주행차량의 종류와 아스팔트 콘크리트 포장 평탄성에 따른 동적하중 증가계수 산정

최준성,서주원,김종우 한국도로학회 2012 한국도로학회논문집 Vol.14 No.2

In this study, frequently passing vehicles with two, three, four, and five axles were chosen through traffic volume analysis in Kyung-In Expressway in order to analyze how the road roughness and vehicle speed affect on the dynamic loads for roads in various vehicle classes. Dynamic loads according to chosen vehicles are estimated by TruckSim program. Dynamic load amplification factor is ratio between dynamic and static loads, and it is also determined for each vehicle classes. From the result of dynamic loads estimated by the dynamic load amplification factor, it is shown that for three-axles vehicle, when IRI is 3.5 and vehicle speed is 100km/hr, asphalt pavements receive additional 36% of static loads in maximum. The analysis of the amplification factor according to each vehicle classes also indicates that the amplification factor increases as the distance between the axles becomes smaller and each axle receives more loads. 다양한 종류의 차량하중을 대상으로 도로의 평탄성과 차량의 속도가 도로에 작용하는 동적하중에 미치는 영향을 분석하기위하여 경인고속도로의 교통량자료 분석을 통하여 통과빈도가 높은 대표 중차량 개념의 2축, 3축, 4축 그리고 5축 차량을 선정하였다. 선정된 대표 중차량을 대상으로 도로의 평탄성과 주행차량의 속도에 따른 동적 축하중을 TruckSim 프로그램을 통하여 산정한 후, 각 대표 중차량을 대상으로 도로 평탄성 변화에 따른 동적하중에 대한 정적하중의 비인 동적하중 증가계수를산정하였다. 본 연구를 통해 산정된 동적하중 증가계수로부터 예측한 동적하중은 3축 대표 중차량에서 IRI가 3.5이고 주행차량속도가 100km/h일 때 정적하중에 비해 최대 36%에 해당하는 추가적인 동적하중이 가해지는 것으로 나타났고, 다양한 차종에 대한 동적하중 증가계수의 특성을 분석한 결과 축간거리가 짧고 각 축에 가해지는 하중분담률이 높을수록 동적하중 증가계수가 증가함을 알 수 있었다.

인공 신경망을 이용한 플랫 슬래브 주차장 구조물의 등가차량하중계수

곽효경,송종영 한국전산구조공학회 2003 한국전산구조공학회논문집 Vol.16 No.2

이 논문에서는 기존의 보-거더 구조계 주차장 구조물에 대한 차량하중영향 연구를 토대로, 플랫 슬래브 구조계에서 차량하중영향에 대한 연구를 수행하였다. 먼저, 최대부재력을 일으키는 차량하중의 적용을 위해 플랫 슬래브의 주요 설계지점에 대한 영향면을 구성하였으며, 플랫 슬래브의 등가차량하중계수를 인공 신경망기법을 이용하여, 슬래브 두께, 지판 두께, 지판 크기, 슬래브의 단변, 장변 길이 등 주요구조변수로 제시하였다. 사용된 신경망의 훈련은 많은 패턴수를 갖는 비선형 회귀분석에 적합한 Levenberg-Marquardt 알고리즘을 이용하였으며 해석결과와 인공 신경망의 출력의 비교를 통해 알고리즘의 유효성을 검증하였다. 플랫 슬래브 구조계의 등가차량하중계수를 살펴보면, 보-거더 구조계의 경우와 유사하게 주열대와 중간대의 정모멘트 부재력에서 차량하중에 매우 취약함을 알 수 있었다. In this paper, the effects of vehicle loads on flat slab system are investigated on the basis of the previous studies for beam-gilder parking structural system. The influence surfaces of flat slab for a typical design section are constructed lot the purpose of obtaining maximum member forces under vehicle loads. In addition, the equivalent vehicle load factors for flat slab parking structures are suggested using artificial neural network. The network responses we compared with the results obtained by numerical analyses to verify the validation of Levenberg-Marquardt algorithm adopted as training method in this Paper. Many parameter studies for the flat slab structural system show dominant vehicle load effects at the center positive moments in both column and middle strips, like the beam-girder parking structural system.

