개단면리브를 갖는 강바닥판 교량의 국부거동 분석 및 피로균열 보강방안

이성진,경갑수,이희현,전준창 한국구조물진단유지관리공학회 2013 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.17 No.2

강바닥판의 구조상세에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있으나, 대부분의 연구가 표준형의 U-rib를 대상으로 실시되었을 뿐, 강바닥판 건설초기의 개단면리브형식에 대한 연구는 미진한 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 공용연수 31년된 개단면세로리브형식의 강바닥판 교량의 피로균열 발생 원인을 조사하기 위하여 실교통류하에서의 계측 데이터를 통하여 대상구조상세의 거동 특성을 분석하였다. 또한 상세구조해석을 통하여 대상교량을 통과하는 대표트럭하중을 추정하고, 상세영향면해석을 이용하여 대상구조상세의 응력 및 변형특성을 분석하였다. 이들 분석에 기초하여 피로균열이 발생된 대상구조상세의 보강방안을 제시하고, 이에 대한 타당성을 검증하였다. 연구결과, 개단면리브에서의 피로균열의 발생원인은 개단면부에서의 전단변형에 의한 응력증가 및 차량의 이동에 따른 교번응력의 발생에 기인하는 것으로 조사되었으며, 국부구조상세에 대한 피로설계에서는 구조상세의 거동특성이 충분히 반영된 상세해석에 근거한 설계를 실시하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다. Although many studies have been performed for the structural details of orthotropic steel deck, most of them were focused on the trough rib of standard type, but not for orthotropic steel deck with longitudinal rib of open section used at beginning of the deck. In order to investigate the cause of fatigue crack for orthotropic steel deck bridge serviced 31 years with longitudinal rib of open section, in this study, the behavior characteristics of target structural details were analyzed based on measurement data under real traffic condition. Also the typical loading truck passing the target bridges was estimated with the structural analysis detailed, and the stresses and deformation patterns of target structural details were analyzed by performing the detailed structural analysis. Based upon the analysis, retrofitting methods of the fatigue crack were suggested and its validation was examined. From this study, it was clarified that fatigue crack of longitudinal rib with open section were affected with the stress increment by shear deformation in the rib and the occurrence of alternative stress due to moving vehicle. In addition, it was known that it is important to perform fatigue design reflected the local behavior of the structural details.

재하 크기에 따른 개단면 리브 보강판의 국부 처짐과 국부 모멘트의 정형화

주석범,Chu, Seok Beom 한국강구조학회 2013 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.25 No.3

본 연구에서는 개단면 리브를 갖는 보강판에서 발생하는 국부처짐과 모멘트가 정사각형 재하크기에 따라 어떻게 변화하는지 분석하여 이를 정형화 하고자 하였다. 평강 리브와 역T형 리브를 갖는 보강판에 대하여 각각의 재하크기별로 여러 가지 제원 변화에 따른 비율함수를 구하여 분석한 결과, 재하크기에 따라 기준 보강판의 값에는 차이가 있으나 리브 간격을 제외하고, 각 제원별 비율 함수에는 큰 차이가 없어 재하크기를 통합하여 표현 가능함을 알 수 있었다. 또한, 평강 리브와 역T형 리브의 차이도 크지 않아 리브 형태와 상관없이 통합한 하나의 함수로 사용 가능함을 알 수 있었으며, 이러한 통합된 하나의 비율함수식을 적용한 결과 상당한 정확도를 나타내었다. 본 연구에서 제안한 통합 함수를 L형 리브와 직사각형 재하에 적용한 결과, 타당한 결과를 나타내어 통합 함수의 적용성을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제안한 통합 비율함수식을 이용하면, 개단면 리브를 갖는 보강판에서 발생하는 국부처짐과 국부 모멘트 결과를 간편하게 얻을 수 있을 것으로 판단된다. In this study, stiffened plates with open ribs are analyzed to estimate and formulate the local displacement and local moments according to square loading sizes. For the local behaviors of plates stiffened with rectangular and reverse T ribs, the ratio functions according to the dimensions of stiffened plates are obtained at each square loading size. Analytical results show that values of the basic stiffened plates are different but the ratio functions of each square loading size are similar and the difference of the ratio functions between rectangular ribs and reverse T ribs are small, so the ratio functions can be unified by integrating the loading sizes regardless of the rib type. The application of the unioned ratio functions to L type ribs and rectangular loading shows good accuracies. Therefore, the local behaviors of plates stiffened with open ribs can easily be obtained by using the unioned ratio functions proposed in this study.

