레일장대화는 무도상교량의 소음, 진동, 충격 등의 문제점을 해결할 수 있는 경제적인 방안 중 하나이며, 최근 연동식 침목고정장치 를 이용한 SSF 공법이 개발된 바 있다. 이 연구에서는 연동식 침목고정장치 적용 시 레일 높이 조정 및 열차 통과 시의 충격 흡수를 목 적으로 교량침목 하부에 삽입되는 침목패드의 최적 연직강성을 결정하는 과정을 제시하였다. 침목패드의 최적 연직강성 결정을 위하 여 관련 기존 기준을 검토하였으며, 유연다물체동적해석을 통하여 침목패드의 연직강성 변화에 따른 주행안전성, 승차감 및 궤도의 안전성에 대한 지표들과 교량 응답 변화를 검토하였다. 유연다물체동적해석은 상용프로그램인 ABAQUS와 VI-Rail을 이용하여 수행 하였다. 수치해석은 30m 상로판형교에 대한 교량모델을 이용하여 수행하였으며, 침목패드의 연직강성이 7.5kN/mm ~ 240kN/mm로 변화할 때 ITX 새마을, KTX 및 화차 통과 시의 응답을 산정하였다. 수치해석에 적용된 궤도구성품 조건에서 침목패드의 최적 강성은 100kN/mm로 산정되었다.

PURPOSES : Steel deck bridges are the preferred structural type for reducing dead load, and the use of thin-layer asphalt concrete with excellent adhesion to the steel deck and excellent deformation followability is increasing for bridge pavements. However, because these materials are constructed at a high temperature of 240 °C or higher to maintain high fluidity during construction, excessive thermal deformation and stress may be temporarily induced in the steel deck. Therefore, the stability of the structure must be assessed by considering the environmental conditions of the site during pavement construction. Herein, a method is presented for estimating the heat source equation, in which conduction and convection effects are removed using temperature measurement data, for modeling U-rib using plate elements. The validity of the study is assessed by deriving the equivalent heat source equation using the temperature data measured from the underside of the steel deck while constructing a 40-mm-thick goose asphalt concrete pavement layer on a 12-mm-thick steel deck. In addition, the practicality is verified by performing heat transfer and thermal stress analyses. METHODS : By comparing the temperature data measured during the construction of high-fluidity asphalt concrete with the results of repeated heat transfer numerical analysis, heat source data without field conduction and convection conditions are obtained. Subsequently, a heat source equation suitable for the heat source data is derived using the least-squares method. RESULTS : The results of the heat transfer analysis using the equivalent heat source equation calculated using the presented method are almost consistent with the measured temperature data. In addition, the behavioral characteristics of the structure that matches the behavior of the actual structure can be derived through thermal stress analysis, which considers heat conduction and convection to adjacent members. CONCLUSIONS : Even when the steel deck and U-rib member are modeled as plate elements, thermal effect analysis can be performed reasonably while considering field conditions.

무도상 교량은 레일을 이음매판으로 부설하여 사용하고 있어 과다한 충격이나 궤도 틀림 등의 발생 우려로 인하여 열차의 고속주행이 어려운 실정이다. 열차의 주행안정성을 확보하기 위해서는 상호작용에 영향을 미치는 인자를 분석하여 동적 안전성에 대하여 검토할 필요가 있다. 이 연구에는 열차가 운용중인 판형교량의 현장계측을 통하여 궤도 구조 및 주거더의 충격계수를 도출하고 이를 기존연구와 비교 및 참고하여 열차의 주행속도를 고려한 충격계수의 추정식을 산정하였다. 궤도의 충격계수 산정식은 기존 연구에서 제안한 식과 유사하게 산정되었으며, 무도상교량 거더의 충격계수 산정식과 일본의 철도교 충격계수 식과 비교한 결과, 일본의 철도교 충격계수 식은 본 연구에서 산정한 거더의 충격계수 1배수 식과 2배수 식 사이에 존재하는 것으로 나타났다.

