와 f/L비에 따른 CFT 트러스 거더의 고유진동수를 산정하고, 이를 통해서 강성변화를 평가하였다.
- 자유진동해석을 수행하기 위해 구성된 3차원 보요소 유한요소모델의 형상은 그림 1과 같고, 그림 2와 표 1에 나타낸 충전강관 단면인 상현재와 하현재 합성단면의 휨강성을 2장에 나타낸 주요 코드에 따라서 산정한 결과를 표 3에 수록하였다. 표 3에서 보면, 각 코드에 따라 산정된 휨강성은 코드별로 큰 차이를 보이며, 본 연구에서는 CFT 트러스 거더 시험체에 대한 유한요소해석시 각 코드에 의해서 산정된 합성단면의 휨강성에 따라 고유진동수를 산정하여 각 코드에서 제시하는 합성단면의 휨강성 산정식을 비교분석하였다.
- 표 4에 나타낸 해석변수별 각 CFT 트러스 거더에 대해서 동일한 수준의 하중하에서 유한요소해석을 수행하였고, 하중은 최대응력이 발생하는 H3=0.5 m, f/L=0.015 인 CFT 트러스 거더의 상현재 응력이 항복응력과 같아지는 수준에서 결정하였다.
- CFT 트러스 거더 시험체에 대한 해석 및 실험에서 구한 각 모드별 고유진동수의 비교를 통해서 콘크리트 충전 강관 합성단면의 휨강성을 보다 정확히 평가하는 산정식을 결정하고, 이를 반영하여 CFT 트러스 거더의 주요 변수를 고려한 자유진동해석을 수행하였다. 해석변수는 CFT 트러스 거더의 전체 거동에 영향을 미칠 것으로 판단되는 CFT 트러스 거더 상현재와 하현재의 간격, f/L비 등으로써 이들 변수를 고려한 15가지 모델을 선정하여 자유진동해석을 수행하였다. 그림 1에서 보인 해석모델에서 고려한 주요 변수인 H3(지점에서의 상현재와 하현재의 최소간격), f/L비 등은 표 4과 같으며, 상현재, 하현재, 수직재 그리고 사재의 단면형상은 각 경우 모두 그림 2와 같다.
- 이들 결과로부터 CFT 합성단면의 휨강성을 보다 정확하게 평가하는 산정식을 결정하고, 이를 적용하여 CFT 트러스 거더의 연직방향 강성에 큰 영향을 미치는 상현재와 하현재의 최소거리 및 아치형상을 갖는 하현재의 f/L비에 따른 CFT 트러스 거더의 자유진동해석을 수행하였다. 해석에서 얻어진동적특성을 통해서 CFT 트러스 거더의 전체 강성을 평가하였으며, 주요 결론은 다음과 같다.
대상 데이터
- CFT 트러스 거더 시험체는 크게 상현재, 하현재, 수직재, 사재로 구성되는데 상현재와 하현재는 콘크리트 충전강관이며, 수직재와 사재는 중공강관이다. 자유진동해석을 수행하기 위해 구성된 3차원 보요소 유한요소모델의 형상은 그림 1과 같고, 그림 2와 표 1에 나타낸 충전강관 단면인 상현재와 하현재 합성단면의 휨강성을 2장에 나타낸 주요 코드에 따라서 산정한 결과를 표 3에 수록하였다.
- 각 구조부재의 단면 형상은 그림 2와 같고, 각 부재에 사용된 강관 단면의 치수는 표 1에 수록하였다. 그림 1에 나타낸 CFT 트러스 거더 시험체의 경간은 20 m이며, f/L비가 각각 0.025, 0.050인 2개의 거더가 제작되었다. 강관에 사용된 강재는 SM400이고 충전 콘크리트의 설계강도는 35 MPa(실린더 측정 강도 37 MPa)이며, 두 시험체에서의 단면형상은 동일하다.
- 이를 위해서 CFT 트러스 거더 시험체를 2개 제작하였는데, 상현재와 아치 형상인 하현재는 콘크리트를 충전한 CFT 부재로, 상현재와 하현재를 상호 연결하는 수직재와 사재는 중공강관 부재로 제작하여 이들을 조합하였다. 양단 고정이고 20 m의 지간을 갖는 CFT 트러스 거더 시험체는 아치 형상을 갖는 하현재의 f/L비를 변수로 2개 제작하였다. CFT 트러스 거더 시험체에 대해서 impact hammer를 이용한 자유진동실험을 수행함으로써 CFT 트러스 거더의 진동모드 및 고유진동수를 측정하였다.
데이터처리
- 본 연구에서는 콘크리트 충전강관(CFT)을 합성형 교량에 적용하기 위해 CFT 트러스 거더 합성단면의 초기 휨강성 및 동적특성을 평가하기 위한 실험 및 해석적 연구를 수행하였다. 실험 및 해석을 통해서 얻어진 CFT 트러스 거더의 고유진동수를 이용하여 주요 코드에서 제시되는 합성단면의 휨강성 산정식을 비교분석하였다. 이들 결과로부터 CFT 합성단면의 휨강성을 보다 정확하게 평가하는 산정식을 결정하고, 이를 적용하여 CFT 트러스 거더의 연직방향 강성에 큰 영향을 미치는 상현재와 하현재의 최소거리 및 아치형상을 갖는 하현재의 f/L비에 따른 CFT 트러스 거더의 자유진동해석을 수행하였다.
