본 연구에서는 수평 곡선 박스 거더의 곡률에 따른 비보강 플렌지 강도를 유한요소 해석 프로그램인 Abaqus 6.13을 사용하여 분석하였다. 곡선보에서는 직선보와는 달리 단순한 수직 하중에도 휨 모멘트와 비틀림 모멘트가 동시에 발생한다. 그리고 이 비틀림 모멘트가 곡선보의 비틀림과 뒤틀림을 유발하여 최종적으로 플렌지에 응력이 비균등하게 분포하게 된다. 플렌지의 비균등한 응력 분포는 플렌지의 강도에 크게 영향을 미치는데, 곡률의 크기가 커질수록 비틀림 모멘트도 커지기 때문에 곡선보에서 곡률의 고려는 불가피하다. 날로 복잡해져 가는 교통 문제를 해결하기 위한 도로의 입체화 및 순환도로 건설의 증가 추세에 따라 곡선교의 수요는 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 곡선교에서는 구조적 안정성 측면에서 유리한 강박스 거더가 많이 사용된다. 그러나 현재 국내에서는 곡선보에 대한 뚜렷한 설계기준이 없고, 국외에서도 곡선보에 대한 설계기준을 포함하고 있는 것은 AASHTO(2012)가 유일하다. 하지만 AASHTO(2012)에서도 비틀림 뒴 응력과 뒤틀림 뒴 응력을 무시하고 직선보로 이상화할 수 있도록 곡률을 제한하여 설계식을 제시하고 있다. 곡선 I형 거더에 대해서는 많은 연구가 진행되고 있지만 박스형 거더에 대한 연구는 미비한 실정이므로 곡선 박스 거더의 곡률에 따른 강도 연구가 필요하다.

강합성 박스거더는 박스거더를 교량 주형으로 하는 강교량의 한 형식으로서, 휨 강성과 비틀림 강성이 뛰어난 강교량이다. 박스거더 설계는 강교량의 합리적 설계를 통하여, 안정성과 경제성을 추구하고 있다. 합리적 설계란 후판 및 고강도 강판을 사용하여 부재의 수를 줄이며, 설계 상세를 단순화한 교량 설계를 의미한다. 합리적 설계는 고성능강재의 사용, 부부재 최소화 등을 목표로 경제적이며 구조적으로 안전한 강합성 박스거더 설계를 한다. 이 중, 부부재의 최적설계를 위해서는 강합성 박스거더의 정확한 단면강도가 산정되어야 하지만, 도로교 설계기준(2012)에 제시되어 있는 박스거더 전단강도 산정식은 플레이트거더 전단강도과 동일한 식을 적용하도록 제시되어 있다. 이는 강합성 박스거더 복부판의 전단강도는 합성으로 인한 상부플랜지의 강성의 증가와 두 개의 복부판이 연결된 하부플랜지에 의한 복부판의 전단강도 증가를 고려하지 않고 있어 보수적인 전단강도 산정식을 제시하고 있다. 탄성전단좌굴강도에 대한 연구로는 Timoskenko와 Gere(1961)가 판의 전단좌굴강도 식을 유도하였으며, Galambos (1988)는 판의 경계조건에 따른 탄성전단좌굴계수 연구를 하였으며, Lee 등 (1996)은 플레이트 거더에서 상·하 플랜지의 영향을 고려한 탄성전단좌굴강도를 산정하는 연구를 수행하였다. 박스 거더의 연구는 합성전 박스 거더를 전단좌굴 실험을 하여, 플레이트 거더의 전단강도 보다 증가된 전단강도 실험연구가 있지만(Lee et al., 2003), 합성 후 강합성 박스거더의 복부판 전단강도에 대한 연구는 없었다.본 연구에서는 수치해석을 통하여 지지조건에 따른 강합성 박스거더 복부판의 탄성전단좌굴강도를 검토하였다. 도로교 설계 기준(2012) 및 AASHTO(2012)에 제시된 강합성 박스 거더 복부판의 전단강도산정식과 , Galambos (1988) 및 Lee 등 (1996)의 연구된 식들과 비교를 통하여 강합성 박스 거더 복부판의 전단강도를 비교-분석을 수행하였으며, 이를 통하여 강합성 박스 거더 복부판은 플랜지의 지지강성의 변화에 따라 탄성전단좌굴계수가 변화함을 알 수 있었다.

