콘크리트 충전 강교각의 내진 성능 평가

정지만,장승필,인성빈 한국지진공학회 2002 한국지진공학회논문집 Vol.6 No.5

최근, 콘크리트 충전 강교각은 신속한 시공과 뛰어난 연성능력으로 인해 도심지에서 철근 콘크리트 교각의 대안이 되고 있다. 이러한 콘크리트 충전 강교각은 내진 설계에서도 훌륭한 성능을 발휘할 수 있으나 내진 설계의 가이드가 없어 내진 설계시 그 성능을 모두 반영하지 못하고 있는 상황이다. 이에 실제 적용을 위해 콘크리트 충전 강교각 실험으로부터 얻어진 실험치로부터 내진 설계에 지침이 될 수 있는 가이드를 제시하고자 한다. 콘크리트 충전 강교각과 일반 강교각의 연성 능력을 평가하기 위해 준 정적 반복 재하 실험을 수행하고, 지진 거동을 검증하기 위해 고베 지진을 입력 데이타로 한 유사 동적 실험을 수행한다. 콘크리트 충전 강교각은 일반 강교각에 비해 만족할 만한 연성도와 강도를 보이고, 동적 거동은 상대적으로 큰 이력감쇠를 증명한다. 실험으로 얻어진 데이터를 근거로 하여 콘크리트 충전 강교각의 내진 성능을 정량화 하고, 탄성응답 스펙트럼에 의한 지진응답 수정계수법과 유효 점성 감쇠를 이용한 성능 곡선 및 요구 스펙트럼에 의한 성능기초 설계법의 비교를 통하여, 콘크리트 충전 강교각과 일반 강교각의 내진 성능을 평가한다. 이러한 내진 성능 평가를 기초로 하여, 일반 강교각과 더불어 내진 설계에 적용할 수 있는 콘크리트 충전 강교각의 지진응답 수정계수를 제시한다. A recent development, a concrete-filled steel(CFS) pier is an alternative to a reinforced concrete bridge pier in an urban area, because of its fast construction and excellent ductility against earthquakes. The capacity of CFS piers has not been used to a practical design, because there is no guide of a seismic design for CFS piers. Therefore, the guide of a seismic design value is derived from tests of CFS piers in order to apply it to a practical seismic design. Steel piers and concrete-filled steel piers are tested with constant axial load using quasi-static cyclic lateral load to check ductile capacity and using the real Kobe ground motion of pseudo-dynamic test to verify seismic performance. The results prove that CFS piers have more satisfactory ductility and strength than steel piers and relatively large hysteretic damping in dynamic behaviors. The seismic performance of steel and CFS piers is quantified on the basis of the test results. These results are evaluated through comparison of both the response modification factor method by elastic response spectrum and the performance-based design method by capacity spectrum and demand spectrum using effective viscous damping. The response modification factor of CFS piers is presented to apply in seismic design on a basis of this evaluation for a seismic performance.

강교량 장수명화를 위한 최신 방식 가이드라인 소개

김철민 ( Kim Chul-min ),임석빈 ( Im Seok-been ),김동주 ( Kim Dong-joo ),김인태 ( Kim In-tae ) 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.23 No.2

이 연구에서는 강교량 노후화의 주요 원인인 부식손상에 대하여 현재 작성 중인 강교량 방식 가이드라인을 소개하고자 한다. 강교량 방식 가이드라인은 최근 연구 성과 및 최신 기술 등을 바탕으로 강재의 부식과 방식, 강교량의 부식 상태 조사 및 평가, 강교량의 보수 도장 및 방식대책, 강교량의 폐합 단면 및 폐합 부재의 부식상태 조사 및 평가, 방식대책으로 구성되어 있다. 이처럼 가이드라인은 강교량의 일반적인 부식, 방식을 포함하여 인력점검이 어려운 부재, 폐합 부재의 부식조사, 평가법 등까지 실무에서 활용할 수 있도록 개발 중이다.

