굴절형 신축이음장치는 신축이음장치의 문제점인 충격, 소음, 교체성, 교축직각방향 변위, 단차발생등을 보완하여 새롭게 개발되었다. 굴절형 신축이음장치는 주행면이 연속화 되어 충격이 작고 소음이 작은 것이 특징이다. 굴절형 신축이음장치의 거동 방식은 링크의 회전으로 신축 거동을 수행한다. 링크의 회전 거동 시 거동의 중심 축이되는 것은 볼트이다. 그러므로 굴절형 신축이음 장치는 볼트의 내구성이 매우 중요하다고 할 수 있다. 하지만 굴절형 신축이음장치의 볼트 내구성은 이론적, 실험적 검증이 부족한 실정이다. 본 논문에서는 볼트의 피로 내구성을 검증 하기 위해 신축량 300 mm 굴절형 신축이음장치 시험 시편을 제작 하였다. 제작된 시험 볼트 내부에는 볼트 전용 스트레인게이지를 설치하였다. 시험 방법은 KS F 4425를 준용 하여 시험 하였다. 200만회 피로 반복 시험을 통해 굴절형 신축이음장치 내부에 조립된 볼트의 피로 내구성을 확인 하였다.
굴절형 신축이음장치는 신축이음장치의 문제점인 충격, 소음, 교체성, 교축직각방향 변위, 단차발생등을 보완하여 새롭게 개발되었다. 굴절형 신축이음장치는 주행면이 연속화 되어 충격이 작고 소음이 작은 것이 특징이다. 굴절형 신축이음장치의 거동 방식은 링크의 회전으로 신축 거동을 수행한다. 링크의 회전 거동 시 거동의 중심 축이되는 것은 볼트이다. 그러므로 굴절형 신축이음 장치는 볼트의 내구성이 매우 중요하다고 할 수 있다. 하지만 굴절형 신축이음장치의 볼트 내구성은 이론적, 실험적 검증이 부족한 실정이다. 본 논문에서는 볼트의 피로 내구성을 검증 하기 위해 신축량 300 mm 굴절형 신축이음장치 시험 시편을 제작 하였다. 제작된 시험 볼트 내부에는 볼트 전용 스트레인게이지를 설치하였다. 시험 방법은 KS F 4425를 준용 하여 시험 하였다. 200만회 피로 반복 시험을 통해 굴절형 신축이음장치 내부에 조립된 볼트의 피로 내구성을 확인 하였다.
The refraction expansion joints have been newly developed by complementing the problems of shock, noise, replaceability, displacement in the direction perpendicular to bridge, vertical difference, which are problems of existing expansion joints. The Refraction expansion joints are characterized by c...
The refraction expansion joints have been newly developed by complementing the problems of shock, noise, replaceability, displacement in the direction perpendicular to bridge, vertical difference, which are problems of existing expansion joints. The Refraction expansion joints are characterized by continuous surfaces with small impact and low noise. The behavior of the Refraction expansion joints performs the bridge expansion behavior by rotation of the link. In the rotational behavior of the link, the bolt is the central axis of the behavior. Therefore, it can be said that the durability of the bolt is very important. However, the theoretical and experimental verification of the bolt durability of the Refraction expansion joint is lacking. In this paper, to verify the fatigue durability of the bolt, test specimens with a 300 mm Refraction expansion joint were fabricated. A strain gauge dedicated to the bolt was installed inside the manufactured test specimen bolt. The test method was applied in accordance with KS F 4425. The fatigue durability of the bolts assembled inside the diaphragm expansion joint was confirmed by the repeated fatigue test of 2,000,000 cycles.
The refraction expansion joints have been newly developed by complementing the problems of shock, noise, replaceability, displacement in the direction perpendicular to bridge, vertical difference, which are problems of existing expansion joints. The Refraction expansion joints are characterized by continuous surfaces with small impact and low noise. The behavior of the Refraction expansion joints performs the bridge expansion behavior by rotation of the link. In the rotational behavior of the link, the bolt is the central axis of the behavior. Therefore, it can be said that the durability of the bolt is very important. However, the theoretical and experimental verification of the bolt durability of the Refraction expansion joint is lacking. In this paper, to verify the fatigue durability of the bolt, test specimens with a 300 mm Refraction expansion joint were fabricated. A strain gauge dedicated to the bolt was installed inside the manufactured test specimen bolt. The test method was applied in accordance with KS F 4425. The fatigue durability of the bolts assembled inside the diaphragm expansion joint was confirmed by the repeated fatigue test of 2,000,000 cycles.
