최근 프리팹 부재간 비간섭 계면이음 설계기술이 도입되고 기계주입식 충진 기술의 실용화 성공으 로, 교량 프리캐스트 바닥판 시공의 저해요인이 상당히 해결될 수 있다. 이 때 프리팹 부재에 GFRP 보강근을 적용한다면 가공조립비 절감 효과가 있고, 프리팹 부재의 경량화로 경제성이 제고될 뿐 만 아니라, 현장 안전성과 작업편의성이 향상될 것으로 보인다. 기존 철근 연신율은 20% 내외 수준인데 반해 GFRP 보강근의 파괴변형율은 3% 내외이며 탄성계수는 50GPa (강재 대비 25%수준)이므로, 이 러한 재료특성 차이로 인한 휨성능에 대한 영향 평가가 필요하다. 특히 GFRP 보강근을 프리캐스트 바닥판과 거더 간 계면이음 적용에 따른 영향을 평가하기 위한 프로토타입 거더를 설계하고, 재료간 계면의 부착 특성을 고려한 유한요소해석 모델을 수립하고 극한 휨성능과 소요 계면 전단성능과의 상 관관계를 검토하였다. 추후 본 변수해석 연구에 대해 실험적 검증이 완수된다면, GFRP 보강근 설계기 술을 정립하는 데 기여할 것으로 기대된다.

강진에 대한 다양한 비선형 거동을 하는 부재요소들로 이루어진 교량시스템의 현재까지의 일반적인 지진취약도 평가방법은 부재- 수준에서 평가하는 것이다. 본 연구의 목적 부재-수준의 지진취약도 평가결과로부터 구조시스템을 대표하는 시스템-수준의 지진취 약도 평가방법을 개발하는 것이다. 교량의 지진 거동을 일반적으로 교축방향과 교축직각방향으로 구분하기 때문에 본 연구에서도 시 스템-수준 지진취약도를 두 방향에 대하여 구분해 평가하였다. 길이 방향에 대한 부재-수준의 지진취약도평가는 교각, 교량받침, 충 돌, 교대, 낙교에 대하여 수행하였다. 교축직각 방향에 대해서는 충돌, 교대, 낙교의 손상이 영향을 주지 않으므로 부재-수준의 지진취 약도평가는 교각과 교량받침에 대하여만 수행하였다. 다양한 구조부재의 비선형모델을 이용한 지진해석은 OpenSEES 프로그램을 사용하여 수행하였다. 시스템-수준의 지진취약도는 부재-수준 사이의 손상이 직렬연결이라고 가정하고 평가하였다. 교각의 손상이 다른 부재-수준의 손상보다 시스템-수준의 지진취약도에 지배적인 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 다시 말하면 가장 취약한 부재-수 준의 지진취약도가 시스템-수준의 지진취약도에 가장 지배적인 영향을 주는 것을 의미한다.

PSC거더 합성교량에 있어 노후(손상)된 바닥판을 교체할 경우에는 기존에 설치된 철근 전단연결재의 손상과 함께 파 쇄에 따른 소음 및 비산먼지 등이 많이 발생한다. 이러한 환경적 문제와 함께 교체공사 기간이 길어져 경제적 비용 또한 크게 증가한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 PSC거더에 매립되지만 쉽게 분리할 수 있는 분리식 전단연결재를 제안 하였다. 제안한 분리식 전단연결재의 전단강도성능과 파괴거동을 확인하기 위해 유한요소해석을 통한 변수연구와 함께 수평전 단실험을 수행하였다. 해석연구를 통해 T-sleeve 하부에 Y형상의 테이퍼진 면을 갖는 경우에 볼트체결력에 따른 쐐기효과로 인 해 T-sleeve와 볼트 사이의 제작 공차가 있더라도 초기 슬립이 발생하지 않고 충분한 초기강성을 확보하는 것을 확인하였다. 또 한, 전단연결재의 배치 방향에 따른 영향은 전단성능에 영향을 주지 않는 것을 확인하였다. DY전단연결재는 기존 방식인 철근 전단연결재 모델과 비교실험을 통해 전단강도성능은 동등 이상을 확보하고 있으며, 슬립변위량 또한 연성설계기준인 6mm 이상 을 만족하는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 제안된 분리식 전단연결재는 추가적으로 합성거더 실험 등의 검증을 거친다면 노후 바닥판의 철거 및 교체에 유용한 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.