PURPOSES: The objective of this study is to analyze and evaluate the behavior of orthotropic steel bridge deck pavement using three-dimensional finite element analysis and full-scale wheel load testing. METHODS: Since the layer thickness and material properties used in the bridge deck pavement are different from its condition, it is very difficult to measure and access the behavior of bridge deck pavement in the field. To solve this problem, the full-scale wheel load testing was conducted on the PSMA/Mastic bridge deck pavement and the deflection of bridge deck and horizontal tensile strain on top of pavement were measured under the loading condition. Three-dimensional finite element analysis was conducted to predict the behavior of bridge deck pavement and the predicted deflection and tensile strain values are compared with measured values from the wheel loading testing. RESULTS: Test results showed that the predicted deflections are 10% lower than measured ones and the error between predicted and measured horizontal tensile strain values is less than 2% in the critical location. CONCLUSIONS: The fact indicates that the proposed the analysis is found to be accurate for estimating the behavior of bridge deck pavements.

본 논문은 하중재하시 강상판교의 방수층과 교면포장에서 발생하는 거동을 유한요소해석을 통하여 분석하였다. 포장표면에 연직방향으로 작용하는 차량하중과 수평방향으로 작용하는 차량의 제동하중의 크기에 따른 포장체와 방수시트에 발생되는 응력을 산정하였다. 그리고 강상판 두께 및 강성. 포장층 두께, 차량제동하중, 온도 등의 변수가 포장체의 응력변화에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 분석하였다. 방수층의 전단응력은 강상판의 두께가 얇아지고 강성이 감소할수록 증가하였으며, 강상판의 두께가 150mm이상의 경우와 탄성계수가 2×105MPa이상의 경우에는 그 영향이 미비하였다 또한 교면 포장의 두께가 얇아지고 온도가 낮아질수록 방수층의 전단응력이 증가하였다. 포장체 하부에서 발생하는 인장변형률은 고온에서 최대가 되었으며 두께가 증가할수록 감소하였다.

강바닥판 포장에 사용될 수 있는 특수아스팔트 중의 하나인 구스아스팔트는 의 고온 상태에서 시공되기 때문에 강바닥판에 예상하지 못한 열응력 및 열변형을 발생시킬 수 있다. 따라서 구스아스팔트의 타설 중에 강바닥판에 미치는 열영향을 시공조건을 고려하여 사전에 평가하고 그 영향의 최소화를 위해서는 열전달 및 열응력 수치해석을 실시하여야 하지만 구조해석에서 주로 사용되는 평판/보요소의 특성상 3차원 구조해석 모델에서 구현하기가 매우 어렵다. 본 연구에서는 강바닥판 교량의 열영향해석을 위하여 일반적인 구조해석모델에 직접 적용할 수 있는 등가열원(EHS) 산정방법을 제안하였다. 강바닥판 교량의 구스아스팔트에 의한 열영향을 정확히 평가하기 위하여 (1) 기존의 실험결과를 이용하여 열전달해석에 필요한 물리량을 검증하고, (2) 정밀해석을 통해 3차원 교량모델에 적합한 등가열원을 산정하였으며, (3) 이를 해석모델에 적용하여 산정한 등가열원에 의한 수치해석방법의 타당성을 검증하였다. 본 연구에서 제안된 등가열원은 실제 강교량의 3차원 열전달 및 열응력 해석에 즉각 활용될 수 있으며, 등가열원산정기법은 용접잔류응력해석, 교량의 화재 해석 등 열영향을 받는 다른 공학적 해석에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

강바닥판 피로손상을 억제할 수 있는 유효한 방법의 하나로 데크 플레이트의 판 두께를 증가시키거나 세로리브의 보강 등에 의한 강성 증가를 고려할 수 있는데, 이 강성증가는 일반적으로 윤하중에 의한 강바닥판의 국부변형 억제 등에 효과가 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 강바닥판교의 피로균열이 빈번히 발생해 가장 문제가 되는 U-rib와 가로리브 연결 상세부의 발생응력을 최소화할 수 있도록 벌크헤드플레이트나 수직리브와 같은 보강상세의 부착에 따른 변수로 정밀 구조해석을 수행하였다. 그 결과, 벌크헤드플레이트는 전체적으로 연결 상세부의 주응력을 경감시키나, 피로균열이 발생되는 용접 지단부에서는 오히려 응력집중이 커지는 경향을 나타내는 것을 알 수 있었다. 그러나 수직리브는 용접 지단부에서 응력집중을 경감시키는 효과를 나타내어 벌크헤드플레이트의 보강보다는 수직리브의 보강이 더 효율적일 것으로 판단된다.

