이 논문에서는 신개념 복공판의 안전성 검토와 성능을 검증하기 위해서 이 논문과 같이 제출된 매개변수해석 논문에서 결정된 크기의 복공판에 대한 휨파괴 실험과 유한요소해석을 수행하였다. 실험결과, 최대하중 664kN에서 균열의 발생에 연이은 파괴가 발생되었고 실험결과에 대한 구조해석을 실시한 결과, 복공판 중앙부에서의 단위하중 100kN일 때와 파괴하중 664kN일 때 최대변위값은 각각 2.58mm와 27.01mm였다. 또한, 내하력에 대한 평가를 수행한 결과, 탄성범위와 소성범위에서의 내하력은 각각 DB-34와 DB-41로 평가되었다. 따라서 이 연구에서 개발한 신개념 복공판은 설계하중과 구조적 안전성을 만족함으로서 기존 복공판의 단점을 보완했다고 판단되며 실무에 적용이 가능한 것으로 사료된다.
이 논문에서는 신개념 복공판의 안전성 검토와 성능을 검증하기 위해서 이 논문과 같이 제출된 매개변수해석 논문에서 결정된 크기의 복공판에 대한 휨파괴 실험과 유한요소해석을 수행하였다. 실험결과, 최대하중 664kN에서 균열의 발생에 연이은 파괴가 발생되었고 실험결과에 대한 구조해석을 실시한 결과, 복공판 중앙부에서의 단위하중 100kN일 때와 파괴하중 664kN일 때 최대변위값은 각각 2.58mm와 27.01mm였다. 또한, 내하력에 대한 평가를 수행한 결과, 탄성범위와 소성범위에서의 내하력은 각각 DB-34와 DB-41로 평가되었다. 따라서 이 연구에서 개발한 신개념 복공판은 설계하중과 구조적 안전성을 만족함으로서 기존 복공판의 단점을 보완했다고 판단되며 실무에 적용이 가능한 것으로 사료된다.
In this paper, to evaluate and verify safety and performance of new-concept lining board, the experiments and analyses were performed. From the flexural tests, it was noted that the failure occurred at the load of 664kN. At structural analyses based on test results, when the loadings are the unit lo...
In this paper, to evaluate and verify safety and performance of new-concept lining board, the experiments and analyses were performed. From the flexural tests, it was noted that the failure occurred at the load of 664kN. At structural analyses based on test results, when the loadings are the unit load 100kN and failure load 664kN, the maximum displacements at the middle part of lining board were 2.58mm and 27.01mm, respectively. In addition, at the elastic range and the plastic range, their load carrying capacities were evaluated as DB-34 and DB-41, respectively. Accordingly, it can be concluded that, since the lining board developed in this study satisfy the design load and structural safety, it supplemented its disadvantages and can apply to construction site.
In this paper, to evaluate and verify safety and performance of new-concept lining board, the experiments and analyses were performed. From the flexural tests, it was noted that the failure occurred at the load of 664kN. At structural analyses based on test results, when the loadings are the unit load 100kN and failure load 664kN, the maximum displacements at the middle part of lining board were 2.58mm and 27.01mm, respectively. In addition, at the elastic range and the plastic range, their load carrying capacities were evaluated as DB-34 and DB-41, respectively. Accordingly, it can be concluded that, since the lining board developed in this study satisfy the design load and structural safety, it supplemented its disadvantages and can apply to construction site.
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문제 정의
이 연구에서는 기존 복공판의 단점들을 극복하기 위하여 신개념 복공판 (이하 HY-DECK으로 칭함)의 실험체를 제작하고 이에 대한 파괴실험을 수행했으며 실험체에 대한 구조해석을 통해 신개념 복공판을 실무에 적용하기 위한 연구를 실시하였다.