- 이 15가지 모델의 자유진동해석으로부터 상현재와 하현재의 최소 수직거리(H3)와 f/L비에 따른 CFT 트러스 거더의 고유진동수를 산정하고, 이를 통해서 강성변화를 평가하였다. 유한요소해석은 범용 구조해석 프로그램인 ABAQUS 6.4-1(2002)을 이용하여 수행하였다.
이론/모형
- 앞서 실험한 2개의 CFT 트러스 거더 실험체에 대한 자유진동해석을 통해서 얻어진 진동모드의 형상과 고유진동수는 그림 13~14에 제시되어 있으며, 유한요소해석에서 보요소로 모델한 합성단면의 휨강성은 ACI 방법을 적용하여 산정하였다.
성능/효과
- 050)에서는 4차 진동모드에서 처음으로 연직모드가 발생하였다. 1번 시험체는 f/L비가 낮아 CFT 트러스 거더 전체 높이가 2번 시험체에 비해 상대적으로 낮아져 CFT 트러스 거더의 수평강성이 증가하여 수평모드의 고유진동수가 약간 크게 나타났다. 또한, f/L비가 증가하면 하현재의 아치효과와 거더의 높이가 증가하여 CFT 트러스 거더의 수직강성이 증가함으로써 2번 시험체 연직모드의 고유진동수가 상대적으로 증가하는 경향을 보였다.
- 표 7에서 보면, 모든 해석모델에서 1차와 2차 진동모드는 수평모드가 지배하며, 상현재와 하현재 사이의 최소거리(H3)가 증가하거나 f/L비가 증가하면 상대적으로 CFT 트러스 거더의 수평강성이 감소하기 때문에 고유진동수도 감소하는 것으로 나타났다(그림 14 참조). 3차 모드부터는 해석변수에 따라서 진동모드 형태가 다르게 나타나는데 3차 모드에서는 CFT 트러스 거더의 H3가 증가하면 수평모드가 지배하며, 동일한 H3에서는 f/L비가 증가하면 CFT 트러스 거더의 높이가 증가하기 때문에 수평모드가 지배하는 것으로 나타났다.
- 평균값(RMS, Root Mean Square) 에서 보면 ACI와 LRFD-AISC에서 제시된 합성단면 휨강성 평가식을 적용한 경우가 실험결과와 가장 근접한 결과를 보이며, BS 5400과 EUROCODE4의 경우도 잘 맞는 결과를 보였다. AIJ는 실험결과에 비해서 약 7~8% 정도 낮은 수준을 보여 합성단면의 휨강성을 과소평가하는 것으로 나타났다. 표 5에 수록된 1번 시험체에서 각 코드별 변동계수(C.
- CFT 거더의 자유진동실험 및 해석을 통해 고유진동수를 비교분석한 결과, 평균값(RMS) 에서 보면 ACI와 LRFDAISC에서 제시된 합성단면 휨강성 평가식을 적용한 경우가 실험결과와 가장 근접한 결과를 보이며, BS 5400과 EUROCODE4의 경우도 잘 맞는 결과를 보였다. 각 코드별 변동계수(C.
- CFT 트러스 거더 시험체에 대한 자유진동 실험결과 및 해석결과의 비교로부터 고유진동수를 잘 예측하는 ACI의 합성단면 휨강성 산정식이 거더의 전체 강성을 보다 정확하게 반영하는 것으로 판단되었다. 따라서 변수해석에서는 ACI에서 제시하는 합성단면의 휨강성 산정식을 적용하여 표 4에 제시된 CFT 트러스 거더의 상현재와 하현재의 최소간격과 아치형상인 하현재의 f/L비에 따른 15가지 CFT 트러스 거더에 대한 자유진동해석을 실시하여 표 7과 같은 고유진동수를 얻었다.
- 각 CFT 트러스 거더 해석모델에서 최초로 발생하는 연직방향 진동모드의 고유진동수는 상현재와 하현재의 최소거리(H3) 증가에 따라 증가하다가 수렴하는 경향을 보이며, f/L비가 증가할수록 선형적으로 증가하는 경향을 보였다. 이는 상현재와 하현재의 최소거리와 f/L비의 증가가 CFT 트러스 거더의 높이를 증가시키고 이로 인해 연직방향 강성이 증가되기 때문이다.
- CFT 거더의 자유진동실험 및 해석을 통해 고유진동수를 비교분석한 결과, 평균값(RMS) 에서 보면 ACI와 LRFDAISC에서 제시된 합성단면 휨강성 평가식을 적용한 경우가 실험결과와 가장 근접한 결과를 보이며, BS 5400과 EUROCODE4의 경우도 잘 맞는 결과를 보였다. 각 코드별 변동계수(C.O.V)는 EUROCODE와 AIJ가 변동성이 가장 작은 수준이지만, 평균값의 차이에 비해서 변동계수의 차이는 신뢰도에 영향을 주지 않을 정도로 미미한 수준인 것으로 판단된다.
