[논문]복합트러스교의 격점구조별 비틀림 거동

정광회; 이상휴; 이종원; 최지훈; 김장호

doi:10.4334/jkci.2013.25.1.063

복합트러스교의 격점구조별 비틀림 거동
Torsional Behavior of Hybrid Truss Bridge according to Connection Systems 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.25 no.1, 2013년, pp.63 - 72

정광회 (현대건설(주) 연구개발본부) , 이상휴 (현대건설(주) 연구개발본부) , 이종원 (현대건설(주) 연구개발본부) , 최지훈 (연세대학교 사회환경시스템공학부) , 김장호 (연세대학교 사회환경시스템공학부)

초록
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복합트러스교는 프리스트레스 박스거더교의 복부를 강재 트러스로 대체한 교량으로 자중이 경감되는 구조적 장점과 복부 개방구조로 인한 경관성이 매우 우수하여 최근 들어 많이 사용되고 있다. 이러한 복합트러스교의 핵심기술은 강재 트러스와 콘크리트 슬래브를 연결하는 격점구조이며 지금까지 여러가지 격점구조들이 개발되어 실험적 검증을 통해서 실교량에 적용해 오고 있다. 이러한 격점구조는 격점부 국부적인 거동뿐만 아니라 복합트러스 거더의 휨 및 피로 등 전체적인 거동을 좌우하기 때문에 이에 대한 연구가 계속 진행되고 있다. 한편, 복합트러스 교량의 복부 개방구조는 프리스트레스 박스교량에 비해 비틀림 성능을 저하시키는 단점을 가지고 있어 편심하중을 받는 교량이나 곡선교 등에는 아직까지 적용된 사례가 없다. 따라서 복합트러스교가 보다 널리 사용되기 위해서는 비틀림 거동에 대한 정확한 분석이 필요한 상황이다. 이 연구에서는 복합트러스교의 격점구조 형식에 따른 비틀림 거동 특성을 알아보기 위해서 3가지 형태의 박스형 복합트러스 실험체를 제작하여 비틀림 실험을 수행하고 분석해 보았다.

Abstract ▼ AI-Helper

HTB (hybrid truss bridge) steel truss webs instead of concrete webs in prestressed box girder bridges has been widely used in, because of its structural benefit such as relatively less self-weight and good aesthetics due to open web structure. Since the core technology of this bridge is the connection system between concrete slabs and steel truss members, several connection systems were proposed and experimentally evaluated. Also, the selected joint system was applied to the real bride design and construction. The researches were performed on the connection system, since it can affect the global behavior of this bridge such as flexural and fatigue behaviors as well as the local behavior around the connection region. The evaluation study showned that HTB applied to a curved bridge or a eccentric loading bridge, characteristic has a weak torsional capacity compared to an ordinary PSC box girder bridges due to the open structure of HTB. In this study, three box shaped hybrid truss specimens were made and the torsional test and evaluation for them were performed in order to find out the torsional behavior of HTB according to the connection system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 복합트러스교의 격점구조 형식에 따른 비틀림 거동 특성을 알아보기 위해 3가지 형태의 박스형 복합트러스 실험체를 제작하여 비틀림 실험을 수행하고 분석해 보았다
이 연구에서는 복합트러스교의 격점구조에 따른 비틀림 성능을 실험적으로 분석하였다.

가설 설정

비틀림을 받는 박스거더 단면은 강체로서 거더의 축방향을 따라 회전한다고 가정하고, 비틀림을 받는 박스거더 단면의 비틀림각은 단면에 균등하게 분배된다고 본다. 복부에 의한 비틀림 모멘트는 복부에 작용하는 전단력과 복부 파형강판 사이의 거리와 관련하여 식 (3)과 같이 계산할 수 있다.