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문제 정의
한편 최근 도심지에서는 차량이 신축이음장치를 통과 할 때 나타나는 충격 소음에 대한 문제가 제기되기도 한다. 굴절형 신축이음장치는 노면의 연속성을 확보하여 충격이 작고, 소음이 작으며, 내구성을 증가시킬 목적으로 개발되었다. 이런 굴절형 신축이음장치는 링크의 회전으로 신축거동을 수용하며 링크의 회전 축은 볼트로 구성된다.
이런 굴절형 신축이음장치의 볼트는 이론적, 실험적 연구가 부족하며, 거동의 중심 축이 되는 볼트의 신뢰성 확보를 위해 연구가 필요하다. 본 연구에서는 굴절형 신축이음장 치에대해서 실험적 검증을 수행하였다. 시험 시편은 신축량 300mm 용량의 굴절형 신축이음장치를 구성하였다.
제안 방법
신축이음장치 반복하중을 200만회 재하한 후 변형률과 변위를 계측하였다. 계측후 1회, 1만회, 5만회, 10만회, 15만회, 25만회부터 5만회 단위로 시험 결과를 정리하였다.
굴절형신축이음장치 볼트의 변형률을 측정하기 위해 볼트 전용 센서를 사용하였다. 볼트 전용 센서는 볼트에 축 방향으로 천공을 하여 천공구멍에 센서를 삽이하는 방법으로 설치가 된다.
시험 시편은 KS F 4425 시험 방법으로 수축 신장시험 각 2500회, 수직피로반복시험 200만회를 수행하였으며. 볼트에 대한 피로강도를 국내 도로교설계기준과 비교 검토하였다.
수축 및 신장 시험은 시료를 너비 방향에 평행한 방향으로 하여 시료를 고정시켜 수축 신장시킨 후 100 mm/min 이하의 속도로 하여 제시된 최소 신축량(수축) 및 최대 신축량(신장) 각각에서 신축량 1/3에 해당하는 신축량 만큼 변위를 갖도록 하여 각각 2500회를 반복 실행하여 시험을 실시 한다. 시험을 실시후에는 육안으로 변형, 파손등의 유무를 확인한다.
센서 설치위치는 링크가 만나는 중앙부에 8 point 설치하고 링크가 고정되는 양쪽 측판부에 3 point 설치를 하였다. 시험 시편 하부에는 LVDT를 설치하여 신축이음 중앙부에 처짐을 측정하였다.
굴절형 신축이음장치의 평가 방법은 KS F 4425 신축이음 장치 완제품 성능 시험방법으로 시험을 실시하였다. 시험은 최소수축 시험, 최대신장 시험, 수직피로반복시험으로 총 3가지로 구성되며 각각의 조건은 다음과 같다.
수축 및 신장 시험은 시료를 너비 방향에 평행한 방향으로 하여 시료를 고정시켜 수축 신장시킨 후 100 mm/min 이하의 속도로 하여 제시된 최소 신축량(수축) 및 최대 신축량(신장) 각각에서 신축량 1/3에 해당하는 신축량 만큼 변위를 갖도록 하여 각각 2500회를 반복 실행하여 시험을 실시 한다. 시험을 실시후에는 육안으로 변형, 파손등의 유무를 확인한다.
신축이음장치 반복하중을 200만회 재하한 후 변형률과 변위를 계측하였다. 계측후 1회, 1만회, 5만회, 10만회, 15만회, 25만회부터 5만회 단위로 시험 결과를 정리하였다.
피로 반복 시험은 시료를 고정시키고 최소 24.53 kN, 최대 116.2 kN의 하중을 가감하는 조작을 1사이클로 하여 3 Hz이하의 주파수로 200만회 시험한 후 시료의 이상 유무를 조사하며, 재하하중의 접촉 면적은 510±10 mm이내 이어야 한다.
대상 데이터
링크는 총 16개의 링크로 구성된다. 링크는 길이 41 cm, 두께 5 cm제작되었으며 제질은 SM490B재료를 사용하였다. 하부판은 SS400을 사용하여 제작하였다.
볼트는 F10T, M20 볼트를 적용하였으며 너트는 2 H 높이 일반 너트를 적용하였다.링크는 총 16개의 링크로 구성된다. 링크는 길이 41 cm, 두께 5 cm제작되었으며 제질은 SM490B재료를 사용하였다.
2 m 폭으로 구성하여 제작 하였다. 볼트는 F10T, M20 볼트를 적용하였으며 너트는 2 H 높이 일반 너트를 적용하였다.링크는 총 16개의 링크로 구성된다.
본 연구에서는 굴절형 신축이음장 치에대해서 실험적 검증을 수행하였다. 시험 시편은 신축량 300mm 용량의 굴절형 신축이음장치를 구성하였다. 시편 볼트 내부에 볼트용 스트레인 게이지를 삽입하여 시험 시편을 구성하였다.