BWIM 시스템을 이용한 고속도로 교량 차량하중 모형 개발

박민석(Park Min-Seok),조병완(Jo Byung-Wan),배두병(Bae Doo-Byong) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 A Vol.26 No.1A

교량의 설계에 있어서 정확한 하중의 산정은 교량의 안전성 확보에 가장 핵심적인 사항이며 향후 유지 관리 측면에서도 매우 중요하다. 일반적으로 교량에서 차량에 의한 하중효과는 주로 활하중(충격하중 포함) 및 피로하중으로 나타나는데 이들 하중의 정형화를 위해서는 실제 교량 상을 주행하는 중 차량의 중량 및 통행특성을 정확히 파악하는 것이 중요하다. 이를 위해서 주행 중인 차량을 정지시키지 않고 중량을 계측할 수 있는 시스템(Bridge Weigh-In-Motion, BWIM)의 개발이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 다양한 기능을 갖는 BWIM시스템을 개발하고 이를 고속도로 교량에 적용하여 차량정보를 수집한 후 교량 설계를 위한 활하중 및 피로하중의 정형화를 수행하였다. 본 연구의 목적은 주행 중인 차량의 중량을 산정하는 BWIM시스템을 개발하여 시험 교량에 설치 한 후 교량거동의 계측을 통하여 최종적으로 고속도로 교통량 특성을 반영하는 활하중의 정형화 및 합리적인 피로하중산정 방안을 도출하는데 있다. In design of bridges, estimation of actions and loadings is very important for the safety and maintenance of bridges. In general, effect of traffic loading on the bridge can be modeled as live load (including impact load) and fatigue load. For estimation of traffic loading, it is important to get reliable and comprehensive truck statistical data such as the traffic and weight information. To get statistical data, Bridge Weigh-In-Motion (BWlM), which measures the truck weights without stopping the traffic, is need to be developed. In this study, BWIM system with various functions is developed first. Then this system is used to get comprehensive truck data. Traffic loadings including fatigue and live loading are formulated from the truck data acquired from the bridges. Objectives of this study are to develop the BWIM system, to apply the system in test bridge in Highway, and to formulate the live and fatigue loading for bridge design.

축감지기가 없는 PSC I거더교의 주행중 차량하중분석시스템 개발

박민석(Park Min-Seok),조병완(Jo Byung-Wan),이정휘(Lee Jungwhee),김성곤(Kim Sungkon) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.5A

본 연구는 PSC I 거더교량을 대상으로 포장층에 축감지기가 없이 오로지 교량 상부구조 하면에서 측정한 변형률 신호만을 이용하는 차량하중분석시스템 개발에 관한 것이다. 중 차량이 교량을 주행할 때 교량 바닥판에서 측정한 변형률 신호로 차량주행정보를 추출하고, 교량 거더 및 가로보에서 측정한 변형률 신호로 차량하중정보를 추출하는 방법이다. 이러한 정보 분석을 위하여 영향선 분석방법과 인공신경망 분석방법을 사용하였다. 학습 데이터 확보 및 시스템 검증을 위하여 임의차량 및 시험차량 주행시험을 실시하였다. 대상 교량에서 하중분석결과, 가로보 변형률 신호를 이용한 경우가 거더 변형률 신호를 이용한 경우보다 더 정확한 결과를 나타내었고, 차선당 2열로 설치된 교량 바닥판 슬래브의 변형률 신호를 이용한 피크 검출 알고리즘도 차량의 속도와 축 수, 주행 차선, 축간 거리, 차간 거리 등의 주행정보를 추출하는데 매우 효과적임을 확인 하였다 또한, 가로보의 변형률 신호를 가지고 인공신경망 학습을 하여 시스템을 구성할 수 있는 경우가 기존의 거더 변형률 신호와 영향선만으로 시스템을 구성하는 경우보다 더 정확한 결과를 얻을 수 있음도 확인 하였다. This study improved the existing method of using the longitudinal strain and concept of influence line to develop Bridge Weigh-in-Motion system without axle detector using the dynamic strain of the bridge girders and concrete slab. This paper first describes the considered algorithms of extracting passing vehicle information from the dynamic strain signal measured at the bridge slab, girders, and cross beams. Two different analysis methods of 1) influence line method, and 2) neural network method are considered, and parameter study of measurement locations is also performed. Then the procedures and the results of field tests are described. The field tests are performed to acquire training sets and test sets for neural networks, and also to verify and compare performances of the considered algorithms. Finally, comparison between the results of different algorithms and discussions are followed. For a PSC I-girder bridge, vehicle weight can be calculated within a reasonable error range using the dynamic strain gauge installed on the girders. The passing lane and passing speed of the vehicle can be accurately estimated using the strain signal from the concrete slab. The passing speed and peak duration were added to the input variables to reflect the influence of the dynamic interaction between the bridge and vehicles, and impact of the distance between axles, respectively; thus improving the accuracy of the weight calculation.

