[논문]남해고속도로 기존 서부산낙동강교 보수보강 사례 강바닥판 덧댐보강 필렛용접부 피로검토

정우용; 이성렬; 김국한; 김동인; 정흥모

남해고속도로 기존 서부산낙동강교 보수보강 사례 강바닥판 덧댐보강 필렛용접부 피로검토
The Field Construction Case of Maintenance and Reinforcement for Existing Western Nakdong River Bridge in Namhae Expressway 원문보기

정우용 (한국도로공사 냉정부산건설사업단 품질관리과) , 이성렬 (한국도로공사 냉정부산건설사업단 품질관리과) , 김국한 (한국도로공사 냉정부산건설사업단 품질관리과) , 김동인 (한국도로공사 냉정부산건설사업단) , 정흥모 (냉정부산건설사업단 제5공구 현장(대림산업))

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문제 정의

본고에서는 서부산낙동강교 강교 보수보강 사례 중 상부덧판 보강(10mm)에 따른 피로에 대한 내구성 검토사례를 공유하여 향후 노후 강교보수보강 수요에 대비하여 기술지식의 기반을 마련하고자 한다.

제안 방법

Table 2에 나타낸 것과 같이 IIW 피로설계지침 규정에 따라 2점(0.4t, 1.0t) 외삽법으로 계산한 핫스폿응력과 검토대상의 필렛용접의 피로등급 FAT 100의 2백만회 피로강도100MPa(상세범주 ‘Cover plate ends and similar joints’)을 비교하는 방법으로 피로검토를 수행하였다.
현장재하실험은 신뢰성을 높이기 위하여 2회에 걸쳐 Table 3의 하중조건으로 시행하였다. 덧판은 횡빔구간 보강위치에 따라 거더와 거더 사이구간은 A-type, 거더 상단은 B-type으로 구분하였으며, 변형률게이지 N0.1~8은 교축직각방향 N0.9~14은 교축방향의 변형률을 측정할 수 있는 위치를 선정하여 부착하였다 (Fig. 2참조).
변형률 측정에는 동적변형률 측정기기를 사용하였으며, 피로균열이 발생 할 것으로 예상되는 위치를 기준으로 변형률 게이지를 설치하여 트럭하중이 진입하기 전을 초기값으로 하여 각 하중 조건별로 트럭하중을 이동시키면서 변형률을 측정하였다.
보강방안으로 종리브의 추가 설치를 검토하였으나, 박스 내에서 상향 용접 시행시 작업성이 불리하고 품질확보가 곤란할 것으로 예상되어, 최종 필렛용접을 통해서 10mm 두께 강판을 상부에 덧댐 보강하는 방법으로 계획하였다(Table 1 참조).
상부 바닥판의 덧판 보강에 사용되는 필렛용접부를 대상으로, 표준트럭 하중(DB-24) 재하 시의 실응력을 측정하여 A type과 B type 보강 덧판의 돌림 필렛용접부의 핫스폿응력을 계산한 결과를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
현장재하시험을 통하여 측정된 변형률에 탄성계수를 곱하여 산출한 응력을 핫스폿 응력으로 환산하여 계산된 응력이 2백만회 허용피로강도 100Mpa을 초과하는지 여부를 판정하였다.

대상 데이터

본 교량의 완공으로 부산의 중심지에서 김해국제공항까지의 거리가 약 15km, 주행시간은약 20여분 단축되었다.

성능/효과

(1) 10mm 보강덧판을 기존 강바닥판 둘레에 필렛용접할 경우 IIW 피로설계지침 FAT.100등급의 2백만회 피로강도 100MPa을 기준으로 피로저항성을 확보하고 있어, 공용기간 동안 설계하중 및 진동 등 장기간 반복하중에 대하여 공용기간 동안 충분한 내구성을 가지고 있음을 알 수 있었다.
교면 포장의 반복 파손 원인으로 현재 시공되어 있는 강바닥판 두께(14mm)와 종리브간격(400mm)으로 인해 유발되는 처짐량이 허용처짐량을 초과하는 것으로 판단되었다.

후속연구

(2) 기존 변형된 상부 바닥판과 보강 덧판 접합시 테두리 용접으로는 들뜸 현상을 방지할 수 없을 것을 우려하여 밀착성을 증대하기 위하여 TS볼트 조임공법의 보조 공법을 추가할 필요가 있다고 판단된다.
향후 추세로 볼 때 강교의 보수·보강 수요는 지속적으로 증가할 것으로 예상되며, 본 사례와 같은 기술이 점진적으로 축적될 때 공용중인 국내 강교의 기능회복에 소요되는 노력과 비용을 최소화 할 수 있을 것이라 기대하는 바이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

남해고속도로 확장공사은 무엇인가?

남해고속도로 확장공사는 남해선 냉정~부산 구간과 남해지선 냉정~서부산 구간의 기존4차로를 6~8차로로 확장하고, 동김해IC 부근에서 중앙선 대동Jct까지 4차로로 연결하는 공사로 2008년 12월 착공하여 2014년 12월 준공을 앞두고 있다.

기존 서부산낙동강교의 특징은 무엇인가?

기존 서부산낙동강교는 1981년 당시 국내 800여 개의 고속도로 교량 가운데 가장 길었으며, 서울의 노량대교가 놓이기까지는 전국에서 가장 긴 4차로 교량이었다. 상부구조는 국내 최초의 강상판(鋼床板) 강 박스거더 형식이고, 하부구조는 철근콘크리트 반중력식(半重力式) 교대 및 교각과 강관파일 하부기초로 시공되었다.

용접부 피로에 대한 면밀한 검증방법은 무엇인가?

덧판보강을 시행할 경우 바닥판의 강성이 증대되어 구조적으로는 안전하지만, 강재에 차량 하중이 지속적으로 작용할 경우에 대비하여 강구조물 사용 개시 후 나타나는 전형적인 손상형태인 용접부 피로에 대한 면밀한 검증이 필요하였다. Table 2에 나타낸 것과 같이 IIW 피로설계지침 규정에 따라 2점(0.4t, 1.0t) 외삽법으로 계산한 핫스폿응력과 검토대상의 필렛용접의 피로등급 FAT 100의 2백만회 피로강도100MPa(상세범주 ‘Cover plate ends and similar joints’)을 비교하는 방법으로 피로검토를 수행하였다.

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