초록 ▼

본 연구에서는 첫째, 기존 강구조물의 피로손상과 부식 사례를 중심으로 자료를 수집·분석하여 피로손상의 원인을 파악하였다.
둘재, 현장재하실험을 실시하여 강상판의 실제 응력상태를 분석하고, 그 거동특성을 규명하였다. 1차년도에는 기존의 서부산 낙동강교를 대항으로 하였으며, 2차년도에는 새로 신설된 교량인 서울시 외곽순환도로상의 귤현대교를 대상으로 현장재하실험을 실시하였다. 귤현대교의 경우 1차 재하실험은 바닥판에 아스팔트가 포장되기 전에 실시되었으며, 2차 재하실험은 바닥판에 아스팔트 포장이 이루어진 후에 실시되었다, 활하중 재

본 연구에서는 첫째, 기존 강구조물의 피로손상과 부식 사례를 중심으로 자료를 수집·분석하여 피로손상의 원인을 파악하였다.
둘재, 현장재하실험을 실시하여 강상판의 실제 응력상태를 분석하고, 그 거동특성을 규명하였다. 1차년도에는 기존의 서부산 낙동강교를 대항으로 하였으며, 2차년도에는 새로 신설된 교량인 서울시 외곽순환도로상의 귤현대교를 대상으로 현장재하실험을 실시하였다. 귤현대교의 경우 1차 재하실험은 바닥판에 아스팔트가 포장되기 전에 실시되었으며, 2차 재하실험은 바닥판에 아스팔트 포장이 이루어진 후에 실시되었다, 활하중 재하실험을 통해서 얻은 실험결과를 분석하여 실제 강바닥판 교량의 전체적인 거동을 구조해석 결과와 비교·분석하였다. 그리고, 서부산 낙동강교의 경우에는 현장에서 약 24시간동안 실동하중에 의한 발생옹력의 히스토그램을 작성하여 향후 피로거동 연구의 기본자료러 활용하고자 하였다.
셋째, 피로강도에 유리한 강상판 스캘럽 형상을 찾아내고 그 거동을 파악하기 위하여, 스캘럽 형상 및 크기를 다르게 한 여러 시험체를 제작하여 피로강도실험을 수행하였다. 시험체는 소형,중형,대형시험체로 구분하여 휨 및 비틀림 등을 고려한 피로강도실험을 수행하였다. 모든 시험체의 설계에 있어 강상판의 종리브와 가로보 연결부의 제원은 현재 국내에서 시공중인 영종대교의 제원을 기준으로 하였으며, 각 실험에서는 시험체의 스캘럽 형상에 따라 2가지 Type으로 분류하였다. 하나는 우리나라 강도로교 상세부 설계지침에서 제시한 그캘럽 형상의 기존 모델이고, 다른 하나는 유럽에서 피로실험을 통하여 피로강도가 우수한 것으로 제시하고 있는 제안모델이다. 소형 시험체의 경우에는 종리브의 휨을 고려한 강상판의 피로실험, 중형 시험체의 경우에는 종리브의 비틂을 고려한 강상판의 피로실험, 그리고 대형시험체의 경우에는 두 가지 경우를 모두 고려할 수 있는 피로실험을 수행하였다. 그리고, 모든 시험체에 대하여 피로실험을 수행하기에 앞서 범용 구조해석 프로그램인 Ansys와 Lusas를 사용하여 시험체 종류별로 정밀구조해석을 수행하여 실험의 효율성을 높이고, 각 부위에 발생하는 응력의 크기 및 분포를 파악하였으며, 그 결과를 바탕으로 정적재하실험과 일정진폭 피로실험을 수행하였다. 정적재하실험에서는 발생응력의 크기 및 분포에 대한 구조해석 결과와 비교·검증하여 피로실험을 위한 기초자료로 활용하였다. 그리고, 일정진폭 피로실험에서는 50ton 용량의 Actuator를 사용하여 반복하중을 재하하였으며, 일정한 간격으로 각 위치의 균열발생 여부를 관찰하였다. 이러한 피로실험을 통하여 초기균열 발생과 균열성장 특성을 파악하고, 피로실험 결과를 S-N선도에 나타내어 구조상세부의 피로등급을 파악하고, 국내·외의 피로설계기준과 비교·검토하였다.
본 연구의 연구개발 목표에 따른 내용 및 범위를 다음 표 1에 나타내었다.

