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국내 고속철도 강합성 교량이 경부고속철도 8-2공구에서 처음으로 시공완료 되었다. 그동안 수년간에 걸쳐 고속철도 교량시공에도 불구하고 강합성 교량이 적용되지 못했던 것은 설계 기술적인 면과 더불어 재료 적인 면에서 국내여건이 성숙되지 못한 요인이 크다고 보여진다. 본 고에서는 기 설계된 PC BOX교량중 지형여건상 강합성교량이 적합한 교량구간을 제시하였다. 또한 강합성 교량의 설계기술적인면 중 특히 중요한 한국형 TGV차량의 동적 하중의 적용과 그에 따른 구조물 거동의 평가를 1＠50 교량에 대한 8-2공구 사례를 통하여 논의하였다. 강합성 단면은 단순 2주형 주형거더(double I beam)이며 플랜지 두께는 최대 80-100mm가 적용되어졌다. 본 단면에 대한 HL차량하중등에 대한 정적해석을 통하여 관심이 되고 있는 플랜지등의 응력 검토결과를 보여주었다. 아울러 정적해석과 동적해석의 결과치를 비교하여 국내 시방서에 제시된 고속철도 HL차량하중에 대한 평가도 이루어졌다. (중략)

국내 고속철도 강합성 교량이 경부고속철도 8-2공구에서 처음으로 시공완료 되었다. 그동안 수년간에 걸쳐 고속철도 교량시공에도 불구하고 강합성 교량이 적용되지 못했던 것은 설계 기술적인 면과 더불어 재료 적인 면에서 국내여건이 성숙되지 못한 요인이 크다고 보여진다. 본 고에서는 기 설계된 PC BOX교량중 지형여건상 강합성교량이 적합한 교량구간을 제시하였다. 또한 강합성 교량의 설계기술적인면 중 특히 중요한 한국형 TGV차량의 동적 하중의 적용과 그에 따른 구조물 거동의 평가를 1＠50 교량에 대한 8-2공구 사례를 통하여 논의하였다. 강합성 단면은 단순 2주형 주형거더(double I beam)이며 플랜지 두께는 최대 80-100mm가 적용되어졌다. 본 단면에 대한 HL차량하중등에 대한 정적해석을 통하여 관심이 되고 있는 플랜지등의 응력 검토결과를 보여주었다. 아울러 정적해석과 동적해석의 결과치를 비교하여 국내 시방서에 제시된 고속철도 HL차량하중에 대한 평가도 이루어졌다. (중략)

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 글에서는 고속철도 강합성 교량의 설계배경에서 시공특성까지 간략하게 언급하였다. 본 강 합성 단면이 단순한 2주형으로 설계된 것과 그 단순함속에 수반된 후판과 거대형고가 어떻게 산출되었는지 해석 및 결과를 통하여 설명되었다. 해석결과를 볼 때 100mm 플랜지 두께는 약간 과다하게 설계된 면이 있으나 장기적으로 피로등을 고려할 때 적정하다고 판단된다.
• 이 글에서는 국내고속철도교량에 강합성교가 어떤 배경으로 제기되어 적용되었고 그에 따른 설계 및 시공특성이 무었인지를 2주형의 plate girder교를 중심으로 8-2공구 사례를 통하여 논의하고자 한다. 기존의 교량과는 달리 고속철도 교량은 몇가지 특성을 갖게 되므로 이의 올바른 인식이 또한 필요하리라고 본다.