3.2 시험 시편
시험시편은 신축량 300 mm의 굴절형 신축이음장치를 1.2 m 폭으로 구성하여 제작 하였다
. 볼트는 F10T, M20 볼트를 적용하였으며 너트는 2 H 높이 일반 너트를 적용하였다.
링크는 길이 41 cm, 두께 5 cm제작되었으며 제질은 SM490B재료를 사용하였다. 하부판은 SS400을 사용하여 제작하였다. Photo 4는 시험 시편 전경이다.
이론/모형
굴절형 신축이음장치의 평가 방법은 KS F 4425 신축이음 장치 완제품 성능 시험방법으로 시험을 실시하였다. 시험은 최소수축 시험, 최대신장 시험, 수직피로반복시험으로 총 3가지로 구성되며 각각의 조건은 다음과 같다.
시편 볼트 내부에 볼트용 스트레인 게이지를 삽입하여 시험 시편을 구성하였다. 시험 시편은 KS F 4425 시험 방법으로 수축 신장시험 각 2500회, 수직피로반복시험 200만회를 수행하였으며. 볼트에 대한 피로강도를 국내 도로교설계기준과 비교 검토하였다.
성능/효과
1) 굴절형 신축이음장치 볼트는 수직하중(24.53 kN~116.2 kN)을 받을 때 비선형 거동을 보이나 탄성영역에서 거동 하는 것으로 확인된다. 피로 하중의 반복횟수가 증가 함에따라 변형률의 진폭크기는 미소하게 커지는 경향이 있으나 200만회 하중 재하 후 에도 탄성거동을 하는 것으로 확인되며 볼트의 피로내구성은 안전한 것으로 나타난다.
2) 수직하중(24.53 kN~116.2 kN) 에 대한변위는 2.5 mm 미만으로 측정되었으며 피로하중 반복횟수가 증가함에따라 변위증가량은 미소한 것으로 사료되며 피로하중 반복횟수가 100만번을 넘어서면 변위 증가량은 없는 것으로 나타된다.
어깨부는 중앙 부보다 수직하중에 대한 축방향 응력이많이 나타났다. 200만회 시험 측정결과 도로교 설계기준 공칭 피로강도와 비교했을 때 볼트에 대한 피로 내구성은 안정적인 것으로 사료된다.
3) 200만회 시험측정결과를 도로교설계기준 공칭피로강도와 비교 검토했을 때 링크 어깨부 볼트는 공칭피로강도의 31~44% 응력 수준을 보였으며 중앙부는 14~17% 수준의 응력이 측정되었다. 중앙부는 수직하중에 대한 축방향 응력은 비교적 어깨부보다 적게 발생하는 것으로 나타났으며.
2 kN)을 받을 때 비선형 거동을 보이나 탄성영역에서 거동 하는 것으로 확인된다. 피로 하중의 반복횟수가 증가 함에따라 변형률의 진폭크기는 미소하게 커지는 경향이 있으나 200만회 하중 재하 후 에도 탄성거동을 하는 것으로 확인되며 볼트의 피로내구성은 안전한 것으로 나타난다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
레일형의 문제는 무엇인가?
기존에는 핑거형과, 레일형이 신축이음장치의 주종을 이루고 있었다. 하지만 레일형의 경우 소음의 문제, 교체 시 정착부 콘크리트의 크기문제로 교통통제 시간의 증가 문제가 있으며, 핑거형의 경우는 교축직각방향 거동의 문제, 지반 침하시 단차문제가 발생된다. 이런 문제를 해결하기 위해 레일형의 경우는 소음저감 플레이트등을 추가하거나 핑거형의 경우는 교축직각으로 거동하기 위한 방안이 계속적으로 연구되어 왔다.
신축이음이란 무엇인가?
신축이음(Expansion Joints)은 온도변화에 의한 구조물의 신축거동, 활하중의 작용등 교량 상부구조물의 교축방향, 교축직각 방향 거동과 회전 거동을 원활하게 수용하기 위한 장치다. 최근 교통량의 증가, 차량의 대형화, 차량의 주행속도 고속화 등의 이유로 신축이음장치는 충격과, 피로에 의한 파손이 빈번한 편이다.
굴절형 신축이음 장치에서 볼트의 내구성이 중요한 이유는 무엇인가?
굴절형 신축이음장치의 거동 방식은 링크의 회전으로 신축 거동을 수행한다. 링크의 회전 거동 시 거동의 중심 축이되는 것은 볼트이다. 그러므로 굴절형 신축이음 장치는 볼트의 내구성이 매우 중요하다고 할 수 있다.
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