Abstract ▼

In the present study, the causes of degradation of steel bridges by fatigue and corrosion have been gathered from various cases reported in the literature and been analysed in a systematic way.
The structural characteristics of steel plate deck are analysed by examining the stress states through

In the present study, the causes of degradation of steel bridges by fatigue and corrosion have been gathered from various cases reported in the literature and been analysed in a systematic way.
The structural characteristics of steel plate deck are analysed by examining the stress states through filed loading tests for two steel deck bridges, Sea Pusan Nakdong bridge on Kyungbu Expressway and Gyulhyun Grand bridge on Circulatory Highway around Seoul. The structural responses by field loading tests are compared with those by numerical stress analysis. To provide a basic research data in the future research, the stress histograms are presented after obtaining the stresses by passing vehicles for 24 hours in case of Seo Pusan Nakdong bridge.
To find optimal shape of scallop, the fatigue tests for specimens with various shapes of scallop are perfonned. The sizes of test specimens consist of small-, midium-, and full-scale ones. The dimensions of connections for longitudinal and transverse ribs are based on the ones applied in Y oungjong bridge. Two types of scallops are used. One of them is the same one as recommended in the domestic design specification and the other is the one proposed in Europe due to its superiority in the fatigue tests perfonned. For the small-scale specimens, the fatigue characteristics by bending are analysed. In case of midium-scale specimens, the emphasis has been placed on the fatigue characteristics by torsion of ongitudinal ribs. The full- scale specimens have been used in the fatigue tests to observe the fatigue behavior by both bending and torsion. Prior to fatigue tests, numerical structural analyses for those specimens under particular loadings are performed by the finite element programs, ANSYS and LUSAS to find tentative stress states of the specimens. Based on the analysis results, static and equal amplitude fatigue tests are performed. In fatigue tests, actuators with a 500kN capacity are used and the occurance of crack during the repetitive loading has been checked in a regular basis. Through the fatigue tests, the initial crack and its growth characteristics are analysed and the S-N curves are obtained and compared with those in the domestic and foreign design specifications. The results of the present study are summarized in Table 1.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 요약문 ...3
