I형 플레이트 거더는 장경간 구조물, 특히 장경간 교량 및 철도교에 자주 사용되며 리벳 또는 볼트 이음과 같은 방법으로 조립할 수 있고 강판을 용접하여 설계자가 원하는 크기의 거더를 제작할 수 있다. 리벳 또는 볼트를 이용한 연결방식은 시공 중 구조물의 내하력 저하 문제를 피할 수 있고 용접으로 제작된 거더에 비해 유지관리비용이 적다는 장점이 있다. 하지만, 리벳 또는 볼트연결의 경우 하중이 거더에 전달될 때 연결부 주위에 미끄러짐이 발생 할 수 있어 이로 인한 강도감소가 발생할 우려가 있다. 본 연구에서는 유한요소 해석 프로그램을 통해 I형 플레이트 거더의 볼트 이음부의 거동특성을 검토하였다. 또한 수직보강재의 간격이 거더의 강도에 미치는 영향에 대해 검토하였다.

This study investigates the flexural shear strength of ultra high performance concrete I-girder. The effect of aspect ratio on the flexural - shear strength of UHPC was analyzed using finite element analysis. The UHPC I-type girder was modeled using 3D shell elements and analyzed using geometric and material nonlinear analysis. The boundary condition is simple support condition and a displacement load is applied to the center of the upper flange. The results shows that shear strength decreased as the aspect ratio increased and the bending-shear failure of UHPC I-girder does not occur even at larger moment than ordinary concrete due to the cross-linking action of steel fiber.

Prestress is a reinforcement method to control crack due to moment on concrete girders with low tensile strength. In the existing literature, it is mentioned that prestress for ordinary concrete affects not only crack control but also shear strength enhancement. As the construction material improves, UHPC(Ultra-HIgh Performance Concrete) with excellent strength and ductility has been developed by combining ultra-high strength concrete and steel fiber. However, study on the effect of prestress on the shear strength of UHPC with different material properties from ordinary concrete is lacking. Therefore, in this paper, the effect of prestress on the shear behavior of UHPC I-girder is studied by finite element analysis. As a result of the analysis, it has been confirmed that the prestress increases crack strength and shear strength of UHPC.

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

The steel I-girder inserted circular steel pipe is a new structural cable-anchorage system that the circular guide pipe is connected and welded to the web of the I-girder for cable-stayed bridge. This guide pipe-anchor system has many merits of the structural and aesthetic performances. However, there has been little research into the behavior mechanism with respect to anchor angles and the strengthening methods against the sectional area reduction caused by the penetration of guide pipe. Therefore, this paper investigates an experimental behavior of the steel I-girder with circular steel tube which is fabricated 1/3 scale model as fundamental study to examine the flexural behavior and failure mode in the laboratory. Based on the comparison of test results and nonlinear FE analyses, it is found that FEM is suitable to estimate the stiffness of I-girder with circular tube in order to design the cable-stayed bridge.

In this study, elastic flange local buckling strength of doubly symmetric I-girder subjected to bending moment were evaluated by 3D finite element analysis. The analysis model were modeled by 3D shell elements(S4R) using ABAQUS 6.13 program. And loading and boundary conditions were determined by equal end moments and simple boundary conditions. Flange and web slenderness ratio were considered in the parametric studies to evaluate flange local buckling strength with AISC design equations. Then, AISC design equations and characteristics of Elastic flange local buckling of I-girder were evaluated.

Concrete has been widely used for material of bridge girder. However, Concrete is considered as inefficient material for long-span girder. Because it has low material strength compared with those of steel girder, huge cross sectional area are required to have same strength of steel girder bridges. UHPC(Ultra High Performance Concrete) as new material is developed to supplement this weakness of concrete. UHPC has high compressive strength and show softness behavior due to it is reinforced by fiber. If UHPC has no any reinforcement for shear, diagonal tension crack failure is dominant like normal concrete. So, reinforcement for shear is essential and prestress is efficient method of reinforcement for UHPC due to high compressive strength. However, design equation for shear strength suggested by K-UHPC Certification(2012) do not consider prestress effect. Therefore, this study investigate effect of prestress for shear strength of ultra high performance concrete I-girder by using finite element analysis program

