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문제 정의
- 따라서 본 논문은 다양한 매개변수 해석을 통해 시방서에서 규정한 최소 수평하중의 영향을 분석하고자 한다. 최소 수평하중의 영향을 분석하기 위해 현장에서 적용되는 다양한 제원의 시스템 동바리를 대상으로 고정하중만 적용된 경우와 고정하중과 최소 수평 하중이 모두 고려된 경우의 최대 조합 응력비를 비교하여 대상 시스템 동바리의 구조 안전성의 변화를 평가하였다.
가설 설정
- . 본 연구에서는 설계 조건에서의 수평하중에 의한 응력비 변화를 찾고자하는 것이 목적이므로 시방서에서 제시하는 일반적인 조건인 힌지로 시스템 동바리 하단을 가정하였으며, 수직재와 수직재의 연결 조건은 연속재로, 수직재와 수평재의 연결 조건은 힌지로, 수직재와 경사재 및 수평재와 경사재의 연결 조건은 힌지로 가정하였다.
제안 방법
- ‘콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침2)’에서는 조립형 동바리의 수직재 간격을 0.9 m이상 1.2 m 이하로 하도록 제한하고 있으나, 본 연구에서는 일반적인 시스템 동바리의 수 평재가 1.8 m까지 시중에서 사용되어 수직재 간격이 1.8 m까지 가능하므로 수직재 간격의 영향을 분석하기 위해 수직재 간격을 1.8 m까지 고려하였다.
- 대상 시스템 동바리 중에는 10 m가 넘는 것도 있으므로 정확한 거동 분석을 위해서는 3차원 모델링을 수행하여야 되나, 비교적 정확한 결과를 보이며 매개 변수 해석의 효율성을 위해 2차원 모델링을 본 논문에서 적용하였다. 향후 3차원 해석을 통해 면외 거동 등을 검토할 필요가 있다.
- Table 1의 해석 대상의 명칭(Case name)에서 C뒤의 숫자는 시스템 동바리 전체 높이를, H뒤의 숫자는 수직재 간격을, T뒤의 숫자는 슬래브 두께를 나타낸다. 대상 시스템 동바리를 유한요소 해석 프로그램인 Midas Civil 2012+를 이용하여 모델링하였다. Fig.
- 본 연구에서는 시스템 동바리의 수직재 간격, 설치 높이, 슬래브 두께 변화를 매개 변수로 하여 시방서에 서 규정한 최소 수평하중 고려 유무에 따른 시스템 동바리의 구조 안전성 변화를 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 수평하중 고려 유무에 따른 시스템 동바리의 구조 안전성 변화를 분석하기 위해 먼저, 유한요소해석을 통해 축력과 휨모멘트를 산출하였다. 산출된 부재력을 이용하여 수직재에 발생하는 압축응력과 휨응력에 의한 조합 응력비를 식 (1)에 따라 산정해서 수평하중 고 려에 따른 구조 안전성을 분석하였다.
- 수평하중 고려 유무에 따른 시스템 동바리의 구조 안전성 변화를 분석하기 위해 먼저, 유한요소해석을 통해 축력과 휨모멘트를 산출하였다.
- 9)는 최소 수평하중 고려 유무에 상관없이 대부분의 경우에서 조합 응력비가 허용 값을 초과하는 것으로 나타났다. 시스템 동바리 높이가 10 m이며 수직재 간격이 1.8 m인 경우에 콘크리트 슬래브 타설 두께를 0.3 m에서 0.9 m로 0.2 m씩 증가시켜 조합응력비를 비교하였다(Fig. 10). 슬래브 두께 0.
- 따라서 본 논문은 다양한 매개변수 해석을 통해 시방서에서 규정한 최소 수평하중의 영향을 분석하고자 한다. 최소 수평하중의 영향을 분석하기 위해 현장에서 적용되는 다양한 제원의 시스템 동바리를 대상으로 고정하중만 적용된 경우와 고정하중과 최소 수평 하중이 모두 고려된 경우의 최대 조합 응력비를 비교하여 대상 시스템 동바리의 구조 안전성의 변화를 평가하였다.