제안 방법

콘크리트 박스거더교의 복부를 강재 트러스로 치환한 복합트러스교의 비틀림 거동에 대해 아직까지 국내에는 명확한 기준이 미흡한 상태이다. 따라서 이 연구에서는 복부를 파형강판으로 치환한 교량을 토대로 연구된 제안식들의 기본 개념을 바탕으로 복합트러스 단면의 비틀림 강성을 비교 및 검토해 보았다.
복합 트러스교는 복부파형강판 교량과 같이 종방향 단면이 일정하지 않기 때문에, 복부파형강판 교량에 적용한 비틀림 모멘트 산정식을 그대로 적용할 수는 없다. 따라서 이 연구에서는 일정한 간격으로 배치된 복부 트러스 부재를 연속된 복부로 환산하고, 상 · 하 콘크리트 슬래브와 복부로 둘러쌓인 폐단면을 갖는 하나의 보로서 계산하여 비틀림 모멘트에 의한 단면력을 계산하는 것으로 하였다. 콘크리트 복부와 등가인 복부트러스 부재의 환산 판두께는 식 (5)를 이용한다.
이 연구에서는 Fig. 3과 같이 힌지형 매립형 격점구조(EHT: embedded type hybrid truss), 연속된 스터드와 플랜지 플레이트로 연결된 격점구조(FHT: flange type hybrid truss), 그리고 불연속된 스터드와 거세트판으로 연결된 격점구조(GHT: Guesset type Hybrid Truss), 이렇게 3가지 격점구조에 대해 박스거더형 실험체를 제작하여 비틀림 실험(torsional test)을 수행하였다.

대상 데이터

3가지 실험체에 사용된 강관 트러스의 직경과 두께는 각각 114 mm, 6 mm로 모두 동일이다. 또한, EHT 연결판, FHT 플랜지 플레이트, GHT 거세트판은 모두 강관 트러스와 동일하게 항복강도 240 MPa이며, 허용응력은 140 MPa인 SS400 강재를 사용하였으며 두께도 모두 6 mm이다.
3가지 실험체에 사용된 강관 트러스의 직경과 두께는 각각 114 mm, 6 mm로 모두 동일이다. 또한, EHT 연결판, FHT 플랜지 플레이트, GHT 거세트판은 모두 강관 트러스와 동일하게 항복강도 240 MPa이며, 허용응력은 140 MPa인 SS400 강재를 사용하였으며 두께도 모두 6 mm이다. FHT와 GHT에 사용된 스터드는 일반적인 합성형 교량에 널리 사용되는 규격으로 직경이 19 mm, 높이는 120 mm이며, 150 mm 간격으로 배치하였다.
FHT와 GHT에 사용된 스터드는 일반적인 합성형 교량에 널리 사용되는 규격으로 직경이 19 mm, 높이는 120 mm이며, 150 mm 간격으로 배치하였다. 종횡방향 철근은 모두 직경이 13 mm인 SD400 고강도 철근을 사용하였으며, 콘크리트 설계기준강도는 40 MPa이다.

성능/효과

1) 유사한 단면을 갖는 복합트러스 거더일지라도 격점부의 형태에 비틀림 각, 사재의 응력, 균열하중 등의 거동이 크게 다를 수 있음을 알 수 있었다.
2) EHT가 FHT나 GHT에 비해서 최대하중은 크고 비틀림 각은 작아서 비틀림 강성이 더 큰 것으로 나타났다
3) EHT사재의 응력은 FHT나 GHT 사재 응력에 비해 1/3수준으로 콘크리트 슬래브에서 효과적으로 비틀림 하중에 저항하는 것으로 나타났다. 반면에 FHT나 GHT는 콘크리트 슬래브에 전달되는 하중이 플랜지 플레이트를 통해서 트러스로 곧바로 전달되는 것으로 나타났다.
4) 또한, EHT가 FHT나 GHT에 비해서 균열하중이 더 커서 사용성 측면에서도 더 유리한 것으로 나타났다.
5) 반면에 FHT나 GHT는 거의 동일한 거동을 나타내어 종방향 플랜지 플레이트의 연속성이 비틀림 거동에는 큰 영향이 없음을 알 수 있었다.
6) FHT와 GHT의 경우 복부 개방구조로 폐합단면이 아닌 복합트러스 단면을 폐합단면으로 가정하여 식 (5)에 구해진 강재 트러스의 환산판 두께를 실제 설계에 적용하는 것은 합리적이나 약 20%이상의 충분한 안전율을 고려해야 할 것으로 판단된다.
3) EHT사재의 응력은 FHT나 GHT 사재 응력에 비해 1/3수준으로 콘크리트 슬래브에서 효과적으로 비틀림 하중에 저항하는 것으로 나타났다. 반면에 FHT나 GHT는 콘크리트 슬래브에 전달되는 하중이 플랜지 플레이트를 통해서 트러스로 곧바로 전달되는 것으로 나타났다.