Prestressed concrete (PSC) is a method in which prestressed tendon is placed inside and/or outside the reinforced concrete member and the compressive force applied to the concrete in advance to enhance the engineering properties of concrete member which is weak under tension. In this paper we suggested the precast PSC girder assembled with segments of portable size and weight at the factory. The segments of precast PSC girder will be delivered and assembled as a unit of PSC girder at the site. Consequently, we suggested new-type of precast segmented PSC girder with different shapes of segment cross-section (i.e., I-shape, Box-shape). To mitigate the problems associated with the field splice between the segments of precast PSC girder anchor system is attached near the neutral axis of the girder and relatively uniform compression throughout the girder cross-section is applied. Prior to the experimental investigation, analytical investigation on the structural behavior of precast PSC girder was performed and the serviceability (deflection) and safety (strength) of the girder were confirmed. In addition, 4-point bending test on the girder was conducted to investigate the structural performance under bending. From the experimental investigation, it was found that the precast PSC girder spliced with 3 and 5 segments has sufficient in serviceability and safety conditions and it was also observed that the point where the segments spliced has no defects and the girder behaves as a unit.

In curved I-girder systems, stability is mainly provided by interconnecting cross-frames or diaphragms. These members act as primary load carrying component thus proper design and analysis must be made. This study proposes improvement on the existing cross-frame spacing limit for horizontally curved girder systems utilizing buckling capacities. Eigenvalue analysis was conducted using the finite element program, ABAQUS. Maximum cross-frames spacing (Smax) was computed with varying degree of curvature, flange width-to-depth ratio ( ) and span length-to-depth ratio (L/d). Models were then generated and their buckling modes and critical buckling capacity ratios were obtained. Lastly, a suggestion was developed based on the results of the finite element analysis to provide a better guide on the design of cross-frame spacing limit. The suggested limit was then compared to the existing cross-frame limit to verify the improvement on the cross-frame spacing.

The curved bridges shows very complicate behaviors compare to straight girders due to its initial curvature. Usually, the shear strength is investigated due to the aspect ratio(transverse stiffeners spacing/height of girder) and many researches have been conducted for the web shear strength for I-shaped curved girders with high aspect ratios(larger than 3). In this study, numerical studies are carried out and the results are compared with the current design practices. By the analyses, the maximum aspect ratio of a transversely stiffened web panel are suggested to revisits the validity of a limited imposed by Basler.

표준 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더교(I형 PSC 거더교)는 우리나라의 중 소 지간 교량에서 가장 많이 적용되는 교량형식이다. 이 교량 형식의 상부거더 안전성을 판단하기 위해 설계단면력을 결정할 때 유한요소법 등을 이용한 정밀한 해석보다는 설계기준들에서 제시한 활하중 분배계수나 단순화된 실용식을 일반적으로 이용하고 있다. 한편, 우리나라의 설계 실무에서 사용되는 활하중 분배계수는 대부분 외국의 연구결과나 설계기준이 그대로 반영된 것들이다. 따라서 표준 I형 PSC 거더교의 교량단면과 부재의 설계 기준강도 등을 고려한 우리나라의 설계여건에 적합한 활하증 분배계수식의 개발이 필요하였다. 본 연구에서는 활하중 분배계수식을 개발하기 위하여 교량의 폭, 지간길이, 주형간격과 차로폭 등에 대한 수많은 매개변수 해석과 민감도해석을 수행하였다. 그 결과 분배계수의 크기를 결정하는 주된 변수들로서 외측주형의 경우에는 주형간격, 내민길이와 지간길이를 선택하였다. 인접내측주형은 주형간격, 내민길이, 지간길이와 교폭으로 하였다. 내측주형은 주형간격, 교폭과 지간길이로 하였다 이어서 매개변수 해석결과들에 대한 다중선형회귀분석을 통하여 I형 PSC 거더교를 위한 활하중 분배계수식을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 활하중 분배계수식을 가지고 설계실무자들은 교량 설계시 적절한 안전율이 보장된 설계단면력을 보다 쉽게 결정할 수 있을 것이다. 또한 예비설계시에 I형 PSC 거더교의 구조적인 효율을 향상시키기 위해 필요한 반복 설계에 소요되는 설계시간을 크게 줄일 수 것으로 기대된다.

