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플레이트 거더의 수평보강재 필요 강성에 관한 해석적 연구
Numerical Study on Required Stiffness of Longitudinal Stiffener in Plate Girders 원문보기

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.28 no.1, 2016년, pp.43 - 52  

이건준 (부산대학교, 토목공학과) ,  박용명 (부산대학교, 토목공학과) ,  김병준 (부산대학교, 토목공학과) ,  박찬희

초록
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본 연구에서는 판 형상의 수평보강재가 한쪽에만 설치되는 통상적인 보강 웨브에서 수평보강재의 필요 강성에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 실제 교량용 플레이트 거더는 대부분 비대칭 단면이지만 제작성을 감안하여 수평보강재를 통상 웨브 높이의 1/5인 0.2D 부근에 설치하고 있다. 이러한 점을 감안하여 보강재가 0.16D~0.24D 범위에 설치되는 조건에 대해 단면의 비대칭성과 웨브의 형상비를 고려하여 수평보강재의 강성비(${\gamma}^*$)에 따른 고유치 해석을 수행하고 좌굴강도를 평가하였다. 이로부터 AASHTO LRFD 기준의 좌굴강도를 만족하는 수평보강재의 필요 강성을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A numerical study on required stiffness of the longitudinal stiffener in the webs stiffened with flat plate at one-side of the web was conducted. The longitudinal stiffeners are commonly placed around 0.2D, i.e., 1/5 the web depth due to fabrication convenience although most plate girders for bridge...

주제어

#보강 웨브   #좌굴강도   #비대칭 거더   #수평보강재   #필요 강성  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 대칭 및 비대칭 거더에서 수평보강재의 필요 강성에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 해석에서 고려한 변수는 비대칭 비(Dc/D), 형상비(α), 보강재의 위치 비(ds/Dc)와 보강재의 강성비(γ*)이다.
  • 본 연구에서는 수평보강재로 보강된 웨브의 보강재의 필요 강성에 대한 연구를 수행하였다. 실무에서는 단면의 변화에 따른 비대칭성을 감안하지 않고 수평보강재를 일반적으로 0.
  • 실무에서 수평보강재가 0.2D 부근에 설치됨을 감안하여 본 연구에서 고려한 변수들의 조합 중 보강재 위치가 0.16D～0.24D 범위에 설치되는 경우로 제한하여 보강재의 필요 강성을 평가하기로 한다. 이에 해당하는 경우에 대해 AASHTO LRFD 기준의 좌굴계수를 얻기 위한 보강재의 필요 강성비(γ*req)를 Fig.
  • 24D 범위에 대해 수평보강재의 필요 강성에 대해 분석하였다. 참고로 국내 도로교 한계상태설계기준[11]은 AASHTO LRFD 기준을 근간으로 하므로 본 연구에서는 이러한 실정를 감안하여 주로 AASHTO LRFD 기준에 대해 검토하였다.