현재 우리나라에서 운영 중인 교량 중 30년 이상 된 교량이 전체의 약 11%를 차지할 정도로 노후교량의 수가 증가하고 있다. 따라 서 교량의 노후화에 따른 영향을 고려한 내진성능 평가방법의 개발이 필요하다고 볼 수 있다. 예제 교량으로는 포트받침, 탄성고무받 침과 납-고무받침을 가진 3가지의 강합성 상자형 거더교를 선정하고, opensees 프로그램을 사용하여 구조해석모델을 작성하였다. 본 연구에서는 교량의 노후도를 교각의 주철근과 띠철근의 부식에 의한 면적의 감소로 반영하였다. 교각의 노후화 정도로는 5%, 10%, 25%, 50%의 4가지 조건을 사용하였다. 입력지진으로는 근거리 지진과 원거리 지진을 각각 40개씩 사용하였으며, 노후화 정도에 따른 예제교량의 교각에 대한 최대변위와 최대 전단력 응답을 구하여 비교하였다. 노후도가 증가할수록 힘-변위 관계에서 교각의 강도 저하가 발생함을 알 수 있으며, 이로 인하여 교각의 변위응답이 증가함을 알 수 있다. 교각의 노후도에 따른 변위응답과 전단저항능력의 영향을 분석하기 위하여 변위비(Dratio)와 전단력비(Fratio)를 정의하여 평가하였다. 예제교량의 고유주기가 길어질수록 노후도에 따른 변위비(Dratio)의 증가가 크게 나타남을 알 수 있으며, 전단력비(Fratio)의 감소 경향은 작게 나타남을 알 수 있다.

장경간 라멘교의 하부구조의 시공과정에서 발생되는 위치 오차와 높이 오차는 현장에서 빈번히 발생하고 있다. 이러한 시공 오차를 보정하는 과정에서 초래되는 구조적 손상, 공사비 증대, 공사기간 증가를 방지하기 위해서, 높이 변경이 가능한 ‘다기능 받침연결장치’를 개발하였다. 다기능 받침연결장치에는 거더를 지지하는 받침판을 기준으로 각각 위아래 최대 0.3m 연 장 길이를 가진 강봉을 적용하였다. 다기능 받침연결장치는 교량의 계획 높이 변경 및 선 시공 벽체의 수직오차를 현장에서 간편하게 변경할 수 있도록 하였다. 다기능 받침연결장치의 좌굴안정성을 예측하기 위하여 도로교설계기준에 의하여 설계 검토를 하였으며 유한요소해석을 통하여 설계검토 결과를 검증하였다. 검토 결과 응력은 중심하중 재하 시 240.6MPa, 편심하중 재하 시 320.8MPa로 나타났으며, 편심 거리에 따라 좌굴 안전율은 1.64∼2.19로 나타났다. 유한요소해석을 통해 도출된 좌굴 안전율 은 3.40∼3.45로 나타났으며 이는 설계기준에 의한 검토 값 이상이므로 안전 측으로 판단된다.

In this paper, we present the result of analytical investigation pertaining to the structural behavior of steel-concrete composite plate girder with arch-type web stiffener. In the arch-type web stiffener located in the compression side of web, infill concrete is cast to strengthen the arch-type stiffener and also to exert resisting force against compression force. This type of composite steel-concrete plate girder bridge is built and is in service. To understand the behavior thoroughly, analytical parametric study was conducted by using the finite element method. As a result it was found that the effect of arch-type stiffener with infill concrete is considerable for the design of such type composite girder bridge.

본 논문에서는 도로교 설계기준이 개편됨에 따라 변화된 활하중과 설계식의 검토를 하려한다. 이를 위해 강합성 플레이트 거더교와 PSC 거더교를 이용한 두 예제를 살펴본다. 기존 도로교설계기준 하중과 AASHTO LRFD 하중 그리고 새로 개편된 도로교설계기준 2015 한계상태설계법에 나온 하중을 적용하여 횡분배 계수법과 유한요소 격자해석을 통해 구한 포락선을 비교․검토한다. 또한 강합성 플레이트 거더교의 경우 중앙지간의 길이 변화에 대한 검토를 하고, PSC 거더교의 경우에는 가로보의 개수와 경간의 개수, 그리고 각 경간장의 변화를 주어 각각 그 차이점을 분석한다.

In this study, a real-scale specimen of Steel-Confined Prestressed Concrete (SCP) composite girder was tested in a three points bending. Furthermore, vibration tests were performed to verify the dynamic stability of the SCP composite girder for railway bridges. The results of the experimental test were similar to stable rigidity behavior until the static actuator limit load (6300 kN). That is, the SCP composite girder showed a stable rigidity behavior in the ultimate load (3,174 kN) as well as the service load (1,076 kN). Finally, the possibility of resonance of the SCP composite girder has been found to be low.

It is same such as the provision of shear buckling strength of steel composite box girder web panel and plate girder web panel in Korea Highway Bridge Design Standards(2012). But the web panel of steel composite box girder is different from the web of plate girder in that the upper slab and lower flange are connected to the web. So a different shear behavior of the girders is expected. In this study, To calculate a reasonable elastic shear buckling strength of steel composite box girder web panel, ABAQUS program was used. The results from F.E.A and previous studies are compared.

It is same such as the provision of shear buckling strength of steel composite box girder web panel and plate girder web panel in Korea Highway Bridge Design Standards(2012). But the web panel of steel composite box girder is different from the web of plate girder in that the upper slab and lower flange are connected to the web. So a different shear behavior of the girders is expected. In this study, To calculate a reasonable elastic shear buckling strength of steel composite box girder web panel, ABAQUS program was used. The results from F.E.A and previous studies are compared. It is shown that the web shear buckling strength of steel composite box girder of Korea Highway Bridge Design Standards(2012) is the most conservative.