- 그림 15의 (a)에서 보면 f/L비의 증가에 따라서 선형적으로 연직방향 강성이 증가하고, 그림 15의 (b)에서 보면 상현재와 하현재의 최소거리(H3) 증가에 따른 연직방향 강성은 증가폭이 둔화되면서 수렴하는 경향을 보여주었다. 따라서 CFT 트러스 거더를 실교량에 적용시 고유진동수 또는 전체 강성이 수렴하는 수준에서 거더높이의 제한조건을 고려하여 상현재와 하현재의 최소거리를 결정하고, f/L비를 증가시키는 것이 보다 효율적인 단면 도출을 가능하게 하는 것으로 판단된다.
- 1번 시험체는 f/L비가 낮아 CFT 트러스 거더 전체 높이가 2번 시험체에 비해 상대적으로 낮아져 CFT 트러스 거더의 수평강성이 증가하여 수평모드의 고유진동수가 약간 크게 나타났다. 또한, f/L비가 증가하면 하현재의 아치효과와 거더의 높이가 증가하여 CFT 트러스 거더의 수직강성이 증가함으로써 2번 시험체 연직모드의 고유진동수가 상대적으로 증가하는 경향을 보였다.
- ACI 산정식에 의해 계산한 CFT 트러스 거더 합성단면의 휨강성을 이용하여 CFT 트러스 거더의 상현재와 하현재 최소거리(H3)와 f/L비를 해석변수로 하여 자유진동해석을 수행하였다. 모든 해석모델에서 CFT 트러스 거더의 1차와 2차 진동모드는 수평모드가 지배하며, 상현재와 하현재 사이의 최소거리가 증가하거나 f/L비가 증가하면 거더 높이 증가로 CFT 트러스 거더의 수평강성이 감소하기 때문에 고유진동수도 일정하게 감소하는 경향을 보였다. 바닥판과 합성되기 이전의 CFT 트러스 거더에서는 수평모드가 지배적인 것으로 나타났지만, 실교량에 적용시 바닥판과 합성이 이루어진 후에는 수평모드 보다는 연직모드가 중요하다.
- 0 m 이상부터는 f/L비에 상관없이 일정한 수준을 보였다. 이상의 결과에서 보면, CFT 트러스 거더는 상현재와 하현재의 최소간격인 H3가 1.0 m 이상이고, f/L비가 0.05 이상부터는 CFT 트러스 거더에서 요구되는 소요 강재 총중량은 일정한 수준을 보이는 것으로 판단된다.
- CFT 트러스 거더의 주요 변수를 고려한 자유진동해석에 앞서 각 코드별로 산정한 콘크리트 충전강관 합성단면의 휨강성(표 3 참조)에 의한 CFT 트러스 거더 시험체의 해석결과와 실험결과를 표 5~표 6에 비교하였다. 평균값(RMS, Root Mean Square) 에서 보면 ACI와 LRFD-AISC에서 제시된 합성단면 휨강성 평가식을 적용한 경우가 실험결과와 가장 근접한 결과를 보이며, BS 5400과 EUROCODE4의 경우도 잘 맞는 결과를 보였다. AIJ는 실험결과에 비해서 약 7~8% 정도 낮은 수준을 보여 합성단면의 휨강성을 과소평가하는 것으로 나타났다.
- 표 7에서 보면, 모든 해석모델에서 1차와 2차 진동모드는 수평모드가 지배하며, 상현재와 하현재 사이의 최소거리(H3)가 증가하거나 f/L비가 증가하면 상대적으로 CFT 트러스 거더의 수평강성이 감소하기 때문에 고유진동수도 감소하는 것으로 나타났다(그림 14 참조). 3차 모드부터는 해석변수에 따라서 진동모드 형태가 다르게 나타나는데 3차 모드에서는 CFT 트러스 거더의 H3가 증가하면 수평모드가 지배하며, 동일한 H3에서는 f/L비가 증가하면 CFT 트러스 거더의 높이가 증가하기 때문에 수평모드가 지배하는 것으로 나타났다.
후속연구
- 본 연구에서 실험 및 해석이 수행된 CFT 트러스 거더의 수직재와 사재는 중공강관인 반면에 상현재와 하현재는 강관에 콘크리트를 충전한 합성단면이기 때문에 이를 고려한 환산단면의 휨강성 산정이 요구된다. 본 연구에서는 주요 코드에 규정된 합성단면의 휨강성 산정식을 이용하여 CFT 합성단면의 초기 휨강성을 산정하였다.
- CFT 트러스 거더에 소요되는 강재 총 중량은 f/L비와 H3 증가에 따라 감소하다가 일정 수준부터는 수렴하는 경향을 보인다. 이상의 결과로부터 CFT 트러스 거더의 실 설계시 경간장이 결정되고 나면 f/L비와 H3를 보다 합리적으로 결정하는 것이 가능할 것으로 판단된다.
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