최근 세장한 구조의 장경간 아치교의 시공 및 설계가 증가하고 있는 추세로서 아치부재에 적용되는 강재를 경량화시킬 수 있는 콘크리트 충전강관 부재에 대한 수요가 증가하고 있다. 이는 장경간 아치교량의 구조적 특성상 압축력 지지에 유리한 콘크리트를 강재와 같이 이용함으로써 구조적 효율성을 증대시킬 수 있다. 본 연구에서는 콘크리트 충전강관을 사용한 아치교 설계에 적용되는 초기변수를 고려하여 하로아치교를 대상으로 강관 단면 내 콘크리트 충전길이, 트러스타입의 아치리브 높이, 강관 단면의 재료강성 변화 등의 영향을 유한요소해석을 통해 비교분석하였다. 이를 토대로 콘크리트 충전강관의 아치교 최적화 설계 방법을 제안하고 콘크리트 충전강관의 아치교 적용성을 확보할 수 있도록 경제성 분석을 수행하였다. 분석결과 콘크리트 충전강관 아치리브단면 적용 시 기존 아치리브에 비해 하로아치교의 경우 22.0%의 강재절감이 가능하며 콘크리트 충전에 따른 비용증가는 발생하나 전체 공사비의 경우 18% 절감되어 경제적으로 효과를 보였다.

Resonance occurrence conditions are explored by performing dynamic interaction analysis of arch bridge and KTX trains. The target bridge is a 3D tied-arch bridge having span length of 120m. KTX trains consist of two power carriages, two power and passenger carriages and sixteen passenger carriages. When KTX trains run on the target bridge with the uniform speed of 100 to 500km/h, the dynamic responses of the bridge induced by moving trains are obtained from railway arch bridge-train interaction analysis. Two resonance conditions are presented and whether the resonance phenomena occur or not at the suspicious resonance velocities is rigorously investigated through bridge deflections and accelerations and their FFT analysis.

복잡한 구조물의 유한요소해석 응답값으로부터 계산된 요소신뢰성 지수와 파괴확률은 음함수의 미분 및 극히 작은 파괴확률의 계산상 1계2차 모멘트법 (FOSM)과 몬테카를로 시뮬레이션(Monte-Carlo Simulation)의 적용이 어려우므로, 선택된 확률변수만의 함수인 한계상태방정식을 음함수로 구성하는 응답면기법을 적용하여, 기본설계단계의 아치교량의 설계값으로 구성된 확률변수를 고려하여 교량시스템의 완성단계에 대한 위험성을 해석하였다. 체계신뢰성 해석에서는 모든 붕괴모드의 발생경로와 단면에 대한 해석에 많은 시간이 소요되어 유한요소 구조해석 결과와 기존의 아치교 사고사례 등을 통해서 밝혀진 중요한 위험경로 및 위험단면의 파괴를 일으키는 사건에 대하여만 고려하였다. 교량시스템의 체계신뢰성을 평가하여 상관관계의 변동에 따른 시스템붕괴에 대한 발생확률의 상하한계를 결정하였다. 시스템의 요소간 저항연결구조는 요소파괴의 순서와 전체강성의 감소정도에 따라서 결정하였다. 체계신뢰성에서 검토되지 않는 다른 요소간의 상관관계를 검토하기 위해서 가정된 붕괴순서와 다른 거동을 보일 경우에 대해서는 통계적으로 독립된 요소들의 파괴와 그 모든 붕괴모드 조합경우에 대해서 검토하였다. 붕괴모드조합의 검토 결과 거더와의 파괴조합과 아치리브와의 파괴조합에서 체계신뢰성보다 위험한 상한계 시스템 파괴확률과 안전한 하한계 파괴확률이 발견되었다.

강아치교는 경간거리가 비교적 길고 거더 높이에 제약이 있는 가설조건에 자주 적용되는 교량형식이지만, 강아치교에서 강재 바닥틀(가로보, 세로보)이 차지하는 강중은 50% 이상으로 초기건설비용 증가의 원인으로 작용한다. 강아치교의 정체성은 살리면서 경제성 제고를 위해 강재 바닥틀을 콘크리트 부재로 대체시 획기적인 경제성 개선이 가능하다. 본 연구는 PSC 가로보의 아치교 적용을 위하여 PSC 가로보 시험체를 대상으로 정적시험 및 피로시험을 실시하고, 정적 구조 성능 및 피로성능을 분석함으로써 PSC 가로보의 구조안전성 및 사용성을 평가하였다. 그 결과 콘크리트 구조체, PS강선, 주철근, 브래킷, 연결부 모두 안정적인 구조거동을 보이고 있으며, 충분한 피로수명을 확보하고 있는 것을 확인하였다.

In this paper, the effect of selection of response parameters such as deck displacement and supporting moment on impact factor of open spandrel-concrete deck arch bridge is investigated by using a finite element analysis. In the result, under the vehicle loads passing the bridge from left to right direction, the highest value of impact factor develops when the supporting reaction moment at the far end (right end) of arch rib is selected.

장대 아치교 설계 시 시공단계와 완성단계에서 발생할 수 있는 문제에 대하여 검토하고 있으나 케이블 손상에 대한 구조안전성 평가는 매우 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 공용 중 충돌사고로 인한 행어 파단 시 교량의 구조안전성을 분석하는 것을 연구 목적으로 한다. 이를 위하여 행어 파단에 따른 하중을 충격함수로 이상화하여 동적 해석을 수행하였다. 행어가 파단 되었을 경우 각 행어의 최대 장력은 파단 된 행어와 인접한 행어에서 발생한 것으로 나타났으며 정적 하중보다 동적 하중에서 크게 나타났다. 그러므로 장대 아치교의 구조안전성을 확보하기 위해 행어 파단에 따른 충격하중을 동적 하중으로 고려한 해석이 필요하다. 또한 본 연구의 해석 방법 및 결과는 이후 아치교 설계 시 참고자료로 활용될 수 있다.