패턴인식 기법을 이용한 강교 도장관리 시스템

이종민(Lee Jong Min),김회율(Kim Whoi Yul),정해문(Cheong Hai Moon),이찬영(Lee Chan Young) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.2A

국가의 중요한 사회간접자본인 도로에서 강교가 차지하는 비율이 계속 증가함에 따라 강교의 효율적인 유지보수기술의 필요성 또한 높아지고 있다. 강교의 유지보수는 크게 구조적인 측면과 교량의 부식을 방지하는 도장을 유지 보수하는 활동으로 이루어진다. 본 논문에서는 도막 영상의 색상 정보와 녹의 특성을 고려한 패턴인식 기법을 이용하여 강교 도장의 도막 상태를 정량적으로 진단하고 유지 보수 정보를 관리하는 ACIMS(Automatic Coating Inspection and Management System)을 소개한다. 개발된 시스템은 서버, 클라이언트 구조로서, 검사자가 입력하는 도막 영상에서 녹과 박리를 검출하는 클라이언트 측의 도막진단모듈과 검사된 강교의 정보를 관리하는 서버측의 정보관리모듈로 구성된다. 도막진단모듈은 영상에서 자동으로 진단이 필요한 영역을 설정하며, 워터쉐드에 의해 분할된 영역의 색상 정보와 주변 영역과의 관계를 이용하여 진단 영역 안에 존재하는 녹과 박리를 검출하고, 그 진단 결과는 DB에 저장된다. 정보관리모듈은 열화 정도나 검사 시기에 따른 강교 도막의 정보들을 제공하기 때문에 사용자는 전국에 산재된 강교의 도막에 관한 유지보수 정보를 중앙에서 효율적으로 관리 할 수 있다. ACIMS는 육안에 의한 도막 점검시 우려되는 검사자의 경험이나 지식 부족에 의한 잘못된 도막 상태 진단을 방지하여 일관성을 유지하며, 육안 검사시 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있다. 열화 등급 판정의 정확도를 검증하기 위한 실험결과 제안하는 시스템은 전문가가 육안 관찰을 통해 실시한 등급 판정 결과와 92.55% 일치하는 정확도를 보였다. As the number of steel bridges which are important SOC of nation has been increased, the requirement of the efficient management technique of steel bridges is increased. The management of steel bridge is composed of structural side and anti corrosion side roughly. In this paper, we introduce an Automatic Coating Inspection and Management System (ACIMS) that diagnoses coating condition of steel bridge automatically using image processing and pattern recognition technique. The system assesses coating of steel bridges using color information and properties of deteriorations, and manages the data of inspection for maintenance. The proposed system is consisted of two modules: Server and client side. The client has the inspection module that detects rust area and peeled region in image by non-parametric modeling of the color distribution, The server manages the data of the inspection results and supplies useful information to user. By using the system, we can avoid errors which are produced by the lack of experience or knowledge of inspector, and reduce time and costs. As the ACIMS integrates the enormous information of steel bridges efficiently, it gives advantages in maintaining coating of steel bridges in both economical and technological side. Through the experiment, the ACIMS was tested on pictures which are obtained by local worker and accuracy which was calculated by comparing the inspection results with those which were obtained by experts is 92.55%.

소규모 화재 모의실험을 통한 강교의 수열온도 추정기법

옹왕치 ( Weng Wang-chi ),송시윤 ( Song Si-yun ),차기혁 ( Cha Ki-hyuk ),김인태 ( Kim In-tae ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.2

강재의 역학적 성능은 다른 재료보다 우수하지만, 부식 및 화재 손상에 취약하다. 강재는 부식을 방지하기 위하여 주로 도장 표면 처리되어 있는데, 강교에 화재가 발생하면 화재 온도에 따라 강교의 내하력에 영향을 미칠 수 있어 강교의 화재 피해정도를 알아보기 위해서는 신속한 수열온도를 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 강교의 수열온도를 추정하기 위하여 가스로를 이용하여 표준시방서(KCS 14 31 40 : 2016 도장)의 강교 일반중방식 도장계를 대상으로 가열 온도 200, 300, 400, 500, 600℃와 가열 지속시간 30분간의 가열실험을 실시하였다. 그 결과 일반중방식 도장계의 표면 상태평가를 통해 강교의 수열온도를 추정할 수 있음을 확인하였다.

