FRP-콘크리트 합성 바닥판을 개선하여 사장교에 경제적으로 적용 가능한 바닥판을 개발하고, 이의 설계 및 경제성 등을 제시한다. 기존의 FRP-콘크리트 합성 바닥판은 탄성계수가 낮은 GFRP 패널의 채용으로 인하여 낮은 단면 강성을 갖게 되는데, 이는 바닥판의 처짐 등과 같은 사용성 문제를 야기할 수 있다. 그래서 기존 FRP-콘크리트 합성 바닥판의 양단을 콘크리트로 감싸서 순지간이 줄어드는 효과를 얻을 수 있는 프리캐스트 FRP-콘크리트 바닥판을 고안하였다. 이 바닥판은 기존 바닥판에 비해 바닥판 지간은 늘어나면서 자중은 크게 늘지 않는 장점을 가진다. 이러한 개선된 바닥판에 대해 거더와 합성하는 경우, 거더 위에서 단순지지하는 경우로 나누어 단면 최적화를 수행하였다. 최적화된 바닥판을 중앙지간 540m인 사장교에 적용한 결과, 상부구조 및 케이블 물량의 감소 효과를 얻을 수 있어 경제적으로 적용될 수 있음을 확인하였다.
FRP-콘크리트 합성 바닥판을 개선하여 사장교에 경제적으로 적용 가능한 바닥판을 개발하고, 이의 설계 및 경제성 등을 제시한다. 기존의 FRP-콘크리트 합성 바닥판은 탄성계수가 낮은 GFRP 패널의 채용으로 인하여 낮은 단면 강성을 갖게 되는데, 이는 바닥판의 처짐 등과 같은 사용성 문제를 야기할 수 있다. 그래서 기존 FRP-콘크리트 합성 바닥판의 양단을 콘크리트로 감싸서 순지간이 줄어드는 효과를 얻을 수 있는 프리캐스트 FRP-콘크리트 바닥판을 고안하였다. 이 바닥판은 기존 바닥판에 비해 바닥판 지간은 늘어나면서 자중은 크게 늘지 않는 장점을 가진다. 이러한 개선된 바닥판에 대해 거더와 합성하는 경우, 거더 위에서 단순지지하는 경우로 나누어 단면 최적화를 수행하였다. 최적화된 바닥판을 중앙지간 540m인 사장교에 적용한 결과, 상부구조 및 케이블 물량의 감소 효과를 얻을 수 있어 경제적으로 적용될 수 있음을 확인하였다.
A modified FRP-concrete composite deck applicable to cable stayed bridge with long girder-to-girder span is proposed, and its design and economical efficiency are presented. The existing FRP-concrete composite deck has low section stiffness due to adoption of GFRP panel with low elastic modulus, whi...
A modified FRP-concrete composite deck applicable to cable stayed bridge with long girder-to-girder span is proposed, and its design and economical efficiency are presented. The existing FRP-concrete composite deck has low section stiffness due to adoption of GFRP panel with low elastic modulus, which arrives at difficulty in meet of serviceability limit such as deck deflection. So a new-type FRP-concrete composite deck, named precast FRP-concrete deck, is developed by extensioning concrete at the both ends of FRP-concrete composite deck, which brings the effect of reduction of net span length of deck. Compared to the existing FRP-concrete composite deck this modified deck has the advantage of increasing span length but slightly increases self weight. For this type of deck the section optimization is carried out for the cases of simply supported on girder and composite to girder. The optimized deck was applied to cable stayed bridge with a center span length of 540m, and as a result it is verified that PFC deck can be applied efficiently to cable stayed bridge due to reduction of quantity of upper structure.
A modified FRP-concrete composite deck applicable to cable stayed bridge with long girder-to-girder span is proposed, and its design and economical efficiency are presented. The existing FRP-concrete composite deck has low section stiffness due to adoption of GFRP panel with low elastic modulus, which arrives at difficulty in meet of serviceability limit such as deck deflection. So a new-type FRP-concrete composite deck, named precast FRP-concrete deck, is developed by extensioning concrete at the both ends of FRP-concrete composite deck, which brings the effect of reduction of net span length of deck. Compared to the existing FRP-concrete composite deck this modified deck has the advantage of increasing span length but slightly increases self weight. For this type of deck the section optimization is carried out for the cases of simply supported on girder and composite to girder. The optimized deck was applied to cable stayed bridge with a center span length of 540m, and as a result it is verified that PFC deck can be applied efficiently to cable stayed bridge due to reduction of quantity of upper structure.