가설 설정

  • =12mm 조건에 대해 산출하고, 이 때 유효단면이 식 (4)의 회전반경 요건을 만족하는지 검토하였다. 강재는 SM490 재(Fyc 및 Fys =315MPa)로 가정하고 보강재의 폭두께 비는 식 (2)에 따라 11.0으로 제한하였다. 계산 결과는 Table 3에 제시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
교량의 주거더를 경제적으로 설계하기 위해서는 어떻게 해야 하는가? 교량의 주거더는 일반적으로 휨모멘트가 설계를 지배하므로 가급적 웨브를 얇게 하는 것이 경제적이다. 이 때 휨압축에 의한 웨브의 탄성좌굴을 방지하고 종국 좌굴강도를 증가시키기 위해 Fig.
판 형상 수평보강재를 웨브의 한쪽에 설치하는 방식의 목적은 무엇인가? 교량의 주거더는 일반적으로 휨모멘트가 설계를 지배하므로 가급적 웨브를 얇게 하는 것이 경제적이다. 이 때 휨압축에 의한 웨브의 탄성좌굴을 방지하고 종국 좌굴강도를 증가시키기 위해 Fig. 1과 같은 편평한 판(flat plate) 형상의 수평보강재를 웨브의 한쪽에 설치하는 방식이 주로 사용되고 있다.
최대 좌굴강도가 얻어지는 수평보강재의 위치 및 강성에 관한 기존 연구와 실제 플레이트 거더와의 가장 큰 차이는 무엇인가? 그동안 수평보강재의 최적 위치 및 필요 강성에 관한 기존 연구들은 이축대칭 거더에 대해 대부분 수행되었다. 하지만 실제 교량용 플레이트 거더는 단면의 최적화를 위해 각 구간별로 상･하 플랜지의 제원이 변하므로 대부분 비대칭 거더가 된다. 본 논문의 4장에서 제시한 바와 같이 최대 좌굴강도가 얻어지는 보강재의 위치는 단면의 비대칭성에 관계없이 ds = 0.
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참고문헌 (13)

  1. Rockey, K.C. and Leggett (1962) The Buckling of a Plate Girder Web under Pure Bending When Reinforced by a Single Longitudinal Stiffener, Proc. Inst. Civil Engrs., Vol.21, No.1, pp.161-188. 

  2. Azhari, M. and Bradford, M.A. (1993) Local Buckling of I-Section Beams with Longitudinal Web Stiffeners, Thin-Walled Structures, Vol.15, No.1, pp.1-13. 

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  3. Alinia, M.M. and Moosavi, S.H. (2008) A Parametric Study on the Longitudinal Stiffeners of Web Panels, Thin-Walled Structures, Vol.46, No.11, pp.1213-1223. 

    상세보기 crossref

  4. Maiorana, E., Pellegrino, C., and Modena, C. (2011) Influence of Longitudinal Stiffeners on Elastic Stability of Girder Webs, J. of Constructional Steel Research, Vol.67, No.1, pp.51-64. 

    상세보기 crossref

  5. Issa-El-Khoury, G., Linzell, D.G., and Geschwinder, L.F. (2014) Computational Studies of Horizontally Curved, Longitudinally Stiffened, Plate Girder Webs in Flexure, J. of Constructional Steel Research, Vol.93, pp.97-106. 

    상세보기 crossref

  6. American Association of State Highway and Transportation Officials (2012) AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, 6 th ed., Washington D.C., USA. 

  7. Galambos, T.V. (1988) Guide to Stability Design Criteria for Metal Structures, 5th ed., John Wiley & Sons, Inc., USA. 

  8. Frank, K.H. and Helwig, T.A. (1995) Buckling of Webs in Unsymmetric Plate Girders, Engineering Journal, 2nd Quarter, pp.43-53. 

  9. American Association of State Highway and Transportation Officials (2014) AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, 7th ed., Washington D.C., USA. 

  10. 윤동용, 김경식(2007) 수평보강재가 설치된 플레이트 거더의 휨 연성에 관한 연구, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제19권, 제6호, pp.643-653. Yoon, D.Y. and Kim, K.S. (2007) A Study on Flexural Ductility of Lobgitudinally Stiffened Plate Girders, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol.19, No.6, pp.643-653. 

    원문보기 상세보기

  11. 한국도로교통협회(2012) 도로교설계기준(한계상태설계법), 국토해양부 제정. Korea Road and Transportation Association (2012) Korea Highway Bridge Design code(Limit State Design), sponsored by Ministry of Land, Infrastructure and Transport (in Korean). 

  12. 한국도로교통협회(2010) 도로교설계기준, 국토해양부 제정. Korea Road and Transportation Association (2010) Standard Specification for Highway Bridges, sponserd by Ministry of Land, Infrastructure and Transport (in Korean). 

  13. ABAQUS (2004) Analysis User's Manual Version 6.5, ABAQUS, Inc. Pawtucket, RI. 

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