중차량중량분포를 이용한 차량하중모형 개발(I) - 자료수집 및 단일차량 최대중량 예측

황의승,Hwang, Eui-Seung 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 A Vol.29 No.3A

In this study, truck weight data and load effects of single truck on bridges are analyzed for development of new vehicular load model of the reliability-based bridge design code. Rational load model and statistical properties of loads are important for developing reliability-based design code. In this study, truck weight data collected at four locations are used as well as data from four locations in other studies. Truck weight data are collected from WIM or BWIM system, which are known to give reliable data. Typical truck types, dimensions and axle weight distribution are determined. Probability distributions of upper 20% total truck weight are assumed as Extreme Type I and 100 years maximum truck weights are estimated by linear regression on the probability paper. The load effects of trucks having estimated maximum weights are analyzed for span length from 10 m to 200 m. 본 연구에서는 신뢰도기반 도로교설계기준을 위한 새로운 활하중모형을 개발하기 위하여 수집된 자료를 분석하고 단일차량의 하중효과를 구하였다. 신뢰도기반의 설계기준을 위해서는 합리적 하중모형과 함께 하중의 통계적 특성의 구축이 중요하다. 활하중의 통계적 특성의 구축을 위하여 본 연구에서 수집한 4개 지역의 자료와 타연구에서 수집된 4개지역의 자료를 이용하였다. 차량의 자료는 WIM 또는 BWIM시스템을 이용하여 신뢰할 수 있는 자료를 수집하였다. 수집된 자료로부터 대표적인 차량의 종류를 구분하였으며 각 차종별 대표적인 크기 및 중량분포를 구하였다. 각 차종별 총중량의 확률분포는 상위 20%의 자료를 극한분포(Gumbel분포)로 가정하고 확률지상에서의 선형추세선을 이용하여 100년 최대중량을 예측하였다. 예측된 차량중량에 따른 하중효과를 10-200 m까지의 지간별로 분석하였다.

신뢰도기반 교량설계기준의 중력방향하중 지배 한계상태에 대한 목표신뢰도지수 및 하중-저항계수

김정곤,김호경,이해성 대한토목학회 2022 대한토목학회논문집 Vol.42 No.3

This paper presents a new class of the vehicular live load factor for a reliability-based bridge design code. The significance of the current vehicular live load factor of 1.8 is investigated based on the return period of the vehicular live load and the design life of a bridge. It is shown that the current vehicular live load factor corresponds to a return period of 6.7 million years for a 100-year design life, which seems to be unrealistic in an engineering sense, and that the target reliability of 3.72 is set to too high without any reasoning for the gravitational load-governed limit state compared with that of the other limit states. In case the same return period as the design wind velocity or the ground acceleration is employed for the vehicular live load, the corresponding vehicular live load factor becomes around 1.15, and the target reliability index for the return period may be selected as 2.0 or 2.5 depending on the governing load effect. The complete sets of the load-resistance factors for the proposed target reliability indices are evaluated through optimization. 신뢰도기반 교량설계기준에서 적용할 수 있는 새로운 종류의 차량활하중계수를 제시한다. 현재 사용하고 있는 차량활하중계수 1.8에 대한 적절성을 차량활하중의 재현주기와 교량설계수명에 기초하여 분석하였다. 중력방향하중 지배 한계상태에 대한 목표신뢰도지수 3.72는 적절한 논거 없이 너무 높게 설정된 값이며, 이에 상응하는 하중계수 1.8은 100년 설계수명 교량에서 재현주기 약 670만년 정도에 해당하는 활하중 파괴점을 나타내는 무의미한 값이라는 것을 보였다. 설계 풍속이나 지반가속도와 동일한 재현주기를 차량활하중에도 적용하면 차량활하중계수는 1.15 정도가 되고 목표신뢰도지수는 한계상태를 지배하는 하중에 따라서 2.0 혹은 2.5에 해당하게 된다. 제안한 목표신뢰도지수에 대한 전체 하중-저항계수 조합은 최적화에 의하여 산정하였다.