강합성교각의 내진성능평가 1 : 준정적 반복재하실험

조창빈,서진환,장승필 한국지진공학회 2002 한국지진공학회논문집 Vol.6 No.2

강합성교각과 강교각은 철근곤크리트교각에 비해서 우수한 연성, 작은 단면 및 빠른 시공속도에도 불구하고 이 같은 장점들을 활용할 필요가 있는 도시지역에서조차 철근콘크리트교각의 대안으로서 활용되지 못하였다. 이 논문은 강합성교각과 강교각의 내진성능 평가에 관한 연속된 두편의 논문 중 첫편으로 강교각과 강합성 교각의 연성과 강성을 평가 비교하기 위해 수행한 준정적 반복재하실험을 대상으로 하였다. 기존의 강교각 및 강합성교각의 실험과 더불어 채움콘크리트와 하부 다이어프램간의 부작을 개선한 상세를 실험하였다. 또한, 강합성교각의 연성과 강성을 산정하기 위한 간편한 수치해석방법을 찾기 위해 비선형 스프링과 쉘요소를 사용한 해석을 시도하였다. 도시내의 전형적인 오버패스구간의 교각을 모델로 한 실험결과, 강합성교각은 강교각에 비해서 우수한 강성과 에너지 소산능력을 가지고 있는 것으로 나타났으며 채움콘크리트의 부착과 응력집중부의 상세를 개선시기는 것이 강합성교각의 연성과 강성을 증가시키는데 효과적인 것으로 나타났다. 시도된 수지해석방법은 강합성교각과 강교각의 거동을 완벽하게 모사하지는 못했지만 추가적인 연구가 진행되면 연성과 강성을 평가하는 간편한 방법으로 사용될 수 있는 것으로 판단된다. Steel piers and concrete-filled steel(CFS) piers, in spite of reasonable strength, high ductility, small section, and fast construction, have not been considered as one of alternatives to RC piers even in the highly populated urban area where aseismic safety, limited space and fast construction are indispensably required. This paper, the first of two companion papers for the seismic performance of steel and CFS piers, tests steel and CFS piers under quasi-static cyclic loading to estimate their ductility and strength. Additional details such as rebars and base ribs are added to increase the ductility of a concrete-filled steel pier with minimum additional cost. Also, simplified numerical analyses using nonlinear spring and shell elements are examined for the estimation of the ductility and strength of concrete-filled steel piers and a steel pier. The result shows that concrete-filled steel peirs have higher energy absorption, i.e., ductility and strength than those of steel pier and increasing bonding between in-filled concrete and lower diaphragm, and the improved details of stress concentrated region would be important for the ductility and strength of a pier. Numerical results show that simplified modeling with nonlinear springs and shells has potential to be effective modeling technique to estimate the seismic performance of a concrete-filled steel pier.