제안 방법

• 해석의 간편성을 위하여 2주형 합성형교를 하나의 합성 beam요소로 modelling하였다. 도상자갈은 mass로 기여하도록 하고 steel 거더 및 콘크리트 슬라브만 강성을 갖도록 하였다. 교량의 단면 구성은 그림 5와 같으며 모드 해석결과는 도표 1에 나타나 있다.
• 동적 해석결과로부터 기준치에 만족하는 개략단면 부재에 대하여 정적해석이 수행되었다. 이러한 정적해석은 차량하중을 비릇한 여러 하중 case를 고려하여 수행되며 이를 통하여 부재의 웅력, 좌굴 그리고 피로등을 검토하여 상세구조 설계를 한다.
• 본 설계시의 차량동적해석은 시간증가분에 대한 모드중첩법을 이용 수행하였다. 동적하중은 일정속도에 따른 주기하중으로 변환하여 적용하였다.
• 이를 위해 저수소계 용접봉(ASTM 기준으로 8mmg/l이하)을 사용하였다. 또한 충분한 예열등 용접의 최적 조건 조성을 우선에 두고 shop 에서는 SAW (Submerged Arc Welding) 현장에서는 FCAWCFlux Core Arc Welding)의 용접이 시행되었다. 또한 우수한 용접사와 장비를 보유하고 있는 대우 조선소 shop 이 이용되었는데 shop 위치는 교형 segment운반을 위해서도 신중히 검토되어야 한다.
• 상기의 검토결과 기존 설계를 변경하기로 하고 일차적으로 라멘교각을 제외하는 교량 하부구조를 계획하였다. 이 경우 기존 고속도로나 도로를 침범하지 않기 위해서는 도로에서는 50m 경간이 필수적이었고 경부고속도로 두 교차지점에서는 125m 경간 및 65m 경간의 교량이 필수적이었다.
• 이러한 정적해석은 차량하중을 비릇한 여러 하중 case를 고려하여 수행되며 이를 통하여 부재의 웅력, 좌굴 그리고 피로등을 검토하여 상세구조 설계를 한다. 정적해석에 이용되는 차량하중은 다음 그림에 보여지는 바와 같이 시방서 기준외 HL(High speed railway live Load) 표준열차하중으로서 이는 UIC(Union Itemational des Chemines de fer)하중과 동일하다.
• 차량과의 공진이 유발되는 진동수를 체크하기 위한 수단으로서 필수적이다. 해석의 간편성을 위하여 2주형 합성형교를 하나의 합성 beam요소로 modelling하였다. 도상자갈은 mass로 기여하도록 하고 steel 거더 및 콘크리트 슬라브만 강성을 갖도록 하였다.

대상 데이터

• 0m인 거더를 shop에서 trailer를 통하여 운반한다는 것은 국내 도로 여건상 결코 쉽지 않기 때문이다. 본 교량은 대우조선에서 마산까지는 해상으로 마산에서 김천의 현장까지는 국도를 통하여 운반하였다. 운반후 자업순서는 다음과 같다.
• 이에 대하여 본 현장의 시공사인 대우건설 컨소시엄은 공법 및 공사비의 최적화를 위한 조치로서 전체 교량을 PSM(Precast Segmental method)공법 위주로 변경하면서 문제가 되는 교량, 시공성이 불량한 교량에 대하여 설계변경을염두에 두고 대대적인 검토를 착수하게 되었다. 여기에는 세계적인 고속철도 전문 교량설계회사인 프랑스의 SYSTRA도 참여하였다.(SYSTRA는 후에 강합성교 설계를 주도하였음) 검토 결과 기존의 교량중 고속도로 및 도로를 통과하는 구간교량이 문제가 되었다.

이론/모형

• 본 설계시의 차량동적해석은 시간증가분에 대한 모드중첩법을 이용 수행하였다. 동적하중은 일정속도에 따른 주기하중으로 변환하여 적용하였다.

성능/효과

• 상기의 해석을 통한 단면검토에서 교형높이 4.0m 및 중앙부의 플랜지의 두께 80mm 또는 100mm 는 여유가 있긴 하지만 적정한 것으로 확인되었다. 그러나 이러한 부재는 서론에서 언급한 바와 같이 국내적용상 익숙하지 못하므로 특별한 주의가 필요하다.
• 해석결과를 볼 때 100mm 플랜지 두께는 약간 과다하게 설계된 면이 있으나 장기적으로 피로등을 고려할 때 적정하다고 판단된다. 한편 한국형 TGV하중의 동적해석 결과는 국내 고속철도 시방서에서 규정된 정적열차하중( HL표준하중)이 상당히 안전측임을 보여주었다.
• 본 강 합성 단면이 단순한 2주형으로 설계된 것과 그 단순함속에 수반된 후판과 거대형고가 어떻게 산출되었는지 해석 및 결과를 통하여 설명되었다. 해석결과를 볼 때 100mm 플랜지 두께는 약간 과다하게 설계된 면이 있으나 장기적으로 피로등을 고려할 때 적정하다고 판단된다. 한편 한국형 TGV하중의 동적해석 결과는 국내 고속철도 시방서에서 규정된 정적열차하중( HL표준하중)이 상당히 안전측임을 보여주었다.

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