- 현장에서 적용되는 다양한 제원의 시스템 동바리를 분석하기 위해 시스템 동바리의 수직재 설치간격, 설치 높이, 슬래브 두께를 변수로 하여 다양한 시스템 동 바리를 해석하였다. 대상 시스템 동바리의 해석 대상은 총 19가지 경우이며(Table 1), 수직재 간격은 0.
대상 데이터
- 대상 시스템 동바리 중 높이 6 m, 수직재 간격 1.2 m, 콘크리트 슬래브 두께 0.9 m인 경우(C6-H12-T900) 에 발생하는 축응력도와 휨응력도를 Fig. 3과 Fig. 4에 나타내었다. COM 1(최소 수평하중을 고려하지 않은 하중조합)과 COM 2(최소 수평하중을 고려한 하중조 합)의 축응력도는 COM 2가 미소하게 크므로 최소 수평하중에 의한 축 응력 증가는 미비한 것으로 나타났 다.
- 현장에서 적용되는 다양한 제원의 시스템 동바리를 분석하기 위해 시스템 동바리의 수직재 설치간격, 설치 높이, 슬래브 두께를 변수로 하여 다양한 시스템 동 바리를 해석하였다. 대상 시스템 동바리의 해석 대상은 총 19가지 경우이며(Table 1), 수직재 간격은 0.9 m, 1.2 m, 1.5 m, 1.8 m로 가정하였다. ‘콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침2)’에서는 조립형 동바리의 수직재 간격을 0.
- 해석 대상 19개의 시스템 동바리에서 수직재의 위치에 상관없이 가장 큰 수직재 조합응력비를 COM 1과 COM 2에 대해 각각 조사하여 Table 3에 나타내었다. 수직재 간격을 0.
성능/효과
- 1. 수직재 간격을 0.9 m에서 1.8 m로 순차적으로 변화시켜 시스템 동바리의 최대 조합 응력비를 분석한 결과, 최소 수평하중 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 최대 조합 응력비 차이는 평균적으로 0.4에서 1.3 정도로 변화되는 것으로 나타났다. 또한, 슬래브 두께 를 0.
- 2. 최소 수평하중을 고려하지 않은 경우 시스템 동바리 높이의 증가에 따라 조합응력비의 변화는 작으나, 최소 수평하중을 고려한 경우 높이의 증가에 따라 휨 모멘트가 증가되어 조합응력비가 증가되는 경향을 나타냈다. 그러나 높이 증가에 따른 최소 수평하중 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 최대 조합 응력비 차이 변화는 수직재 간격과 슬래브 두께 변화로 인한 차이보다는 상대적으로 작은 것으로 나타났다.
- 3. 대상 시스템 동바리 중 일부 경우만 제외하고는 최소 수평하중의 영향으로 최대 조합 응력비가 1보다 큰 것으로 분석되었다. 특히, 슬래브 두께 0.
- COM 1(최소 수평하중을 고려하지 않은 하중조합)과 COM 2(최소 수평하중을 고려한 하중조 합)의 축응력도는 COM 2가 미소하게 크므로 최소 수평하중에 의한 축 응력 증가는 미비한 것으로 나타났 다.
- 최소 수평하중을 고려하지 않은 경우 시스템 동바리 높이의 증가에 따라 조합응력비의 변화는 작으나, 최소 수평하중을 고려한 경우 높이의 증가에 따라 휨 모멘트가 증가되어 조합응력비가 증가되는 경향을 나타냈다. 그러나 높이 증가에 따른 최소 수평하중 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 최대 조합 응력비 차이 변화는 수직재 간격과 슬래브 두께 변화로 인한 차이보다는 상대적으로 작은 것으로 나타났다.
- 3 정도로 변화되는 것으로 나타났다. 또한, 슬래브 두께 를 0.3 m에서 0.9 m로 점진적으로 변화시켜 비교한 최대 조합 응력비 차이는 0.3에서 1.4 수준으로 변화되는 것으로 나타났다. 따라서 수직재 간격과 슬래브 두께 변화는 최소 수평하중 고려에 따른 시스템 동바리의 구조 안전성 변화에 민감한 영향을 주는 변수라고 판단된다.