집중하중을 받는 개단면 리브 보강판의 국부 거동

주석범,Chu, Seok Beom 한국강구조학회 2005 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.17 No.5

본 논문에서는 개단면 리브를 갖는 보강판에 대하여 직교이방성 강성비를 매개변수로 하여, 집중하중이 작용하는 경우 발생하는 보강판의 국부 처짐 및 국부 모멘트에 대한 연구를 수행하였다. 보강판의 국부 거동을 파악하기 위하여 리브 사이에 위치한 판의 중앙점에 하중이 작용하는 경우를 고려하였으며, 전체적인 거동을 산정하기 위하여, 판의 중앙에 위치한 리브 위에 하중이 작용하는 경우를 해석하였다. 여러 가지 보강판에 대한 국부 거동을 분석한 결과, 국부 모멘트의 증가 비율은 리브 간격과 상관없이 리브 크기에 따라 일정함을 알 수 있었으며, 또한, 보강판의 전체 처짐에 대한 국부 처짐의 비율은 리브 간격과 강성비의 함수로 표현할 수 있음을 알 수 있었다. 이러한 관계식을 예제에 적용한 결과, 실제 국부 처짐이 발생하는 경우와 상당한 정확도를 나타내었으며, 또한 직교이방성 판 해석에 적용한 결과, 상당한 정확도의 증가를 나타내었다. 따라서, 본 연구에서 제안한 함수식을 이용하면, 개단면 리브를 갖는 보강판의 전체 거동으로부터 간편하게 국부 거동 결과를 예측할 수 있을 것으로 판단된다. In this paper, the parametric study on the local displacement and the local moment due to a concentrated load is performed for stiffened plates with open ribs and the orthotropic rigidity ratio of stiffened plates is selected as the parameter. For estimating the local behavior, stiffened plates loaded on the center of plates between the ribs were considered and for the global behavior, stiffened plates loaded on the rib at the center of plates were analyzed. The Analyzed results for the local behavior of stiffened plates show that the increasing ratio of the local moment according to rib sizes is constant regardless of rib spaces and the ratio of the local displacement to the global displacement can be expressed as a function of the rib space and the rigidity ratio. The application of functions to examples shows good accuracy in comparison with the local behavior of stiffened plates loaded on the center of plates and the application to the orthotropic analysis of stiffened plates improves accuracy. Therefore, using functions proposed in this study, the local behavior can easily be estimated from the global behavior of stiffened plates with open ribs.

개단면 리브를 갖는 보강판에 대한 직교이방성 강성의 보정 방법

주석범,최영,Chu, Seok Beom,Choi, Young 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.2

In this paper, the modified method of orthotropic rigidities for stiffened plates with open ribs is proposed to solve the problem of the inaccurate results of the orthotropic plate analysis according to the dimensions of stiffened plates. In analyzing various types of stiffened plates with open ribs using the isotropic and orthotropic plate element, orthotropic plates are found to gave smaller maximum displacements compared to isotropic plates in a range that is smaller than the special rigidity ratio and reversely. Therefore, obtaining a more accurate solution of the orthotropic plate analysis requires modifying the orthotropic rigidities of stiffened plates according to the rigidity ratio. This study presents two modified methods using the displacement function and the displacement ratio. The application of the two methods improves the accuracy of the results of the orthotropic plate analysis, although the modified method using the displacement ratio is better than the method using the displacement function in terms of serviceability and safety. The comparison with the experimental example shows that the proposed modified method improves accuracy. Therefore, the orthotropic plate analysis of stiffened plates with open ribs can achieve more accurate results using the proposed method in this study. 본 연구에서는 보강판을 직교이방성 판으로 해석하는 경우 보강판의 제원에 따라 정확도에 큰 차이를 보이는 단점을 해결하기 위하여, 개단면 리브를 갖는 보강판에 대하여 직교이방성 강성을 보정하는 방법을 제안하였다. 여러 가지 보강판에 대하여 등방성 및 직교이방성 판 요소로 모델링하여 해석하고 최대 처짐을 비교한 결과, 특정 강성비를 중심으로 이보다 강성비가 작아질수록 직교이방성 판이 더 작은 처짐을, 이보다 커질수록 더 큰 처짐을 나타내어 정확도의 향상을 위해서는 강성비에 따른 직교이방성 강성 수정이 이루어져야 함을 알 수 있었다. 거동 분석을 토대로, 직교이방성 판의 처짐식과 판만의 처짐과 관련한 처짐 비율을 이용하는 두 가지 강성 수정 방법을 제안하였으며, 두 경우 모두 오차율 및 오차율의 분포폭이 크게 감소하여 정확도가 크게 향상되지만, 처짐 비율의 방법이 처짐식을 이용한 방법보다 사용성 및 안정성 측면에서 더 적절한 것으로 나타났다. 또한, 개단면 리브를 갖는 보강판을 직교이방성 판으로 해석하는 경우, 본 연구에서 제안한 강성 수정 방법을 사용하여 보강판의 직교이방성 휨강성을 보정하게 되면, 상당한 정확성의 증가로 보강판에 대한 간편하고 타당한 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

보강판 제원에 따른 개단면 리브 보강판의 국부 처짐과 국부 모멘트의 정형화

주석범,Chu, Seok Beom 한국강구조학회 2012 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.24 No.6