강합성교각의 내진성능평가 Part Ⅰ: 준정적 반복재하실험

조창빈,서진환,장승필 한국지진공학회 2002 한국지진공학회논문집 Vol.6 No.2

Steel piers and concrete-filled steel(CFS) piers, in spite of reasonable strength, high ductility, small section, and fast construction, have not been considered as one of alternatives to RC piers even in the highly populated urban area where aseismic safety, limited space and fast construction are indispensably required. This paper, the first of two companion papers for the seismic performance of steel and CFS piers, tests steel and CFS piers under quasi-static cyclic loading to estimate their ductility and strength. Additional details such as rebars and base ribs are added to increase the ductility of a concrete-filled steel pier with minimum additional cost. Also, simplified numerical analyses using nonlinear spring and shell elements are examined for the estimation of the ductility and strength of concrete-filled steel piers and a steel pier. The result shows that concrete-filled steel piers have higher energy absorption, i.e., ductility and strength than those of a steel pier and increasing bonding between in-filled concrete and lower diaphragm, and the improved details of stress concentrated region would be important for the ductility and strength of a pier. Numerical results show that simplified modeling with nonlinear springs and shells has potential to be effective modeling technique to estimate the seismic performance of a concrete-filled steel pier. 강합성교각과 강교각은 철근콘크리트교각에 비해서 우수한 연성, 작은 단면 및 빠른 시공속도에도 불구하고 이 같은 장점들을 활용할 필요가 있는 도시지역에서조차 철근콘크리트교각의 대안으로서 활용되지 못하였다. 이 논문은 강합성교각과 강교각의 내진성능 평가에 관한 연속된 두편의 논문 중 첫편으로 강교각과 강합성교각의 연성과 강성을 평가 비교하기 위해 수행한 준정적 반복재하실험을 대상으로 하였다. 기존의 강교각 및 강합성교각의 실험과 더불어 채움콘크리트와 하부 다이어프램간의 부착을 개선한 상세를 실험하였다. 또한, 강합성교각의 연성과 강성을 산정하기 위한 간편한 수치해석방법을 찾기 위해 비선형 스프링과 쉘요소를 사용한 해석을 시도하였다. 도시내의 전형적인 오버패스구간의 교각을 모델로 한 실험결과, 강합성교각은 강교각에 비해서 우수한 강성과 에너지 소산능력을 가지고 있는 것으로 나타났으며 채움콘크리트의 부착과 응력집중부의 상세를 개선시키는 것이 강합성교각의 연성과 강성을 증가시키는데 효과적인 것으로 나타났다. 시도된 수치해석방법은 강합성교각과 강교각의 거동을 완벽하게 모사하지는 못했지만 추가적인 연구가 진행되면 연성과 강성을 평가하는 간편한 방법으로 사용될 수 있는 것으로 판단된다.

모듈러 강교량 상부모듈의 조립체계 정의를 통한 IFC 기반의 부품정보 표현방법

안현정,이상호,An, Hyun Jung,Lee, Sang-Ho 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.4

모듈러 강교량 제작, 조립, 설계, 시공단계에서 상부모듈의 부품정보를 효율적으로 제공하고 교환하기 위하여 BIM(Building Information Modeling) 프로젝트에서 정보교환을 위하여 사용하는 국제표준인 IFC 모델을 활용한 부품정보 라이브러리 구축방법을 제시하였다. 모듈러 강교량의 상부모듈을 구성하는 부품정보를 IFC 모델로 표현하기 위하여 의미론적인 관점에서 기존 IFC 모델에서 부품정보를 표현할 수 있는 엔티티와 모듈러 강교량의 구성요소를 매칭하여 적용하였으며, 구성요소의 역할을 구분하기 위하여 매칭한 엔티티의 타입을 적용하거나 사용자정의 타입으로 정의하였다. 또한, 부품 정보 라이브러리에서 부품 및 조립품의 정보를 해당단계에서 효율적으로 제공하기 위하여 조립체계를 네 단계의 상세수준(LoD)으로 구분하여 정의하였으며, 이를 IFC 모델로 표현하기 위하여 새로운 속성정보를 정의하였다. 마지막으로, IFC 모델과 매칭하여 정의한 정보를 실제 모듈러 강교량 상부모듈에 적용하여 IFC 기반의 시범 라이브러리 정보를 생성하였다. IFC-based representation method of part library for superstructure module of modular steel bridge is proposed. The library is capable of efficiently offering and exchanging part information in process of manufacture, assembly, design, and construction of modular steel bridge. Entities, representing physical part information in IFC model, are matched semantically with parts of the superstructure module for representation of part information with IFC model. Either types of matched entities are applied in order to verify the role of each part, or new types are defined as a user-defined types. In addition, assembly system has been classified and defined into 4 levels of LoD(Level of Detail) to provide appropriate part information efficiently from the part library in each step of the process. Then, new property is defined for representing the LoD information with IFC Model. Finally, IFC-based test library of modular steel bridge is generated by applying the matched entities and entity types to the actual the superstructure module of modular steel bridge.

