[논문]복부 트러스 복합교량 접합구조의 실험적 연구

심창수; 박재식; 김광수

복부 트러스 복합교량 접합구조의 실험적 연구
Evaluation of the Joint Design in Composite Truss Bridges 원문보기

심창수 (중앙대학교 건설대학 토목공학과) , 박재식 (중앙대학교 토목환경공학과) , 김광수 (현대건설 기술연구소)

Joint structures of composite truss bridges can have the same details for the connection between diagonal members and upper concrete slab as the connection between diagonal members and lower concrete slab. Adequate connection details should be decided according to design codes, constructibility, and economical evaluation. It is necessary to clarify the design check items and load transferring mechanism because combined external loads on composite truss bridges are concentrated at the joints. Joints with gusset plates and stud connectors are applied and complicated joint details may arise some problems in construction. This paper deals with experimental evaluation of the joints in composite truss bridges and proper design provisions were investigated to enhance the details. Push-out test specimens with group studs were fabricated and the effects of grouping and bent studs were studied.

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문제 정의

복합트러스 교량의 거셋 플레이트를 갖는 격점부의 상세를 개선하고 설계기준의 적용성을 검토하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 절곡 스터드의 사용, 보강 스더럽의 추가 배치를 주요 변수로 설정하여 push-out 정적실험을 수행한 결과 현재의 설계기준에서 제시하고 있는 설계 강도에 비해서 큰 값을 보였고 콘크리트 파괴는 발생하지 않았다.
이 논문에서는 격점부 상세를 개선하기 위해서 개정된 설계기준에서 허용하는 25mm 스터드를 사용하고 인발강도 증가 및 연성 파괴를 확보하기 위해서 절곡 스터드를 고안하여 제안하였다. 제안된 그룹 스터드 연결재를 갖는 전단연결부의 극한강도 평가를 위해서 push-out실험을 수행하여 기존의 설계기준의 적용성을 검토하였다.

제안 방법

바닥판 구속철근 보강여부와 절곡 연결재 사용 여부를 변수로 한 그룹 배치 전단 연결재 Push-out 시험체를 6개 제작하여 정적실험을 수행하였다. 표준양생 7일 강도를 시행하여 57.
이를 검증하기 위해서 실제로 설계된 복합트러스 교량의 콘크리트 바닥판의 두께를 반영하고 상세를 개선하기 위해 제안된 25mm 절곡 스터드를 가진 push-out 시편을 그림 2와 같이 제작하여 정적 파괴실험을 수행하였다. 연결재의 전단강도의 합이 크기 때문에 이로 인해 콘크리트 부분의 조기 파괴를 방지하고 지압 콘크리트의 구속력을 증가시키기 위해서 연결재 주위로 보강 철근을 배치하는 변수를 주가하였다.
콘크리트 파괴의 측면에서는 전단파괴면의 형성 메카니즘과 파괴 강도 산정, 연 결재 파단의 측면에서는 다수의 연결재가 하중재분배를 하면서 동시에 파단에 도달한다는 가정이 만족하는가 하는 것이다. 이를 검증하기 위해서 실제로 설계된 복합트러스 교량의 콘크리트 바닥판의 두께를 반영하고 상세를 개선하기 위해 제안된 25mm 절곡 스터드를 가진 push-out 시편을 그림 2와 같이 제작하여 정적 파괴실험을 수행하였다. 연결재의 전단강도의 합이 크기 때문에 이로 인해 콘크리트 부분의 조기 파괴를 방지하고 지압 콘크리트의 구속력을 증가시키기 위해서 연결재 주위로 보강 철근을 배치하는 변수를 주가하였다.
63妳의 콘크리트 강도를 얻어 낼 수 있었다. 정적실험은 10000 kN 용량의 만능시험기를 이용하였으며, 실험부재 상면의 하중 분산을 원활히 하기 위해서 고무판을 올렸다. 상대변위의 측정은 그룹 스터드 중앙에 4개의 l/1000mm 정밀도의 LVDT를 각각 설치하였다.
인발강도 증가 및 연성 파괴를 확보하기 위해서 절곡 스터드를 고안하여 제안하였다. 제안된 그룹 스터드 연결재를 갖는 전단연결부의 극한강도 평가를 위해서 push-out실험을 수행하여 기존의 설계기준의 적용성을 검토하였다.