본 연구에서는 개단면 리브 보강판에 대하여 여러 가지 제원 변화에 따른 국부 처짐과 국부 모멘트를 정형화하고자 하였다. 평강 리브와 역T형 리브를 갖는 여러 가지 보강판을 분석한 결과, 하부 플랜지가 국부 거동에 미치는 영향이 매우 작아 국부 거동은 리브 간격, 복부 두께와 높이, 판 두께에 대한 비율 함수로 표현할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 평강 리브와 역T형 리브를 갖는 보강판의 비율 함수가 유사한 결과를 나타내어 하나의 비율 함수로 통합 가능하였으며, 이를 적용한 결과 타당한 결과를 나타내었다. 다른 형태의 보강판에 비율 함수를 적용한 결과, 오차율 증가가 크지 않아 본 연구의 적용성을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제안한 국부 거동에 대한 비율 함수식을 이용하면, 개단면 리브를 갖는 보강판의 국부 처짐과 국부 모멘트에 대하여 제원과 상관없이 간편하게 타당한 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. The purpose of this study is to formulate the local displacement and moments of a plate stiffened with open ribs according to the dimensions of stiffened plates. Analyzed results of various plates stiffened with rectangular and reverse T ribs show that the effect of the lower flange to the local behavior is very small, so the local behavior can be expressed by ratio functions of the rib space, web thickness, web height and plate thickness and the ratio functions of rectangular and reverse T ribs can be unioned. The application of ratio functions to other types of stiffened plates shows that the increment of the error ratio is so small compared with examples of this study that the applicability of this study is proved.

개단면 리브를 갖는 보강판의 직교이방성 강성 수정 계수

주석범,최영,Chu, Seok Beom,Choi, Young 한국강구조학회 2005 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.17 No.1

In this paper, the modified coefficient of the orthotropic rigidity for stiffened plates with open ribs is proposed to improve the inaccurate results of the orthotropic plate analysis. For stiffened plates with rectangular and angle ribs having various aspect ratios and boundary conditions, the aspect ratio and the rigidity ratio are selected as parameters and the parametric study on the modified coefficient is performed. Analyzed results of stiffened plates modeling with the isotropic and orthotropic plate element show that the modified coefficient can be expressed as a function of the rigidity ratio for each rib space regardless of the aspect ratio in case of the aspect ratio under 1 and can be represented as a single union function without regard to rib spaces and aspect ratios in the other case. The results also shows that the effects of the boundary condition on the modified coefficient is small and coefficient functions have different values according to rib shapes. The application to examples shows that the modified coefficient of the orthotropic rigidity improves accuracy. Therefore, the orthotropic plate analysis of stiffened plates with open ribs can easily achieve more accurate results using the coefficient function proposed in this study 본 연구에서는 개단면 리브를 갖는 보강판을 직교이방성 판으로 해석하는 경우 발생하는 정확도 문제를 개선하기 위하여 보강판의 직교이방성 휨 강성에 대한 강성 수정 계수를 제안하였다. 매개변수로는 강성비와 변장비를 선택하고, 변장비와 지지조건을 달리하며 여러 가지 평강 리브와 L형 리브를 갖는 보강판의 강성 수정 계수에 대한 매개변수 연구를 수행하였다. 보강판을 등방성 판요소와 직교이방성 판요소로 모델링하여 해석한 결과, 강성 수정 계수는 변장비 1 미만의 경우 변장비와 상관없이 리브 간격 별로 강성비에 대한 하나의 함수로 표현 가능하고, 변장비 1 이상인 경우 리브 간격 및 변장비에 따른 처짐 비율 차이가 크지 않아 하나의 통합된 함수로 대표할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 강성 수정 계수에 대한 지지조건의 영향은 크지 않으며, 리브 형태별로 다른 강성 수정 계수 함수가 필요함을 알 수 있었다. 강성 수정 계수 함수를 예제에 적용한 결과, 해의 정확도가 크게 향상되어, 개단면 리브를 갖는 보강판을 직교이방성 판으로 해석하는 경우 본 연구에서 제안한 강성 수정 계수 함수를 적용하면, 간편하게 좀 더 정확한 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

개단면 리브를 갖는 보강판의 직교이방성 판 해석

주석범(Seok Beom Chu),김창수(Chang Su Kim) 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.6

An analysis program using orthotropic plate elements was developed to simplify the analysis of plates stiffened with open ribs and the orthotropic behavior of stiffened plates and the application of this program were evaluated using the sensitivity analysis and the parametric study. The inertial moment ratio, i.e., the ratio of the inertial moment of the rib to that of the plate was defined and the orthotropic behavior of stiffened plates corresponding to the inertial moment ratio was proved by the sensitivity analysis. To evaluate the application of this program, the parametric study for various types of stiffened plates was performed and then the maximum displacement of this study was compared to that of ABAQUS using isoparametric plate elements. The Results of this study agreed well with that of ABAQUS at the particular inertial moment ratio, that is proposed to the limit ratio of the orthotropic plate analysis and the correlative function between the error ratio and the inertial moment ratio was obtained. Therefore, the orthotropic plate analysis of stiffened plates with open ribs could have safe results over the limit ratio and also have good results simply by using the correlative function of this study.