지금까지의 지진 관련 연구는 주로 교량 받침 자체의 성능개선이 주요 관심 과제였으나, 본 논문에서는 받침 종류에 따라 교량에 미치는 전반적인 지진거동 특성을 분석하고 교량 공사비에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위해 실무에서 많이 적용되는 PSC I형 교량에 대해 교량받침의 종류를 변화시키며 교각 높이를 매개변수로 하여 상시 및 지진해석을 수행하였다. 특히 지진해석을 통해 산출한 단면력을 고려하여 PSC I형 교량받침의 변위, 지진하중에 의한 교각 기둥의 직경, 상부여유 간격 등의 변화를 분석하였다. 고교각인 경우 탄성받침보다는 지진격리장치를 적용하는 것이 지진에 의한 상부구조의 이동량을 줄여 신축이음장치의 규격을 줄일 수 있으므로 차량의 주행성 및 교량의 유지관리 측면에서 바람직 할 것으로 판단되었고, 교량 하부 구조 단면이 축소되어 미관개선 및 경제성 개선의 효과가 있는 것으로 분석되었다. 결국, PSC I형 교량받침 설계시 일률적으로 탄성받침을 적용하는 것보다 정밀한 내진해석을 통해 지진격리장치를 적용하는 것이 구조적정성 측면 및 공사비 측면에서 타당하다는 결론에 도달하였다.

I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 활하중 분배계수식을 개발하기 위한 구조해석 모델은 해석결과의 적정성과 함께 모델링의 용이성도 동시에 가지고 있어야 한다. 그 이유는 활하중 분배계수식의 개발 과정에서 무수히 많은 횟수의 구조해석이 필요하기 때문이다. 본 연구에서는 기존 연구와 설계실무에서 사용하고 있는 모델들을 비교하여 적정한 구조해석모델을 선정하였다. 또한 수치해석과 재하시험 결과와의 비교를 통하여 방호벽과 가로보의 휨 강성이 활하중분배에 미치는 영향을 분석하였다. 연구결과로서 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 구조해석에는 편심을 반영한 거더, 방호벽 및 가로보를 바닥판에 연결시킨 모델이 해석결과의 정확성과 모델링의 편이성을 동시에 만족시키는 측면에서 적합하였다. 그러나 방호벽은 강성변화에도 불구하고 활하중분배에 미치는 영향이 미소한 것으로 분석되었다. 편심을 고려한 가로보는 휨 강성 25% 이상에서는 강성변화에 따른 영향이 적었다. 따라서 거더는 바닥판과의 편심을 고려하여 강체요소로 연결하고, 방호벽은 무시하고, 가로보는 전 단면이 유효한 것으로 가정한 상태에서 편심을 주지 않는 모델을 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 활하중 분배계수식의 개발을 위한 최종 구조해석 모델로서 선정하였다.

기존 구조물의 노후화로 인하여 보수 및 보강에 관한 연구는 활발히 이루어지고 있다. 탄소섬유를 사용한 외부 부착공법은 경제적이고 짧은 시간에 보강 작업이 이루어질 수 있기 때문에 널리 사용되고 있다. 일반적으로 탄소섬유를 사용한 전단 보강에는 일 방향 레이아웃이 많이 사용되고 있으며, 재료의 양, 섬유의 각도 그리고 간격 등에 관한 실험 연구가 많이 진행되었다. 하지만 예비 실험 결과를 통하여 이 방향 전단보강 레이아웃은 일 방향 전단보강보다 좀 더 효율적으로 부재를 구속하는 것을 확인하였다. 따라서, 유사한 재료의 양을 사용하여 일 방향과 이 방향 전단 보강 작업이 이루어진 후 실험을 통하여 두 보강작업의 효과가 검증되었다. 탄소섬유 보강 작업을 할 때는 탄소섬유의 부착 파괴를 방지하기 위하여 탄소섬유 앵커가 설치되었다. 탄소섬유 앵커와 탄소섬유 레이아웃의 전단보강 효과는 실험 경간에 발생한 주인장 변형률의 분포를 통하여 검증되었다.

The cause of the falling of the girder of a PSCI bridge under construction was investigated to prevent from similar accidents. The I-type bridges are the most unstable phase after the girder construction and before the installation of concrete slab. Generally the bridges are taken into consideration in order to secure stability in the construction process. However, this bridge was found to have fallen in a rainy and strong wind with some neglect of the procedures and methods presented in the design.

