최근 건설기술발전은 시공순서 세분화와 단면강성증진과 같은 기술변화로 선형조건 및 시공여건에 따라 요구되고 있는 다양한 교량 상부거더 형식이 개발되고 있다. 즉, 교량하부 형하공간이 부족한 곳에 설치하여야 하는 저형고 또는 장경간 거더와 같이 각각의 교량 설치 위치 상황에 따라 다른 형식을 요구되고 있다. 이러한 요구로 기존의 하로판형교를 개선한 아치 엣지보로 보강된 U형 강합성 교량을 연구대상 교량으로 선정하게 되었다. 따라서 본 연구는 아치 형태로 변화는 I형 강재의 상부 압축부에 고강도 콘크리트를 충전시켜 각각의 주거더를 구성시킨 하로교형식의 강합성 U형거더를 실물제작하여 구조거동을 분석하였다. 실험하중은 2단계로 구분하여 적용하였다. 1단계는 설계하중 1,200kN의 2.5배인 1차 실험하중 3,000kN을 재하하여 실험오차와 재료비선형성을 확인하였다. 2단계 실험하중 2,000kN에서는 선형분포를 나타냈고 하중제거상태에서 잔류변형이 발생하지 않았다. 분석결과, 아치단면으로 변하는 주거더와 주거더 상단의 충전콘크리트의 합성은 단부의 압축력 집중현상과 같은 아칭효과를 나타냈다.

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.

In this study, the soil-structure interaction impact of a 3-hinge Concrete Modular Underground Arch (CMUA) is simulated using Abaqus/CAE. The results indicate that Abaqus/CAE is an effective tool for seismic simulation of the CMUA. Besides, the structural damage under the earthquake impact can occur locally on lining structure or its surrounding at the soils that is influenced significantly by the interaction and contact between structural parts as well as linkages of segments.

200m 이하의 아치 교량에서 동적 내풍 안정성은 일반적으로 일본의 Wind Resistant Design Manual for Highway Bridges에 따라 검토된다. 또한 내풍 안정성 검토는 모드 형상에 관계없이 1차 연직 진동수를 적용한다. 일본의 매뉴얼에 따라 설계된 경간장 183m의 닐슨 아치 교량에서 예상치 못한 와류 진동이 발생하였으며 이는 태풍시 교량의 모니터링 시스템에 의해 계측되었다. 본 논문에서는 태풍 발생시에 계측된 풍속, 풍향, 진동 변위와 가속도를 기반으로 닐슨 아치교량의 와류진동 특성을 분석하였다. 분석 결과 1차 연직 진동 모드가 역대칭 형상이고 2차 연직 진동 모드가 대칭 형상인 닐슨 아치교의 경우 와류 진동이 2차 연직 모드에서 지배적이다. 따라서 본 논문에서는 2차 연직 진동 모드가 대칭 형상인 닐슨 아치교의 내풍 안정성 평가시에는 1차 보다 2차 연직 진동 모드가 중요한 설계 요소임을 제시하였다.

철도교량은 일정한 축 간격을 가진 열차가 주행함으로써 구조물과의 상호작용으로 공진의 가능성이 존재하게 된다. 또한 열차가 고속으로 주행함에 따라 고유진동수를 포함한 동특성, 처짐, 가속도 등의 동적물리량에 대한 안정성 검증이 필연적이다. 도로교에 비해 철도교량에서는 열차 운행 특성상 교량에 작용하는 활하중에 의한 동적거동 및 변형형상이 복잡하고 연구나 검토가 미비한 현실로 인하여 아치교가 활성화 되지 못하고 있다. 본 연구에서는 경간장 51m의 중로아치교와 경간장 77m의 하로아치교를 대상으로 동특성을 분석하고 KTX열차, 화물열차, EMU(고속전동차), HEMU-400X(차세대 고속열차)주행 시의 동적안정성을 수치해석적으로 검토하였다. 그 결과, 수직처짐, 가속도, 면틀림 등이 모든 경우에서 기준치를 만족하는 것으로 분석되었다. 본 연구 결과는 유사 철도교량 설계 시에 참고할 수 있는 지표가 될 것이다.