현재 국내에서 사용하고 있는 교량구조물의 성능평가방법으로는 크게 공용하중에 대한 내하율을 구하기 위하여 허용응력개념이나 강도설계 개념을 적용한 내하력 평가 기법이 사용되고 있다. 그러나 이 방법들은 일반적으로 공용연수의 경과에 따른 재료 및 구조적 성능의 손실과 여러 가지 하중 및 환경적 요인들의 불확실성으로 인하여 발생하는 손상 및 열화를 반영하기 어렵다. 그리고 제원 및 재료물성치의 불확실성에 대한 기존 설계 자료의 DB 부족으로 기존의 평가방법에서는 시간 경과에 따른 성능저하를 정확히 산정할 수 없어 이론상의 값과 실제 구조물과의 차이로 인한 불확실성이 존재 한다. 이에 본 연구에서는 제원 및 재료 물성치의 불확실성을 고려하고 공용년수 경과에 따른 시설물의 재료 구조적인 성능 및 거동분석 수행을 바탕으로 교량 안전성 평가의 합리성 및 현실성을 제고하여, 안전성 검토를 수행하였다.

교량의 장경간화에 따라 큰 모멘트가 작용하는 부모멘트 구간에 트러스를 배치하고 상대적으로 적은 모멘트가 발생하는 정모멘트 구간에는 강박스 구조를 활용한 강박스-트러스 하이브리드 교량의 곡선교 적용성 및 활용 가능성을 평가하여 보았다.본 연구에서는 다양한 곡률을 가지는 강박스-트러스 하이브리드 교량의 트러스 구간의 트러스 형식 변화에 따른 전체적 교량의 구조적 거동을 분석하였다. 이를 통해 직선교량과 곡선교량의 거동 차이성 및 곡선교 적용 시 보다 안전한 트러스 형식을 평가하는데 큰 도움이 될 것이다.

국내 교량 설계에서 온도 하중에 대한 현재 LSD (한계 상태 설계법)는 다양한 교량 형식에 대한 동일한 기준을 적용하고 있다. 본 연구에서는 유효 온도를 산정하기 위해 실제 크기의 상판이 없는 강상자형거더교 시험체를 제작하였다. 1년동안 강상자형거더교모형의 18개 지점에서 온도데이터를 측정하였다. 측정된 데이터를 바탕으로 대기 온도에 따른 교량단면내 유효 온도를 산정 하였다. 유로 코드의 유효 온도와 비교할 때 실측 유효온도의 결과는 매우 유사한 상관 관계를 보였다. 따라서, 본 데이터를 기반으로 산정 된 유효 온도는 국내 교량설계에 온도 하중에 적합한 설계 기준을 제시하기 위한 기초 자료로 사용할 수 있다.

Steel Box-Truss Hybrid bridge consisted with steel box type in positive moment that is allowed to resist with low depth and truss type in negative moment is new type bridge. This can be used as 80m∼150m long span bridge and is economical structural type. But safety of truss type is concerned because of torsion that occurs when Steel Box-Truss Hybrid bridge applies a curved bridge. Therefore, it is necessary to analyze and evaluate straight and curved bridge for commercialization of Steel Box-Truss Hybrid bridge. In this study, structural analysis of Steel Box-Truss hybrid curved bridge with various curvature is performed and compared with member force and displacement of Steel Box-Truss Hybrid straight bridge. Also the applicable limited curvature of Steel Box-Truss Bridge form is proposed.

Compare to the straight girders, horizontally girders show complex behavior because torsional moments are always acting on the structure. Because of the torsional moments, there can be negative reaction forces at some supports, and that can cause the overturning of super-structure. Sometimes, this stability problem is more important in the construction stage rather than after construction. However, it is rarely considered in design except special case. In this paper, numerical analysis is performed to investigate the reaction forces characteristic of horizontally curved steel box girder.