이 절에서는 설명된 신개념 복공판의 지지구조와 신개념 복공판에 대한 상세구조해석을 실시하여 외력에 대한 구조적 안정성을 검토하고자 한다. 즉, 여기서 수행된 구조해석은 신개념 복공판의 실험결과와 비교⋅분석하여 내하력을 산정하기 위해 수행되었으며, 이때 모델링에는 다양한 해석조건을 고려하여 범용 유한요소 프로그램인 ABAQUS의 solid elements 중 8절점 요소를 이용했고 이에 대한 해석을 수행하였다.
가설 설정
경계조건은 Fig. 8과 같이 복공판이 지지되는 주형보의 양 끝단 4부분을 고정지점으로 하고, 복공판의 지지부위 즉 주거더 및 가로보와의 접촉부 그리고 주거더와 가로보의 연결부에서의 볼트연결은 강절점으로 가정하였다.
제안 방법
실험값과 해석값에 차이가 발생되는 원인은 실제로 복공판의 상⋅하부프랜지가 놓여지는 거더와 가로보의 접촉부는 회전에 저항하지 못하는 지점으로 설치되지만 해석시에 강절점으로 처리한 점과 가로보와 거더의 연결부는 볼트로 연결되지만 해석시에는 이 또한 강절점으로 처리하였기 때문으로 판단된다. 또한, 복공판의 상부 플랜지판의 연결시 연결부를 전면용접하게 되면 열에 의한 잔류응력으로 판이 울퉁불퉁하게 되므로 실험시 부분용접으로 연결하였다. 따라서 이는 연속체로 모델링한 것과 비교해서 강도가 약하기 때문에 위와 같은 차이가 발생하였다고 판단된다.
신개념 복공판에 작용하는 고정하중이나 활하중과 같은 외력에 저항할 수 있는 휨강도를 평가하기 위해 실험체를 제작 (Fig. 1)했으며 Fig. 2와 같이 복공지지구조를 제작하여 주형보와 가로보에 실험체를 거치한 후 휨파괴 실험을 실시하였다.
신개념 복공판은 일반적인 ㄷ형 복공판과 비교하여 더 넓은 복개면적을 가지며 주형보와 가로보가 4변에서 동시에 지지하는 특성을 갖고 있으므로 이러한 복공지지구조의 실제거동과 임계하중을 파악하기 위하여 실제 복공지지구조와 동일한 형태로 제작한 후 실험을 수행하였다.
신개념 복공판의 내하력 평가는 탄성거동의 경우와 소성거동이 발생되었을 경우에 대해 각각 실시하였다.
즉, 여기서 수행된 구조해석은 신개념 복공판의 실험결과와 비교⋅분석하여 내하력을 산정하기 위해 수행되었으며, 이때 모델링에는 다양한 해석조건을 고려하여 범용 유한요소 프로그램인 ABAQUS의 solid elements 중 8절점 요소를 이용했고 이에 대한 해석을 수행하였다.
휨파괴 실험을 위해 실험체가 복공지지구조의 가로보와 주형보에 지지되도록 실험체를 설치하고 중앙에 접지면적 (200×500mm)에 해당하는 DB-24의 분포하중을 재하하였다.
대상 데이터
신개념 복공판의 성능을 검증하기 위하여 Fig. 1과 같이 Kim et al. (2014)에 의해 제시된 3,000×2,000mm의 크기와 두께 6mm의 실험체에 대한 실험이 수행되었다.
해석에 사용된 재료는 가격과 경제성을 고려하여 SS400강재로 하였으며 물성치로는 탄성계수(E)=200,000MPa, 프와송비(ρ)=0.3 그리고 단위중량(wp)=78.5kN/m3를 사용하였다.
성능/효과
(1) 신개념 복공판의 휨파괴 실험결과, 실험체에는 하중을 재하한 부위에서 최대변위가 발생되었고 균열이 발생하여 진전했으며 최종하중 664kN에서 파괴됨을 알 수 있었다.
(2) 휨파괴 실험결과를 바탕으로 구조해석을 실시한 결과, 복공판의 중앙부에서의 단위하중 100kN일 때와 파괴하중 664kN일 때의 최대변위값은 각각 2.58mm와 27.01mm였다.