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문제 정의
또한 FRP 패널의 외곽 하단을 콘크리트로 받침으로써 FRP 패널의 탈락을 방지하고 FRP와 콘크리트의 연결을 더욱 견고히 할 수 있는 효과도 거둘 수 있다. 이 연구에서는 개선된 FRP-콘크리트 합성 바닥판인 PFC 바닥판에 대해 사장교에 대한 적용성을 향상시킬 수 있는 연구를 수행하고자 한다.
제안 방법
FRP-콘크리트 합성 바닥판의 사장교에 대한 적용성과 경제성을 검토하기 위하여 기존의 FCC바닥판을 개선한 PFC 바닥판을 개발하였다. 중앙지간 540m인 사장교에 적용한 결과, 상부구조 및 케이블 물량을 감소시켜 경제성이 있는 것으로 나타났다.
PFC 바닥판의 단면 최적 설계는 가로보 위에서 가로보와 합성하면서 바닥판을 루프이음으로 연결하는 경우와 가로보 위에서 받침으로 단순지지하는 경우로 나누어서 수행하였다. 이때 가로보의 간격에 해당하는 바닥판 지간은 4m로 고정하였다.
PFC 바닥판의 사장교에 대한 적용성 및 경제성을 검토하기 위하여 RC 바닥판이 적용된 경우와 비교하도록 한다. 대상교량은 중앙경간 540m, 측경간 227m인 에지거더 사장교로 선정하였다.
이와 같은 과정을 거쳐 구해진 최적 단면 및 모듈은 그림 2, 3에 나타내었다. 가로보와 합성하는 경우에는 단순지지하는 경우에 비해 더 작은 단면이 필요하지만 단순 지지하는 경우에 사용되는 FRP 모듈을 공통으로 사용하기 위하여 이와 같이 결정하였다.
단면 최적화에는 최적화 기법을 적용하기보다는 직접 검색 방법에 해당하는 매개변수해석을 통해 적절한 단면을 찾는 방법을 선택하였다. 우선 설계변수들의 범위를 큰 증분으로 나누어 해석 경우를 구하고, 그 중에서 설계기준을 만족하는 좁혀진 범위들에 대해 작은 증분을 적용하여 해석하는 방식으로 효율성을 높였다.
이때 가로보의 간격에 해당하는 바닥판 지간은 4m로 고정하였다. 설계 기준은 처짐, FRP 파괴, 단면의 모멘트 강도 등을 적용하였다.
이를 극복하기 위하여 FCC 바닥판을 변형하여 FRP 패널의 사변을 콘크리트로 둘러싼 형태의 바닥판(Precast FRP-Concrete Deck, PFC Deck)을 새롭게 고안하였다. 이와 같이 개선하면, FCC바닥판이 적용되는 순지간이 줄어드는 효과를 가져와 콘크리트에 비해 상대적으로 비싼 FRP의 소모량을 최소한만 증가시키면서 가로보 간격을 늘릴 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
대상 데이터
PFC 바닥판의 사장교에 대한 적용성 및 경제성을 검토하기 위하여 RC 바닥판이 적용된 경우와 비교하도록 한다. 대상교량은 중앙경간 540m, 측경간 227m인 에지거더 사장교로 선정하였다.
성능/효과
단면 최적화에는 최적화 기법을 적용하기보다는 직접 검색 방법에 해당하는 매개변수해석을 통해 적절한 단면을 찾는 방법을 선택하였다. 우선 설계변수들의 범위를 큰 증분으로 나누어 해석 경우를 구하고, 그 중에서 설계기준을 만족하는 좁혀진 범위들에 대해 작은 증분을 적용하여 해석하는 방식으로 효율성을 높였다. 이와 같은 과정을 거쳐 구해진 최적 단면 및 모듈은 그림 2, 3에 나타내었다.
이를 극복하기 위하여 FCC 바닥판을 변형하여 FRP 패널의 사변을 콘크리트로 둘러싼 형태의 바닥판(Precast FRP-Concrete Deck, PFC Deck)을 새롭게 고안하였다. 이와 같이 개선하면, FCC바닥판이 적용되는 순지간이 줄어드는 효과를 가져와 콘크리트에 비해 상대적으로 비싼 FRP의 소모량을 최소한만 증가시키면서 가로보 간격을 늘릴 수 있는 이점을 얻을 수 있다. 또한 FRP 패널의 외곽 하단을 콘크리트로 받침으로써 FRP 패널의 탈락을 방지하고 FRP와 콘크리트의 연결을 더욱 견고히 할 수 있는 효과도 거둘 수 있다.
FRP-콘크리트 합성 바닥판의 사장교에 대한 적용성과 경제성을 검토하기 위하여 기존의 FCC바닥판을 개선한 PFC 바닥판을 개발하였다. 중앙지간 540m인 사장교에 적용한 결과, 상부구조 및 케이블 물량을 감소시켜 경제성이 있는 것으로 나타났다.
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