이동하중을 받는 사장교의 거동비교

Ikhyun Sung 한국재난정보학회 2017 한국재난정보학회 논문집 Vol.13 No.2

사장교는 특수목적으로 장 경간을 갖는 교량이다. 긴 경간으로 인하여 차량의 이동하중에 대한 동적응답이 매우 특별하다. 거동역시도 비선형을 갖고 있어 설계에 어려움이 많은 형식이다. 연구에서 다양한 차량하중을 고려하여 사장교의 응답을 구하고 장 경간 교량의 이동하중에 대한 거동을 파악한다. 특히, 한 방향과 양방향에 대한 하중이 속도를 가지고 이동할 때 교량의 부재에 대한 거동은 케이블의 유연성에 기인하는 것으로 나타났다. 차량하중의 영향은 케이블의 진동과 함께 수직변형을 증폭하는 경향을 나타내므로 케이블과 바닥판의 동적거동을 포함한 분석이 보다 효과적임을 알 수 있다. Cable-stayed bridges are bridges with long spans for special purposes. Due to the long span, the dynamic response of the vehicle to the moving load is very special. The behavior also has nonlinear, which makes it difficult to design. In this study, the responses of cable - stayed bridges are considered considering various vehicle loads and the behavior of long - span bridges under moving loads is investigated. Especially, when the loads for one direction and for both directions move with speed, the behavior of the bridges is found to be due to the flexibility of the cable. It can be seen that the analysis including the dynamic behavior of the cable and the top plate is more effective because the influence of the vehicle load tends to amplify the vertical deformation together with the vibration of the cable.

CCTV 영상과 딥러닝을 이용한 교량통행 차량하중 추정

배숙경,정우영,최수현,김병현,조수진 한국구조물진단유지관리공학회 2024 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.28 No.3

차량 하중은 교량의 열화를 일으키는 주된 원인 중 하나이다. 현재 WiM(Weigh-in-Motion)을 사용하여 통행 차량의 하중을 측정하고 있으나, WiM은 접촉식 센서로 설치 및 유지관리 비용이 큰 단점이 있다. 본 연구에서는 딥러닝과 CCTV 영상을 이용하여 비접촉식으로 교량 통행 차량 하중 이력을 추정하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 물체 탐지 딥러닝 모델을 이용하여 통행 차종을 인식하고, 해당 차량의하중을 국내 주요 차량 모델들의 공차중량에 근거하여 작성된 하중기반 7차종 분류표에 근거하여 추정한다. 물체 탐지 딥러닝 모델로는 Faster R-CNN 모델이 사용되었으며, Faster R-CNN 모델을 7차종 분류표에 따라 구축된 영상 학습데이터를 이용하여 학습시켰다. 학습된 딥러닝 모델의 성능은 교량 CCTV로 취득한 영상을 이용하여 검증하였다. 최종적으로 실제 교량 상부에 설치된 CCTV에서 취득한 영상을 이용하여 교량을 통행중인 차량 하중을 연속으로 추정함으로써 특정 시간동안 통행 차량의 하중 이력 그래프를 획득할 수 있음을 보였다. Vehicle loading is one of the main causes of bridge deterioration. Although WiM (Weigh in Motion) can be used to measure vehicle loading on a bridge, it has disadvantage of high installation and maintenance cost due to its contactness. In this study, a non-contact method is proposed to estimate the vehicle loading history of bridges using deep learning and CCTV images. The proposed method recognizes the vehicle type using an object detection deep learning model and estimates the vehicle loading based on the load-based vehicle type classification table developed using the weights of empty vehicles of major domestic vehicle models. Faster R-CNN, an object detection deep learning model, was trained using vehicle images classified by the classification table. The performance of the model is verified using images of CCTVs on actual bridges. Finally, the vehicle loading history of an actual bridge was obtained for a specific time by continuously estimating the vehicle loadings on the bridge using the proposed method.

긴장재 및 차량속도 변화에 따른 콘크리트 충전 타이드 아치형 거더의 동적거동

노화성(Roh Hwasung),홍상현(Hong Sanghyun),박경훈(Park Kyunghoon),이종세(Lee Jong Seh) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 A Vol.31 No.3A

