FRP composites bridge deck has advantages of structural characteristics and rapid construction in the replacements of the deteriorated bridge deck. Although FRP composites have many advantages, the application in the bridge design has been retarded so far due to the lack of design guidelines. In this paper, the design example for the FRP decked concrete composite girder bridges is presented to verify the proposed design method. The design of connection in the design example is the flexible hybrid shear connection included steel reinforcements and FRP tubes. Finally, this paper may be design guideline for FRP decked concrete composite girder bridges required the composite action.

Recently, the fiber reinforced polymers (FRP) materials have been recognized as advanced materials for bridge construction. The FRP bridge deck system has advantages to construct rapidly, its durability. The FRP bridge decks have accepted as a method of deteriorated reinforced concrete bridge deck replacement. For application, design method details and connections for FRP bridge decks will be provided. In this paper, the design method, deck design and connections details on FRP decked precast, prestressed concrete girder bridges is presented. In this study, the design method of efficient connection between FRP deck and concrete girder is proposed with composite action. The schematic of proposed modular FRP panel deck-to-concrete girder connection is also presented, which is the flexible hybrid shear connection included steel reinforcements and FRP tubes. The FRP deck-to-concrete girder hybrid connection system should be improved with further refinement and experimental program. Finally, it is hoped that this paper will be guideline for research and development on this subject field for researchers and engineers

본 논문에서는 내구성과 수명을 획기적으로 향상시키기 위해 제3세대 건설재료인 섬유강화 플라스틱(FRP) 소재로 제작된 사각형 중공 교량 바닥판의 파괴모드를 실험과 해석을 통해 분석하였다. 재하시험 결과 바닥판의 강축방향의 거동은 파괴 직전까지도 거의 선형탄성적으로 거동한 반면, 약축방향의 거동은 재하초기부터 작은 하중하에서도 큰 비선형성을 보였다. 이 약축방향 비선형성의 원인은 웨브와 플랜지 연결부의 불완전한 일체거동으로 인한 소성거동 때문인 것으로 판단된다. 웨브와 플랜지의 연결부에 소성힌지를 도입한 간단한 구조모델을 이용하여 이를 확인하였다. 접착부의 박리 파괴 가능성도 검토하였으나 이는 대상 중공바닥판의 약축방향 파괴에 직접적으로 관여하는 것은 아닌 것으로 판단된다 약축방향의 구조거동을 개선시키기 위한 방안으로 내부를 폼으로 충전하는 방법을 제시하였으며 그 가능성을 구조해석을 통해 확인하였다.

본 연구에서는 사각형 모듈의 인발성형된 복합재료 바닥판의 휨 거동에 대한 해석 모델을 개발하였다. FRP 바닥판의 해석 모델은 FSDT 평판 이론을 기반으로 임의 적층각을 지닌 FRP 바닥판의 처짐을 예측할 수 있었다. 수치적 예제에서는 네 변이 단순 지지된 등분포 하중을 받는 사각형 모듈의 FRP 바닥판을 2차원 평판 유한 요소해석을 적용하여 수행하였고, 해석 결과에 대해서는 바닥판 길이-높이의 비와 화이버 각도의 변화에 따른 효과에 대해 역점을 두고 다루었다. 연구 결과, 본 연구에서 제안한 해석 모델이 FRP 바닥판의 휨 거동을 해석하고 예측하는데 효과적이고 정확하다는 것이 입증되었다. 또한, FRP 바닥판의 높이가 높아질수록 plate 해석 이론에 있어서 일차전단변형이론(First order Shear Deformable laminated plate Theory : FSDT)이 아닌 고차전단변형(Higher order Shear Deformable plate Theory : HSDT)의 필요성에 대해 언급하였다.

복합재료(FRP)는 재료적 고비강도, 고내구성 등으로 인하여 건설분야에 널리 사용되고 있어, 본 연구에서는 인발성형된 FRP 바닥판의 형상최적설계를 수행하였다. 최적설계의 정식화에서 목적함수는 단위모듈의 체적을 최소화하도록 하였으며, 설계변수는 바닥판 단면의 기하적 치수와 재료적 물성을 사용하였다. 반면 바닥판의 성능을 최대한 효율적으로 설계하기 위하여 설계 제약조건으로 처짐규정, 재료파괴 기준, 좌굴하중, 바닥판 최소두께와 응력을 사용하였다. 단면형상의 효율적 결정과 시공성을 고려하여 구조적 보조부재를 포함하지 않는 튜브 모양의 형상으로 제한하였으며, 최적화 알고리즘은 Index기법을 적용하여 수렴성을 극대화한 개선된 GAs를 사용하였다. 상용 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 3차원 유한요소해석을 수행하였고, 구조해석 결과를 최적화 과정에 필요한 제약조건으로 활용하고, 민감도 분석을 수행하였다. 본 연구를 통하여 개발한 최적화 프로그램을 검증하기 위하여, 40m의 지간, 폭 12.14m에 주형 간격이 2.5m인 단순교를 대상으로 하였으며, 도로교 설계 기준을 만족하는 DB-24하중을 적용하였다. 복합재료의 재료로 E-glass섬유를 사용하였으며, 최적설계를 수행한 결과 인발성형공법에 의한 실용적인 단면을 제안하였다.

Structural Performance Test of FRP-Concrete Composite Deck according to Existence of Shear Connecting Plates by Long Term Exposure was performed to study the Performance Evaluation. As the result, it was verified that this deck has sufficient serviceability and structural performance as a bridge deck.

FRP바닥판은 경량이기 때문에 신속한 시공이 가능하고, 고정하중을 경감시킬 수 있다는 장점이 있어 전 세계적으로 시공 실적이 점차 증가하고 있다. 본 논문에서는 효과적인 FRP바닥판의 적용을 위하여 유한요소해석을 통하여 FRP바닥판을 구성하는 부재별 적정 형상비를 결정하였으며, 향후 FRP바닥판 설계시 기초자료로 활용할 수 있도록 하고자 하였다. 또한, FRP의 이방적 재료 특성과 복잡한 제약조건을 고려한 FRP바닥판의 최적설계를 수행하였으며, 그 결과를 토대로 제안된 FRP바닥판의 기본 단면 형상에 대한 검증을 수행하였다