최근 지진하중에 대한관심이 높아져 가는 가운데 내진설계가 되어 있지 않은 기존 교량의 내진성능 향상 및 신설될 교량의 구조적 기능성과 안전성을 증대시키기 위한 방안으로 희생부재형 에너지소산장치(Energy-Dissipating Sacrificial Device, EDSD)가 개발되었다. 본 연구에서는 제안된 장치가 내진성능 향상을 위한 기법으로 실제 교량에 적용될 수 있도록 실험을 통해 EDSD의 성능 및 안정성을 검토하였다. 유사동적실험 결과, EDSD는 지진하중 시 양호한 에너지 소산능력을 발휘할 것으로 예상되며 충분한 소성거동을 통해 교량의 주거더에는 손상을 거의 주지 않으며 주부재간의 연결부 또한 안전함을 알 수 있었다. 또한, 강합성 플레이트 거더교를 대상으로 EDSD를 적용하고 교각의 에너지, 수평력 및 상 하부 구조간의 상대변위 등의 지진응답특성을 분석한 결과, EDSD는 지진력을 효과적으로 감소 및 분산시키고 상 하부 구조간의 상대변위를 상당히 감소시키는 것으로 나타났다. 따라서, EDSD는 설계 지진하중 또는 그 이상의 지진하중 하에서 특별한 유지관리 없이 그 기능을 발휘할 수 있을 것으로 예상되며 우리나라와 같이 지진이 빈번히 발생하지 않는 지역에서 기능적 경제적 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

π형 단면은 장대교량에서 경제적인 대안으로서 보강거더의 단면형상으로 채택되고 있지만, 동적 내풍안정성에는 취약한 면을 보이고 있다. 본 연구에서는 π형 단면의 동적 내풍안정성을 향상시킬 방안으로 공기역학적 제진장치중 extensioner를 사용하여 비틀림 플러터 풍속의 향상을 도모하고, 가장 효과적인 extensioner의 단면비를 제안하고자 한다. 따라서 플러터를 발생시키기 위해서 등류조건에서만 실험을 실시하였으며, 변장비 B/D=7.7~12.5를 가지는 총 6가지 기본단면에 9가지의 형상비를 갖는 extensioner를 모형으로 제작하여 실험을 실시하였다. 실험결과 변장비 B/D=7.7에서 가장 낮은 플러터 발생풍속을 보였으며, extensioner최적의 단면비는 α=30o~40o, a/b=0.59~0.84일때 β=12.8o~25o, b/ B=0.08~0.12일 때 효과가 우수하였다.

본 연구에서는 상용 압연형강과 콘크리트 합성거더인 PSSC(Prestressed Steel and Concrete) 거더의 1, 2차 긴장력과 활하중을 최적설계 하였다. 다단계 긴장에 따른 1, 2차 긴장력과 활하중을 설계변수로 삼았으며, 최종 활하중을 목적함수로 정하였다. 시공단계에 따른 강주형, 충전 콘크리트, 슬래브의 상연과 하연의 허용응력을 설계 조건으로 하였다. 설계 최적화는 상용 프로그램 Matlab의 최적화 모듈을 이용하여 수행되었다. 형고의 변화, 콘크리트 압축강도의 변화, 헌치 높이의 변화 등 다양한 조건에 빠른 최적 설계를 시도하였고, 연구 결과로부터 강선배치, 콘크리트 압측강도 등이 설계에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

프리캐스트 바닥판 공법은 바닥판간 이음부가 존재하며, 이음부의 연결성능에 따라 전체 교량 구조물의 성능이 좌우되므로 이음부의 연결성능 확보가 중요한 요소이다. 특히, 교량바닥판은 차량하중과 같은 반복하중을 받는 구조물이므로 피로하중에 대한 이음부의 거동 및 성능평가가 이루어져야 한다. 본 연구에서는 비대칭 요철형 루프이음을 적용한 2거더 연속합성형 교량을 제작하여 정적 및 200만회 반복하중의 피로실험을 통해 프리캐스트 바닥판의 구조적 거동 및 균열양상을 검토하였다. 실험결과, 제안된 프리캐스트 바닥판 연결시스템은 균열 폭, 누수, 인장철근의 응력 등 충분한 피로성능 및 파괴강도를 확보하는 것으로 나타났으며, 프리캐스트 바닥판 이음부에 효과적으로 적용 가능할 것으로 판단된다.

Recently, concrete-steel hybrid girder is being developed to improve economic efficiency and durability. To evaluate flexural behavior of the proposed girders, 17.0m full-scale joint was fabricated and tested under vertical loading. The study was examined vertical displacement; the strain of the reinforcement; and the crack patterns in the concrete. The proposed girders was analyzed to be safe in all members.