(3) 신개념 복공판의 내하력평가를 위해 응답비를 산출한 결과, 탄성범위는 0.481, 소성범위는 0.585였고 내하력 평가를 수행한 결과, 탄성범위 내하력은 DB-34, 소성범위 내하력은 DB-41로 평가되었다. 따라서 이 연구에서 개발한 신개념 복공판은 설계하중과 구조적 안전성을 만족함으로서 기존 복공판의 단점을 보완하였으며, 실무에 적용이 가능한 것으로 판단된다.
585였고 내하력 평가를 수행한 결과, 탄성범위 내하력은 DB-34, 소성범위 내하력은 DB-41로 평가되었다. 따라서 이 연구에서 개발한 신개념 복공판은 설계하중과 구조적 안전성을 만족함으로서 기존 복공판의 단점을 보완하였으며, 실무에 적용이 가능한 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
복공판이란?
지하철 공사 시, 차량의 통행을 위해서 상부에 시공되는 임시 구조물인 복공판 (lining board)은 통과하는 차량의 차륜을 직접 지지하는 구조체로서 매우 중요한 역할을 한다 (KHBDC, 2010). 지하구조물, 연약지반, 교량 등과 같은 토목공사 및 다층건물과 같은 건축공사 용으로 여러 현장에서 사용되고 있는 복공판은 최근들어 교통량과 대형차량의 혼입률 증가로 인해 보다 우수한 성능을 갖는 복공판 개발이 요구되고 있다.
복공판의 역할은?
지하철 공사 시, 차량의 통행을 위해서 상부에 시공되는 임시 구조물인 복공판 (lining board)은 통과하는 차량의 차륜을 직접 지지하는 구조체로서 매우 중요한 역할을 한다 (KHBDC, 2010). 지하구조물, 연약지반, 교량 등과 같은 토목공사 및 다층건물과 같은 건축공사 용으로 여러 현장에서 사용되고 있는 복공판은 최근들어 교통량과 대형차량의 혼입률 증가로 인해 보다 우수한 성능을 갖는 복공판 개발이 요구되고 있다.
기존 복공판이 제품의 안전성, 사용성, 경제성 등에 대한 고려가 체계적으로 수행된 경우는 아주 미흡한 이유는?
, 2009; Lee and Kim, 2005a, b)가 일부 수행되어 왔다. 그러나 현재까지도 가설구조물이라는 이유로 제품의 안전성, 사용성, 경제성 등에 대한 고려가 체계적으로 수행된 경우는 아주 미흡한 실정이다.
참고문헌 (6)
Korean Highway Bridge Design Code (2010) Section 2.1, Load, 6-9 (in Korean).
Kim, D. H. and Kim, Y. S. (2004), A Comparative Analysis of Existing Channel-Type Lining Board and New-Type lining Board Models, Journal of the Korean Society of Safety, 19(3), 78-83 (in Korean).
Kim, I. T., Kim, D. W., Choi, H. S., and Cheung, J. H. (2009), A Preliminary Study on the Reused Channel-Type Lining Board with Corrosion-Damage, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, KSMI, 13(4), 170-179 (in Korean).
Kim, C. H., Yi, S. T., Kim, I. S., and Sim, T. M. (2015), Optimized Cross-section Suggestion through Parametric Study of a New Concept Lining Board, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, KSMI, 19(2), 84-91 (in Korean).
Lee, S. S. and Kim, D. H. (2005), An Experimental Study on the Fatigue Behavior of H & Channel-Type Lining Board, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 9(4), 209-216 (in Korean).
Yoon, W. H., Chung, J. S., Lee, J. S., Yoon, Y. S., and Yang, S. D. (2012), A Case study on Effect of Compositeness for Temporary Bridge Integrated Lining Board and Girder, Journal of the Korean society of safety, 27(2), 34-41 (in Korean).
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