후속연구

7) 복부개방구조로 종방향으로 단면이 일정하지 않은 복합트러스교 비틀림 균열하중을 전단류 이론으로 계산하는 데에는 한계가 있는 것으로 판단되며 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
EHT의 경우 계산된 균열하중의 약 73%에 도달하였을때 균열이 발생하였지만, FHT와 GHT의 경우에는 계산된 균열하중의 약 42%에 도달하였을 때 균열이 발생하기 시작하여 사용성 측면에서 EHT에 비해 더 취약한 것으로 나타났다. 또한 복부개방구조로 종방향으로 단면이 일정하지 않은 복합트러스교 비틀림 균열하중을 전단류 이론으로 계산하는 데에는 한계가 있는 것으로 판단되며 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	복합트러스 교량의 장점은?	복합트러스 교량은 Fig. 1에서 보는 바와 같이 프리스트레스 박스교량에서 콘크리트 복부를 강관 트러스로 대체한 교량을 의미하며 복부를 상대적으로 가벼운 강관 트러스로 대체하였기 때문에 교량 상부구조의 자중이 약 20% 절감되는 효과가 있다. 따라서 지간을 늘릴 수 있으며 하부구조 또한 축소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한복부 개방구조로 경관성이 매우 우수하여 주변환경과 잘 조화를 이루기 때문에, 최근 들어 도심지에 미관을 고려한 교량이나 내륙 하천을 횡단하는 중지간(40~60 m) 교량으로 많이 적용되고 있다.1-3)
	복합트러스 교량의 복부 개방구조의 단점은?	한편, 복합트러스 교량의 복부 개방구조는 프리스트레스 박스교량에 비해 비틀림 성능을 저하시키는 단점을 가지고 있어 편심하중을 받는 교량이나 곡선교 등에는 아직까지 적용된 사례가 없다. 따라서 복합트러스교가보다 널리 사용되기 위해서는 비틀림 거동에 대한 정확한 분석이 필요한 상황이다.
	FHT 플랜지 플레이트, GHT 거세트판에 사용된 스터드의 직경,높이 그리고 배치 간격은?	또한, EHT 연결판, FHT 플랜지 플레이트, GHT 거세트판은 모두 강관 트러스와 동일하게 항복강도 240 MPa이며, 허용응력은 140 MPa인 SS400 강재를 사용하였으며 두께도 모두 6 mm이다. FHT와 GHT에 사용된 스터드는 일반적인 합성형 교량에 널리 사용되는 규격으로 직경이 19 mm, 높이는 120 mm이며, 150 mm 간격으로 배치하였다. 종횡방향 철근은 모두 직경이 13 mm인 SD400 고강도 철근을 사용하였으며, 콘크리트 설계기준강도는 40 MPa이다.

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상세보기
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원문보기 상세보기
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Prestressed Concrete Technology Association (社團法人プレストレストコンクリ？ト技術協會), Composite Bridge Design and Construction Standards (複合橋設計施工規準), Kibodang(技報堂), 2005, pp. 125-156.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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