모듈러 강교량 상부모듈 구성파트의 3차원 조립설계를 위한 파라메트릭 모델링 방법

이상호,안현정,Lee, Sang Ho,An, Hyun Jung 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.1

본 연구에서는 모듈러 강교량 상부모듈 구성파트의 효율적인 3차원 조립설계를 위하여 BIM(Building Information Modeling)의 핵심기술 요소인 파라메트릭 모델링 방법을 연구하였다. 모듈러 강교량 상부모듈 구성파트의 3차원 조립설계를 위하여 모듈의 조립체계를 상세수준(LoD: Level of Details) 3단계로 정의하였다. 모듈을 구성하는 각 파트들의 3차원 형상구성을 위한 요소들을 추출하여 매개변수, 매개변수에 따라 변하는 종속변수, 매개변수에 따라 변하지 않는 고정 값으로 구분하여 정의하였으며, 조립체계 단계에 따라 파트간의 공간적 조립규칙을 정의하였다. 공간적 위치를 구속하기 위하여 3차원 형상구성 요소간의 위치관계를 정의하였으며, X, Y, Z 축에 대한 자유도를 구속하기 위하여 기하학적 관계를 정의하였다. 또한, 정의한 조립규칙을 적용하여 모듈러 강교량 상부모듈의 3차원 조립설계를 위한 표준템플릿을 구축하였으며, 정의한 매개변수의 변화에 따른 강교량 상부모듈의 형상변화 검토를 통하여 파라메트릭 모델링 방법의 적용성을 검증하였다. A parametric modeling method, one of the core technology of BIM (Building Information Modeling), is proposed for efficient 3D assembly design among components of a superstructure module of modular steel bridge. Assembly system is classified into 3 levels as LoD (Level of Details) for 3D assembly design of the parts. Components forming 3D shape of the parts are identified and defined as parameters, variables depending on parameters, or constants independent of the parameters. Then, spatial assembly rules among the parts are defined according to the assembly system. Positional relations among the identified shape components are defined for mating spatial position and geometrical relations are defined for constraining degree of freedom on X, Y, and Z axis. Finally, a standardized template is designed by applying the rules to 3D based assembly design for the parts of the superstructure module. In addition, applicability of the parametric modeling method is demonstrated by testing the shape variation of the superstructure module according to changing the defined parameters.

고속도로 강구조물의 효율적 유지관리를 위한 도막수명예측

이찬영(Lee Chan-Young),정해문(Cheong Haimoon),박진환(Park Jin-Hwan) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.3A