대상 데이터

정적실험은 10000 kN 용량의 만능시험기를 이용하였으며, 실험부재 상면의 하중 분산을 원활히 하기 위해서 고무판을 올렸다. 상대변위의 측정은 그룹 스터드 중앙에 4개의 l/1000mm 정밀도의 LVDT를 각각 설치하였다.

성능/효과

즉, 스터드 절곡의 효과가 나타날 수 없는 파괴 모드이었고 다만 격점부 실제 설계될 수 있는 간격을 가진 그룹 스터드 전단연결부의 전단 강도는 현재의 설계기준에 의해 평가해도 안전측의 결과를 줄 수 있음을 확인하였다. 스터드 전단 연결 재는 연성 연결재이지만 그룹으로 많이 배치되면 연성이 감소할 수 있는데 이 실험에서 사용된 9개씩의 그룹 연결재의 경우에는 충분한 연성을 보여 주었다. 그림 4에 각 실험부재의 하중-상대변위 곡선을 나타내었다.
실험결과에서 나타난 값으로부터 판단할 때 직선 스터드를 사용한 기준부재에 비해서 절곡 스터드를 사용했거나 보강 스더럽을 사용한 경우에는 높은 전단강도를 나타내는 것을 알 수 있다. 콘크리트의 강도가 설계강도에 비해서 다소 높게 나타나서 콘크리트 슬래브의 손상이 주된 파괴 모드가 되지 못하고 그림 3에 나타난 바와 같이 스터드 파단으로 나타났다.
실험적 연구를 수행하였다. 절곡 스터드의 사용, 보강 스더럽의 추가 배치를 주요 변수로 설정하여 push-out 정적실험을 수행한 결과 현재의 설계기준에서 제시하고 있는 설계 강도에 비해서 큰 값을 보였고 콘크리트 파괴는 발생하지 않았다. 따라서, 직경이 큰 스터드 연결재를 사용하여 연결 재간의 간격을 늘리고 보강 철근을 사용하면 그룹으로 배치되는 경우에도 현재의 설계기준을 전단 강도의 평가에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
콘크리트의 강도가 설계강도에 비해서 다소 높게 나타나서 콘크리트 슬래브의 손상이 주된 파괴 모드가 되지 못하고 그림 3에 나타난 바와 같이 스터드 파단으로 나타났다. 즉, 스터드 절곡의 효과가 나타날 수 없는 파괴 모드이었고 다만 격점부 실제 설계될 수 있는 간격을 가진 그룹 스터드 전단연결부의 전단 강도는 현재의 설계기준에 의해 평가해도 안전측의 결과를 줄 수 있음을 확인하였다. 스터드 전단 연결 재는 연성 연결재이지만 그룹으로 많이 배치되면 연성이 감소할 수 있는데 이 실험에서 사용된 9개씩의 그룹 연결재의 경우에는 충분한 연성을 보여 주었다.

후속연구

절곡 스터드의 사용, 보강 스더럽의 추가 배치를 주요 변수로 설정하여 push-out 정적실험을 수행한 결과 현재의 설계기준에서 제시하고 있는 설계 강도에 비해서 큰 값을 보였고 콘크리트 파괴는 발생하지 않았다. 따라서, 직경이 큰 스터드 연결재를 사용하여 연결 재간의 간격을 늘리고 보강 철근을 사용하면 그룹으로 배치되는 경우에도 현재의 설계기준을 전단 강도의 평가에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

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