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윤하중을 받는 강바닥판 교면포장의 변형특성에 대한 수치해석적 연구
A Numerical Study for Deformation Characteristics of the Wearing Surface on a Steel Plate Deck under Wheel Loads 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.24 no.4, 2011년, pp.439 - 447  

김해나래 (성균관대학교 건설환경시스템공학과) ,  옥창권 (한국도로공사 도로교통연구원 포장연구팀) ,  김문영 (성균관대학교 건설환경시스템공학과)

초록
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강바닥판 교량의 교면포장은 차량의 윤하중을 상판에 고르게 분포시켜 교량 상판을 보호하는 역할을 한다. 하지만 교량의 장대화가 가속화됨에 따라 포장체와 강바닥판의 두께가 얇아지고 이 때문에 교면포장의 횡방향 균열이 빈번하게 발생한다. 본 연구에서는 강바닥판 교면포장의 파손원인 규명과 저감 방안을 모색하기 위해 윤하중을 받는 강박스형 거더를 가진 강바닥판의 유한요소해석을 수행하였다. 다양한 구조적 매개변수 변화에 따른 교면포장 상면 변형도를 조사한 결과 해석결과에서 공통적으로 웹 상단에서 큰 인장변형이 발생하였고, 이것이 교면포장의 구조적인 파손의 주요 원인이 되는 것을 알 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Longitudinal cracks due to traffic truck loadings that are caused by local deformations of steel orthotropic bridge decks are sometimes observed in the wearing surface. So, underlying causes of the longitudinal pavement crack induced by structural behaviors of steel decks are investigated in this st...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 이 연구에서는 임동준(2010)의 연구성과를 반영하고 해석결과를 효과적으로 나타내기 위하여, 그림 4와 같이 강박스형 거더를 가진 강바닥판에 가장 크게 영향을 주는 세 위치 즉, 강상자 웹 직상, 종리브 웹(web) 직상, 그리고 강상자 바로 옆 종리브 웹 직상에 각각 1축 윤하중을 재하하여 유한요소해석을 수행한다.
  • 본 연구에서는 강바닥판 교면포장의 파손원인 규명과 저감 방안을 모색하기 위한 기초적인 자료를 제공하고자 한다. 이를 위하여 윤하중을 받는 강박스형 거더를 가진 강바닥판 및 교면포장의 유한요소해석을 수행하고, 다양한 구조적 매개변수 변화에 따른 교면포장 상면의 변형도 특성을 조사, 분석한다.
  • 본 연구에서는 폐단면 리브를 가진 강상자형 거더에 대하여 스캘럽과 벌크헤드의 유무 혹은 강바닥판 두께, 포장의 두께, 그리고 탄성비의 변화와 같은 매개변수 변화에 따른 유한요소해석을 통하여 강바닥판 포장체 상면의 변형도 분석 결과를 제시한다.
  • 강바닥판 용접상세의 피로응력을 저감시키려는 목적으로 스캘럽 및 벌크헤드에 대한 많은 연구가 이루어졌다(공병승, 2004; 신재철, 2006; 선창원 등, 2008). 이 연구에서는 포장균열과 관련하여 스캘럽 및 벌크헤드의 유무에 따른 포장변형을 조사한다. 또한 탄성비 변화는 표준크기를 기준으로 동절기, 하절기의 영향을 반영한다.

가설 설정

  • 이 때 강바닥판과 방수층은 사각형 쉘요소이면서 한 요소당 절점이 8개인 S8R 요소로 모델링하고, 포장체는 육면체 고체요소이면서 한 요소당 절점이 20개인 CD20R요소로 모델링한다. 또한 강바닥판, 포장, 방수층의 경계면는 완전 접착상태로 가정하여 해석을 수행한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
강바닥판 교량의 교면포장의 역할은? 강바닥판 교량의 교면포장은 차량의 윤하중을 상판에 고르게 분포시켜 교량 상판을 보호하는 역할을 한다. 하지만 교량의 장대화가 가속화됨에 따라 포장체와 강바닥판의 두께가 얇아지고 이 때문에 교면포장의 횡방향 균열이 빈번하게 발생한다.
강바닥판 두께와 포장의 두께가 두꺼울수록 강바닥판 및 포장체의 휨변형은 어떻게 발생하는가? ② 강바닥판 두께와 포장의 두께가 두꺼울수록 강바닥판 및 포장체의 휨변형이 적게 발생하기 때문에 웹과 강바닥판 사이의 응력집중이 완화되는 것을 수치적으로 확인할 수 있다.
강바닥판 교량의 교면포장의 문제점은? 강바닥판 교량의 교면포장은 차량의 윤하중을 상판에 고르게 분포시켜 교량 상판을 보호하는 역할을 한다. 하지만 교량의 장대화가 가속화됨에 따라 포장체와 강바닥판의 두께가 얇아지고 이 때문에 교면포장의 횡방향 균열이 빈번하게 발생한다. 본 연구에서는 강바닥판 교면포장의 파손원인 규명과 저감 방안을 모색하기 위해 윤하중을 받는 강박스형 거더를 가진 강바닥판의 유한요소해석을 수행하였다.
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참고문헌 (11)

  1. 공병승 (2004) 벌크헤드 플레이트가 부착된 강바닥판교의 피로상세 개선 연구, 한국해양학회 논문집, 18(1), pp.22-27. 

  2. 공병승, 배두병 (2004) 강바닥판교의 종리브-횡리브 교차연결 상세변화에 따른 최적설계방안의 수치해석 연구, 한국전산구조공학회 논문집, 17(3), pp.333-340. 

  3. 대한토목학회 (2008) 도로교설계기준. 

  4. 선창원, 박경진, 경갑수, 김교훈 (2008) 세로리브 내부 보강 상세에 따른 강바닥판 연결부의 피로거동 특성에 관한 해석적 연구, 한국강구조학회 논문집, 20(1), pp.105-119. 

  5. 신재철 (2006) 강바닥판의 스캘럽.다이아프램 설치 유무에 따른 교차부.컷아웃부 응력집중, 한국강구조학회 논문집, 18(3), pp.289-299. 

  6. 옥창권 (2005) 아스팔트 교면포장의 내구성 증진을 위한 방수층 평가기준 및 강상판 설계기준 연구, 한국도로공사 도로교통기술원 연구보고서. 

  7. 임동준 (2010) 강바닥판 교량의 교면포장 종방향 균열제어를 위한 수치해석적 연구, 석사학위 논문, 성균관대학교, p.87. 

  8. Luo R.D., Ye M.X., Zhang Y.Z. (2010) Study on Influences of Thickness of Flange of U rib on Mechanical Behaviors of Orthotropic Monolithic Steel Bridge Deck System, Advanced Materials Research, 163-167, pp.122-126. 

  9. Medani T.O., Liu X., Huurman M., Scarpas A., Molenaar A.A.A. (2009) Characterisation of Surfacing Materials for Orthotropic Steel Deck Bridges, International Journal of Pavement Engineering, 11, pp.237-265. 

  10. Tang M.C. (2011) A New Concept of Orthotropic Steel Bridge Deck, Structure and Infrastructure Engineering, 7, pp.587-595. 

  11. Zhang Y. (2011) Research of Stress Concentration and Retrofitted Methods for Orthotropic Steel Bridge Decks, Advanced Materials Research, 163-167, pp.3511-3516. 

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