• SUMMARY ...11
• 목차 ...19
• CONTENTS ...20
• 제1장 서론 ...21
• 1.1 연구목적 및 필요성 ...21
• 1.2 연구목표 및 내용 ...22
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...23
• 제3장 연구내용 및 결과 ...23
• 제4장 연구목표 달성도 및 대외 기여도 ...24
• 제5장 연구결과의 활용계획 및 추가연구 필요성 ...25
• 5.1 연구결과의 활용계획 ...25
• 5.2 추가연구의 필요성 ...25
• 제6장 참고문헌 ...26
• 목차...27
• Contents...31
• 1. 서론...35
• 2. 강교의 성능 저하 원인 분석...38
• 2.1 개요...38
• 2.2 사례 수집 및 원인 분석...38
• 2.2.1 피로 손상 사례...38
• 2.2.2 강제 부식 사례...43
• 2.3 교량 형식별 성능 저하 사례...44
• 2.3.1 강상판교...44
• 2.3.2 판형교...50
• 2.3.3 강상자형교...69
• 2.3.4 트러스교...71
• 2.3.5 타이드 아치교...73
• 2.3.6 게르버보 교량...74
• 2.3.7 라멘 교각...80
• 2.4 보수·보강 방안...83
• 2.4.1 강상판교...83
• 2.4.2 판형교...87
• 2.4.3 강상자형교...97
• 2.4.4 트러스교...98
• 2.4.5 타이드 아치 가로보 손상...98
• 2.4.6 게르버보 교량...99
• 2.4.7 라멘 교각...101
• 2.4.8 제작 및 가설상의 문제점(국내사례)...103
• 2.4.9 피로균열 해석 및 보수·보강...108
• 2.4.10 균열 정지 구멍의 효과...118
• 2.4.11 강트러스 철교의 교좌장치 교체공법...134
• 3. 재하실험 및 강바닥판의 국부응력발생 모형화...144
• 3.1 개요...144
• 3.1.1 연구배경 및 목적...144
• 3.1.2 연구내용 및 범위...145
• 3.2 강바닥판의 기본구조 및 피로손상...147
• 3.2.1 강바닥판의 구조...147
• 3.2.2 강바닥판교의 기본구조 및 거동...148
• 3.2.3 강바닥판교 구조상세부의 피로손상...150
• 3.2.4 응력범위 Histogram...153
• 3.3 대상교량 및 재하실험...159
• 3.3.1 실험개요...159
• 3.3.2 재하실험...160
• 3.3.3 재하위치...175
• 3.3.4 측정결과 및 정리...180
• 3.3.5 2차년도 재하실험 정적결과 및 정리...203
• 3.4 강바닥판교의 전체계 구조해석...216
• 3.4.1 구조해석 일반...216
• 3.4.2 2차년도 전체 해석 모델링...216
• 3.4.3 2차년도 구조해석 모델...231
• 3.5 국부해석...238
• 3.5.1 개요...238
• 3.5.2 구조해석 방법...241
• 3.5.3 해석결과...242
• 3.5.4 강바닥판의 휭리브 상세...252
• 3.5.5 해석결과 및 정리...255
• 3.6 소결론...260
• 3.6.1 개요...260
• 3.6.2 1차년도 과업수행 결론...260
• 3.6.3 2차년도 과업수행 결론...262
• 4. 강상판 교량의 피로실험...264
• 4.1 개요...264
• 4.1.1 연구배경 및 목적...264
• 4.1.2 연구 방법...265
• 4.1.3 강상판의 구조상세 및 특징...266
• 4.1.4 강상판의 피로손상 사례 및 대책...273
• 4.2 강상판 접합부의 피로실험 예...277
• 4.2.1 개요...277
• 4.2.2 강상판 종리브의 스캘럽 피로강도 실험...277
• 4.2.3 강상판 휭리브의 슬릿 주변부의 피로강도 실험...282
• 4.3 소형 강상판 시험체의 피로실험...288
• 4.3.1 시험체 형상 및 치수...288
• 4.3.2 정밀구조해석...289
• 4.3.3 정적재하실험...303
• 4.3.4 일정진폭 피로실험...306
• 4.3.5 소결론...312
• 4.4 중형 강상판 실험체의 피로실험...314
• 4.4.1 시험체 형상 및 지수...314
• 4.4.2 정밀구조해석...316
• 4.4.3 정적재하실험...324
• 4.4.4 일정진폭 피로실험...331
• 4.4.5 소결론...344
• 4.5 대형 강상판 실험체의 피로실험...345
• 4.5.1 시험체 형상 및 치수...345
• 4.5.2 Load cases...349
• 4.5.3 정밀구조해석...351
• 4.5.4 정적재하실험...356
• 4.5.5 일정진폭 피로실험...391
• 4.5.6 피로등급 평가...415
• 4.5.7 소결론...416
• 4.6 Stop Hole에 의한 응력분산과 피로강도...418
• 4.6.1 개요...418
• 4.6.2 Stop Hole 천공과 직경에 따른 피로실험...418
• 4.6.3 정밀구조해석...424
• 4.6.4 결과 요약...433
• 4.6.5 소결론...436
• 5. 강상판 교량의 피로설계기준...437
• 5.1 구조상세별 발생응력 및 피로강도...437
• 5.2 피로설계기준...439
• 참고문헌...442
• 제3세부과제 위탁과제 1 ...446