A present LSD(limited state design) code for bridge temperature load have applied a uniform standard for various bridge type. In this study, in order to acquire the calculation effective thermal, a steel box girder bridge section specimen with real size dimension was manufactured. And over a year, the temperature data were measured in the sections. Effective temperature within the cross section according to atmospheric temperature were calculated by this experiment data. The analyzed results was very similar correlation when compared with the effective temperature of the Euro Code. Therefore, the effective temperature which calculated based on the present data could be used as the basic data in order to present to the appropriate design criteria for the thermal loads on the domestic bridge design

Steel Box-Truss Hybrid bridge consisted with steel box type in positive moment that is allowed to resist with low depth and truss type in negative moment not only has restriction of delivery but has to use high depth is new type bridge. In this study, structural analysis of Steel Box-Truss hybrid curved bridge with various curvature is performed and compared with member force and displacement of Steel Box-Truss Hybrid straight bridge. Also the applicable limited curvature of Steel Box-Truss Bridge form is proposed.

In this study, structural analysis was performed for the trapezoidal steel box girders. The girder is assumed to be made not by welded but by folded. Because the girder has no welded connection, the material can show its full strength without residual stresses. In the nonlinear analysis, however, there should be difference between sharp-corner girder and rounded-corner girder. Therefore, the parametric study was performed due to the radius of fillet to estimate the shear buckling strength of the girders.

도로의 진출입로나 인터체인지에 널이 적용되고 있는 곡선교는 곡선반경, 사각 및 받침 간격 등에 따라 직선교보다 복잡한 거동을 나타낸다. 특히 상부구조물의 휨과 비틀림에 의해 솟음현상이 발생할 수 있고, 예각부 받침에는 부반력이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 곡선교에서 교량의 곡선반경, 받침간격 및 사각이 부반력에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 이를 위해 RAMP에 적용 가능한 지간(L)이 50m인 단경간의 강박스거더 곡선교를 대상으로 3차원 격자구조 모델을 이용하여 해석적인 방법으로 지점반력을 산출하였다. 부반력은 교량의 평면형상, 구조계의 형성, 받침의 조건 등에 의해 그 크기가 결정 되므로 매개변수는 곡선반경, 사각 및 받침간격으로 하였으며, 도로교설계기준에 제시된 하중조합에 의해 발생되는 반력의 크기를 계산하였다. 수치해석한 결과에 의하면 부반력은 곡선반경, 받침간격 및 사각이 작을수록 크게 발생하는 것으로 나타났으며, 사각 60˚ 일때 곡선반경 250m 이하에서는 받침간격에 관계없이 항상 부반력이 발생하였고, 사각 75˚일 때 곡선반경 180m에서는 θ/B가 0.27 이하, 곡선반경 250m에서는 θ/B가 0.32 이하에서 부반력이 발생하지 않았으며, 사각 90˚ 일 때 곡선반경 130m에서는 θ/B가 0.38 이하 일 때와 곡선반경이 180m 이상일 때 부반력이 발생하지 않았다. 이상의 결과로부터 설계변수인 곡선반경, 받침간격 및 사각이 곡선교에서 부반력 발생과 밀접한 관계가 있음을 확인하였고, 곡선교의 설계시 설계변수들의 상호관계를 적절히 설정하면 부반력이 발생하지 않는 구조계로 설계가 가능함을 알 수 있었다.

Although steel has high strength compare to concrete as structural material, usage of it decrease because of its cost. Steel, however, is not only easy to manufacture but also convenient for manufacture. Using these advantages of steel, it is possible to reduce the cost of construction, The steel bridge can be constructed by modular system. In this study, structural analysis is performed to estimate section strength of steel box girder which is made by the method of fold.

강상자형사교의 경우 국내의 도로교 설계기준이 갖추어지지 않아, 미국의 AASHTO 및 AASHTO LRFD 설계기준을 적용할 경우에는 실제의 거동과 다른 하중분배계수를 산출하게 되어 과대설계 및 과소설계를 초래할 가능성을 가지고 있다. 본 연구의 목적은 실제 거동을 바탕으로 한 강상자형 사교의 둔각부 지점에서의 전단력 산정을 위한 하중분배계수식을 제시하는 데 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 강상자형 사교의 다양한 구조모델들에 대해 유한요소해석을 수행하고, 각 매개변수들이 강상자형사교의 하중분배계수에 미치는 영향을 분석한 후, 다중회귀분석을 수행하여 강상자형사교의 전단력 산정을 위한 하중분배계수식을 제시한다.