고속도로상의 강교 도장에 사용되어온 도장계는 광명단 조합페인트, 염화고무계, 수용성 무기정크, 내후성 중방식, 초내후성 중방식 등이 있으며, 이들 도장계 중 가장 널리 사용되어온 도장계와 열화가 많이 진행된 도장계를 중심으로 도막열화도 평가를 실시하고 통계적 회귀분석을 통해 도막의 수명을 예측해 보았다. 평가 대상 교량은 고속도로상의 교량 중 75개 교량을 선정하였으며, 한국도로공사에서 사용하고 있는 “강교의 보수도장 지침”에서: 규정하는 평가점 부여 방법에 따라 도막열화도 평가를 실시하였다. 도막수명예측 결과는 전국 평균이 13.0~13.3년, 수도권의 도시 및 공장지역 11.8년, 수도권 이외의 전원지역 13.2년, 염화고무계 13.5~13.7년, 조합페인트 12.86년으로 나타났다. 도막의 잔여수명 예측을 위해 기준열회곡선을 현재 시점의 열화도 위치로 x축 및 y축에 대하여 각각 평행이동시켜 본 결과 x축에 대해 평행이동하는 것이 실제 열화 양상과 잘 부합된다고 판단되었다. 고속도로상의 강교 전반에 걸쳐 보수도장 판정기준을 수립하기 위하여 기준열회독선 회귀분 석시 도출된 각 계수의 오차값을 가감하여 상한식과 하한식을 구하였다. 도막수명예측 상ㆍ하한곡선을 바탕으로 강교 도장의 잔여 수명과 적정 보수도장 시기를 예측하기 위하여 도막의 상태에 따라 8개 부분으로 영역을 구분하고, 각각의 영역에 대한 보수도장 판정 기준을 제시하였다. Among coating systems used for steel bridge coatings on highway such as red lead-pigmented alkyd, chlorinated rubber, waterborne inorganic zinc, inorganic zinc/epoxy/urethane and inorganic zinc/epoxy/fluororesin, evaluation of deterioration degree and prediction of lifetime through regression analysis were carried out for coating systems widely used and grossly degraded. For evaluation of deterioration degree, 75 bridges on highway were selected, and evaluations were carried out according to point offering method regulated by Guideline of maintenance coating for steel bridges used in Korea Expressway Corporation. Lifetime prediction results showed 13.0~13.3 years for the whole nation, 11.8 years for urban and industrial region in the metropolitan area, 13.2 years for rural region except the metropolitan area, 13.5~13.7 years for chlorinated rubber coating systems, and 12.86 years for red lead-pigmented alkyd systems. For prediction of the rest life of coating, we tried to execute parallel translations of standard deterioration curve to current life and deterioration degree for both x and y axes, and it was thought that parallel translation for x axis corresponded to deterioration aspects in actual environment. Maximum and minimum equations were derived from standard deterioration equation by adding and subtracting error values deduced in regression analysis to/from each coefficient in order to establish maintenance coating criteria for overall steel bridges on highway. Whole domain was divided into 8 parts in order to predict the rest life of coating and optimum time of maintenance coating, and maintenance coating criteria for each 8 domains were presented.

내후성강재의 철도용 강교량 적용기술

조광일(Kwang-Il Cho),성택룡(Taek-Ryong Seong),박용명(Yong Myung Park),권오혁(Oh-Hyuk Kwon),안기성(Ki-Sung An) 한국철도학회 2016 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2016 No.10

장지간 철도교에는 강교의 적용이 필수적이나 재도장이 필요한 단점을 가지고 있어, 재도장이 불필요한 내후성강이 강교에 적용되었다. 미국과 일본에서는 1960년대부터 강교량에 내후성강을 사용해왔고 현재에는 강교 적용 시 내후성강을 우선적으로 고려하고 있다. 반면, 국내에서는 1992년에 내후성강을 교량에 최초 적용한 후 도로교 약 30개소에 적용하였으나 철도교에는 적용사례가 없다. 이에 국내 교량 건설환경에 적합한 고강도 내후성강재로 HSB500W 및 HSB600W가 개발되었으며, 이의 사용을 위한 용접재료 및 이용기술이 개발되었다. 연구 결과, 내후성강 거더는 교량 적용에 필요한 성능을 모두 갖추었으며, 초기 제작비 약 5%, 100년 생애주기비용 약 30%를 절감할 수 있는 것으로 나타났다. Steel bridges usually applied for long-span railway bridges require repainting during those service life. To save the costs of repainting, weathering steels have been used for bridges since 1960s in the United States and Japan. Also, weathering steels have been having a priority when steels are considered as main material of bridges. On the other hand, there are few weathering steel bridges in Korea. In order to expand the application of weathering steels, the high-strength weathering steels HSB 500W and 600W were developed newly and those performances were evaluated. It was found that about 5% of the initial construction cost and about 30% of LCC for 100 years are reduced when the hybrid weathering steel bridge is applied.