CFTA 거더는 아치형상을 갖는 콘크리트 충전 강관구조이며 초기처짐 및 공용 중 응력제어를 위해 외부긴장재를 배치한 거더 형식이다. 본 연구에서는 차량진행에 따른 거더의 동적거동에 긴장재가 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 유한요소 프로그램을 이용하여 거더 및 긴장재 등을 수치모델링하였으며 긴장재의 양과 긴장력을 다양한 값으로 변화시켰다. 차량하중은 도로교설계기준의 DB-24 하중을 고려하였으며 3축-2트랙으로 모델링하였다. 차량하중은 등가절점하중으로 적용시켰으며 차량하중의 이동은 차량통과 시간 및 절점수를 고려한 각 절점에서의 시간함수로 나타내었다. 차량속도는 40 ㎞/hr에서 100 ㎞/hr까지 20 ㎞/hr씩 증가시켰다. 해석결과 긴장재의 긴장력 변화는 거더의 동적거동에 영향을 주지않았으며 초기처짐에만 영향을 주었다. 긴장재의 양에 따라서는 거더의 동적거동이 다르게 나타났으며 긴장재의 양이 적을수록 동적처짐은 증가하였다. 이를 바탕으로 거더의 동적증폭계수(DAF)를 산출하였으며 긴장재가 없는 경우에도 AASHTO LRFD와 도로교 표준시방서에서 정한 기준값보다 매우 작은 안정적인 거동을 보였다. The CFTA girder developed is a concrete filled steel tubular system with arched shape and external post-tensioning (PT) tendons which control the initial camber and the bending stress of the girder. In the present study the effects of the PT tendons on the dynamic behavior of the girder subjected to a moving vehicle load are numerically investigated. Various levels for the tendon quantity and the tendon forces are considered, using the existing FE model of the girder. The vehicle considered is a DB-24 truck and is modeled with two tracks-three axles. Equivalent-load pulse time histories are applied to each node to simulate the moving vehicle, depending on the time of arrival and the discretization. The vehicle speeds are varied from 40 ㎞/hr to 100 km/hr with increment of 20 ㎞/hr. The analysis results show that the tendon forces do not produce any influences on the dynamic responses of the girder. However the dymamic deflection of the girder increases when a smaller amount of tendons is used. The Dynamic Amplification Factors (OAF) are evaluated based on the static and dynamic responses. Much lower values of the OAF are obtained, even no tendons applied, than those provided by the design criteria of the AASHTO LRFD and the Korea Highway Standard Specification.

신뢰도 기반 활하중모델에 의한 강합성 사장교의 충격계수 평가

박재봉,박용명,김동현,이종한,Park, Jae Bong,Park, Yong Myung,Kim, Dong Hyun,Lee, Jong Han 한국강구조학회 2013 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.25 No.4

AASHTO LRFD 및 도로교한계상태설계기준에서는 신뢰도 기반 활하중 모델로부터 결정된 트럭하중과 차로하중을 동시에 재하하도록 하고 있으며, 트럭하중은 충격계수를 고려하되 차로하중은 충격계수를 적용하지 않도록 규정하고 있다. 본 연구에서는 중앙경간 230m, 400m 및 540m의 멀티케이블 강합성 사장교를 대상으로 트럭하중과 차로하중이 동시에 주행하는 경우에 대해 차량-교량 상호작용 해석을 수행하고 케이블과 보강거더의 충격계수를 평가하였다. 트럭하중은 6-자유도의 차량 모델을 사용하였으며, 차로하중은 일련의 1축 차량이 연행해서 주행하는 것으로 모사하였다. 교량의 감쇠비가 충격계수에 미치는 영향을 평가하였으며, 충격에 영향을 미치는 주요 인자인 노면조도와 주행속도를 해석변수로 고려하였다. 노면조도는 ISO 8608 규정에 근거하여 랜덤 생성하였으며, 차량-교량 상호작용해석 시 노면조도는 트럭하중에만 적용하였다. 한편, 사장교의 충격계수 평가를 위해 실무에서 사용되고 있는 영향선 기법에 의한 충격계수를 동적 상호작용 해석에 의한 결과와 비교하였다. AASHTO LRFD and Korean Bridge Design Code (Limit State Design) specify to consider Truck and Lane load simultaneously determined from reliability-based live load model, and impact shall be applied to the truck load while it shall not be applied to the lane load. In this paper, vehicle-bridge interaction analysis under moving truck and lane loads were performed to estimate impact factor of the cables and girders for the selected multi-cable-stayed composite bridges with 230m, 400m and 540m main span. A 6-d.o.f. vehicle was used for truck load and a series of single-axle vehicles was applied to simulate equivalent lane load. The effect of damping ratio on the impact factor was estimated and then the essential parameters to impact factor, i.e., road surface roughness and vehicle speed were considered. The road surface roughness was randomly generated based on ISO 8608 and it was applied to the truck load only in the vehicle-bridge interaction analysis. The impact factors evaluated from dynamic interaction analysis were also compared with those by the influence line method that is currently used in design practice to estimate impact factor in cable-stayed bridge.