국내 철도교 설계시 철도의 승차감에 대하여 경간길이별, 열차속도별로 제한하고 충격계수를 고려한 표준활하중을 단선재하하여 연직처짐에 대한 제한을 만족하도록 설계하고 있다. 그러나, 열차하중에 대한 동적 검토에 대한 구체적인 적용 해설이 없어 철도교량 설계시 동적해석을 통한 승차감 검토를 수행하고 있지 않다. 또한, 강합성 철도교량은 지진 시 교량의 연장이 차량 길이에 비해 길 경우 편진동과 열차의 주행에 따른 고유진동수 부근에서 좌우 차륜 상호 작용에 따른 차량 부상으로 인한 탈선 및 전복의 대형사고가 발생할 가능성이 있다. 따라서 본 연구에서는 강합성 상자형교 및 소수주형교에 대해 동적해석을 수행하여 해석결과에 따라 국내와 설계조건 및 열차제원이 비교적 유사한 일본의 설계기준에 따라 승차감에 대한 사용성을 조사 적용하는 방법을 제시하고, 지진시 열차의 주행안전성을 검토하였다.

본 연구에서는 강상자형 사교의 윤하중분배계수에 관련된 외국 설계규준들(AASHTO, AASHTO LRFD)의 문제점을 파악하고, 윤하중분배계수에 영향을 미치는 주요변수에 대한 평가를 수행하였다. 또한 다양한 강상자형 사교의 모델에 대한 유한요소해석을 수행하였으며, 그 결과를 바탕으로 회귀분석을 이용하여 강상자형사교의 윤하중분배계수를 산정하는 식을 제안하였다. 본 연구 제안식의 적용 시 기존 설계규준식의 문제점을 보완할 수 있고, 강상자형사교의 설계시 구조해석에 소요되는 시간을 절약할 수 있어, 그 타당성 및 실용성을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 실내실험을 통하여 U형 강박스거더의 상부 수평브레이싱이 휨 거동에 미치는 영향을 파악하고 기존의 수평브레이싱 설계 제안식에 대한 적정성을 검토하기 위하여, 실제 시공되고 있는 U형 강박스 거더 단면의 2/3정도 되는 캔틸레버 형식의 시험체를 제작하여 휨 실험을 수행하였다. 이로써 수집된 데이터를 분석하여 상부 수평브레이싱의 합리적인 휨 설계식 제안을 위한 기초를 마련하였다. 그리고, 상부 수평브레이싱의 형태 및 패널수의 변화에 따른 휨 실험을 통하여 브레이싱 부재의 응력을 측정하고 Helwig가 제안한 설계식으로 구한 값과 비교한 결과 합리적인 브레이싱의 형태 및 패널 수를 얻을 수 있었다.

본 연구는 3차원 쉘요소를 이용한 유한요소해석을 통해 다이아프램으로 보강된 곡선 강박스거더교의 거동을 분석하였다. 매개변수연구를 통해 기존의 제안식과 비교함으로써 모델링의 타당성을 검증하였고, 뒤틀림 응력에 크게 영향을 미치는 인자는 중심내각, 지간길이, 다이아프램간격임을 확인하였다. 또한, 다이아프램의 간격, 개구율, 형상을 변수로 하여 해석한 결과에서는 지간이 30m. 곡률 반경이 40m인 해석모델에 대한 적정 다이아프램간격은 5m인 것으로 나타났다. 다이아프램의 형상 효과에 대해서는 라멘식 다이아프램의 경우가 개구율 0.4~0.6 수식 이미지의 범위에서 개구부가 없는 충복판식 다이아프램보다 휭과 뒤틀림의 응력비가 낮아 거동에 유리한 것으로 나타났으며, 충복판식 다이아프램과 X형 트러스 방식의 다이아프램 비교에서는 동일한 강성을 가지더라도 충복판식 다이아프램이 뒤틀림응력을 보다 효과적으로 제어하였다.