최근 장대화 되어가는 강교량의 건설 기술발전에 따라, 자중이 가벼운 강바닥판 형식의 교량 사용이 증가되고 있다. 그러나 강바닥판 교량은 피로에 매우 취약한 구조형식이며, 특히 종리브와 횡리브가 교차되는 상세부에서의 피로균열은 강바닥판 교량이 가지고 있는 가장 큰 문제점 중 하나이다. 이러한 피로균열의 발생원인은 횡리브의 면외거동에 의한 2차 응력으로부터 유발된다. 본 연구에서는 강바닥판 교량의 피로균열을 억제하고, 종리브-횡리브 교차연결부의 상세개선을 위해 3차원 실물모형체의 피로실험과 범용구조해석 프로그램인 LUSAS를 이용한 세부변수 해석을 병행하여 최적의 상세를 제시하기 위한 연구를 수행하였다. 연구 결과, 국내 표준단면 형상에 곡선형 벌크헤드 플레이트를 부착한 상세가 가장 유리한 것으로 나타났으며, 세부 변수해석에 의한 개선 단면 적용시 발생되는 응력값이 최대의 경우 약 50%이상까지 감소하는 것으로 나타났다. 응력의 감소와 함께 횡리브의 간격 증대(G=400)에 따른 4%의 강재량과 34%의 용접길이 감소로 제작원가 절감 및 피로에 유리한 강바닥판교의 제작이 가능하게 되었다.

강상판의 포장에 사용되는 구스아스팔트는 시공시 220°C에서 260°C의 고온 상태에서 시공되기 때문에 강상판에 과도한 응력 및 변형을 발생시킬 수 있다. 따라서 구스아스팔트의 포설시 강상판에 미치는 열영향을 평가하고 그 영향의 최소화를 위한 포설폭과 패턴을 선정하여야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 영종대교 상로도로의 구스아스팔트에 의한 열영향을 평가하기 위하여 일련의 수치해석을 수행하였으며 그 결과를 계측결과와 비교하여 수치해석방법의 타당성을 검증하고, 구스아스팔트가 강상판에 미치는 열영향을 검토하였다.

강상판의 포장에 사용되는 구스아스팔트는 시공시 220℃에서 260℃의 고온 상태에서 시공되기 때문에 강상판에 과도한 응력 및 변형을 발생시킬 수 있다. 따라서 구스아스팔트의 포설시 강상판에 미치는 열영향을 평가하고 그 영향의 최소화를 위한 포설폭과 패턴을 선정하여야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 영종대교 상로도로의 구스아스팔트에 의한 열영향을 평가하기 위하여 일련의 수치해석을 수행하였으며 그 결과를 계측결과와 비교하여 수치해석방법의 타당성을 검증하고, 구스아스팔트가 강상판에 미치는 열영향을 검토하였다.

강바닥판 교량의 교면포장 재료인 구스아스팔트는 약 240 ℃ 이상의 고온에서 포설되기 때문에 강바닥판에서 100 ℃ 이상 의 온도 상승을 유발하게 된다. 강바닥판 교량은 비교적 온도 변화에 민감하기 때문에 구조물의 내구성 및 안정성에 영향을 줄 수 있으므로 수치해석을 통하여 사전에 충분히 검토하여야 한다. 강바닥판 교량의 열영향 해석기법은 단순한 온도하중을 재하하는 방법과 열원을 적용하는 방법으로 대별될 수 있다. 본 연구에서는 다양한 시공환경에 적용 가능한 열원을 산정하여 열영향 해석을 수행하고, 기존 재래식 방법인 온도하중을 부여하는 방법과 상호 비교하여 검토하고자 한다.

The purpose of this study is to investigate the causes of corrosion of steel plate deck longitudinal U-ribs and to investigate the reinforcement method. It was confirmed that the corrosion of the longitudinal U-ribs occurred due to penetration water of the bolt hole of the shear key used in construction. The longitudinal U-ribs which were corroded were stiffened by attaching reinforcing plates, and finishing treatment was performed to prevent the surface water from flowing into the inside.