- 수직하중만을 고려한 경우(COM 1), 높이의 증가에 따라 조합응력비의 변화는 최외측 수직재를 제외하고는 거의 없으나, 최소 수평하중을 고려한 경우(COM 2)에서는 높이의 증가에 따라 휨모멘트가 증가되어 조합 응력비가 증가되는 경향을 나타냈다. 단, 12 m에 해당 하는 경우에는 U헤드 바로 아래 수직재 부분에 브레이싱이 설치되어 수평하중이 시스템 내부로 균등하게 전달되어 최외측 부재를 제외하고는 조합응력비가 다른 높이에 비해 감소한 것으로 나타났다.
- 시스템 동바리 높이가 10 m이며, 수직재 간격이 1.8 m인 경우, 슬래브 두께를 0.3 m, 0.5 m, 0.7 m, 0.9 m로 변화시켜 수평하중 고려에 따른 조합 응력비를 분석한 결과, 슬래브 두께가 증가함에 따라 COM 1과 COM 2의 조합 응력비는 모두 증가하며, 최대 조합응력비의 차이는 0.274에서 1.404로 증가하는 것으로 나타났다. 고정하중의 증가로 적용 최소 수평하중의 크기도 증가 되었기 때문이며, 슬래브 두께의 변화도 최소 수평하 중으로 인한 구조 안전성 변화에 민감한 변수라고 판단된다.
- 2정도로 나타났다. 즉, 슬래브 두께가 증가 할수록 적용 최소수평하중의 증가되므로 최소 수평하중을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 조합응력비의 비율이 증가됨을 확인할 수 있다.
- 5에 나타내었다. 최소 수평하중을 고려하지 않은 COM 1에서는 모든 수직재에서 허용 값인 1.0을 넘지 않았으나 (허용 값의 80% 수준), 최소 수평하중을 고려한 COM 2에서는 최대 조합응력비가 1.7~1.9배 증가하여 첫 번째 수직재를 제외한 모든 위치에서 허용 값을 넘어서서 구조 안전성에 문제가 있는 것으로 나타났다.
- 6에 나타내었다. 최소 수평하중을 고려하지 않은 경우(COM 1)에는 수직부재의 조합응력비가 0.5~0.6 수준이므로 구조 안전성이 확보되나, 최소 수평하중을 고려할 경우(COM 2)에는 허용 값에 거의 근접해 있으며, 일부 경우에는 허용 값인 1.0을 상회하는 수준이 발생하는 것으로 나타났다.
- 최소 수평하중을 고려하지 않은 경우, 대부분의 경우에서 조합응력비가 허용 값을 초과하지 않았으나, 최소 수평하중을 고려할 경우 휨응력의 발생으로 대부분의 수직재의 조합응력비가 크게 증가하여 구조 안전성을 확보하지 못하는 것으로 나타났다.
- 대상 시스템 동바리 중 일부 경우만 제외하고는 최소 수평하중의 영향으로 최대 조합 응력비가 1보다 큰 것으로 분석되었다. 특히, 슬래브 두께 0.9 m인 경우, 콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침에서 제한한 수직재 간격 0.9 m를 적용한 시스템 동바리에서는 일부 높이에서 구조 안전성을 확보하지 못하였으며, 수직재 간격 1.2 m의 경우에는 시스템 동바리 높이에 상관없이 모든 높이에서 최대 조합 응력비가 1보다 큰 것으로 나타났다. 따라서 규정된 최소 수평하중의 크기는 시스템 동바리의 구조 안전성을 지배할 수준인 것으로 판단된다.
후속연구
- 대상 시스템 동바리 중에는 10 m가 넘는 것도 있으므로 정확한 거동 분석을 위해서는 3차원 모델링을 수행하여야 되나, 비교적 정확한 결과를 보이며 매개 변수 해석의 효율성을 위해 2차원 모델링을 본 논문에서 적용하였다. 향후 3차원 해석을 통해 면외 거동 등을 검토할 필요가 있다.
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