본 연구에서는 PSC I거더교에 대한 외부강선을 이용한 보강 방법 중 V자형 보강방식의 효용성을 검증하기 위하여 공용중인 교량 을 대상으로 보강장치를 시공하여 보강효과를 분석하였다. 따라서 PSC I거더교의 보강 전과 후 각각의 경우에 대하여 정적 및 동적 재하실험 을 실시하였다. 그리고 재하실험에서 측정된 결과를 면밀히 분석하고, 구조해석을 통해 얻은 결과와도 비교분석하여 외부 프리스트레스 도입 을 통한 보강효과를 검증하였다. 본 연구에서 외부강선을 이용한 보강방법을 적용하여 보강효과를 검토한 결과, 본 연구에서의 V자형 외부강선 보강방법을 적용할 때 횡방향 하중분배계수 곡선이 완만해져 상부구조의 건전성이 증진됨을 알 수 있었으며, PSC I거더교의 휨 성능 및 전단 성능개선뿐만 아니라 동적구 조거동에도 크게 도움을 줄 수 있는 것으로 판단되고, 본 연구에서의 탄성패드를 적용할 때 동적보강효과가 극대화 된다는 것을 확인하였다.

철도교량의 경제성 확보를 전제로 PSC I형 거더의 장경간화 추세는 근간에 가장 활발히 진행되고 있는 연구이며, 이에 따른 교량의 강성확보를 위한 거더의 효율적인 기하형상 선정은 우선시 되어야할 과제이다. 본 연구에서는 회전반경과 휨효율을 기반으로 확장된 상부플랜지의 거더 단면을 선정하였으며, 본 거더가 적용된 경간장 25m, 30m, 35m, 40m PSC I형 거더교를 대상으로 수치해석을 수행하여 국내 및 국외의 동적성능 기준과의 부합여부를 검증하였다. 또한 경간장 40m PSC I형 거더의 동적성능을 상대적으로 비교하기 위해서 현재 호남고속철도에서 적용된 40m PSC Box 거더교를 대상으로 동적 해석을 수행하였고 KTX열차와 화물열차 주행 시의 동적안정성을 수치해석적으로 검토하여 국내 및 국외의 동적 안정성 기준과 부합여부를 검토하였다. 추가로 표준열차하중과 충격계수를 고려하여 정적해석을 수행하고 한계치와의 부합여부를 분석하였다. 그 결과, 검토대상 PSC I형 거더 철도교는 모든 항목에서 국내 철도교량 관련 정적, 동적안정성 기준치를 만족하는 것으로 분석되었다.

This parametric study investigates the effect of significant parameters on the elastic global lateral torsional buckling capacity of horizontally curved twin I-girder systems. Included are the effect of curvature and the effect of girder spacing. Twin I-girder systems analyzed in this study are those which are interconnected by intermediate cross frames and are subjected to uniform moment. The finite element analysis software, ABAQUS, is used to model the horizontally curved twin I-girder system and conduct the buckling analysis. To see the significant effect of curvature and girder spacing, the results from the finite element analysis of horizontally curved twin I-girder systems are compared to the results of a closed form solution for straight twin I-girder systems. The findings of this parametric study will be shown using illustrative figures and tabulated data and conclusions are made.

Several studies concerning the lateral torsional buckling of horizontally curved I-beams have been made by different researchers. However, these studies are mostly limited to linear analysis and involving only single girders having single span. Nonlinear analysis of horizontally curved I-beams have been very limited or almost none. The aims of this study are to give a brief summary of the studies that have been made involving several factors concerning the lateral torsional buckling capacity of horizontally curved I-beams and to show several analyses that focused on determining the behavior of the horizontally curved I-beams that experience lateral torsional buckling failure. Subjects discussed in this study include: (1) different design provisions involving LTB of curved I-beams; (2) different equations that can be used concerning LTB of curved I-beams; (3) effect of cross frames; (4) effects of cross frame spacing; and (5) analysis results and trends comparing LTB strength of curved I-beams to straight beams. The summary of these studies will be essential in determining the future studies that has to be made involving the lateral torsional buckling of horizontally curved I-girder bridges which should cover single girder and multi girder systems as well as single span and multi span curved bridge systems.

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.