실험방법에 따른 포장 콘크리트의 피로수명

윤경구,김동호,홍창우,Yun, Kyong-Ku,Kim, Dong-Ho,Hong, Chang-Woo 한국도로학회 2003 한국도로포장공학회 논문집 Vol.5 No.3

교량, 도로, 공항 및 해양구조물 등은 반복하중을 받게 되는 대표적 토목구조물이다. 특히 공항이나 도로포장체는 휨에 의한 인장에 의해 파괴되기 때문에 사용재료의 특성에 기초한 피로수명의 고찰은 매우 중요하다. 따라서, 이 논문에서는 포장 콘크리트의 피로수명을 주요 실험변수에 따라 실험하고 실험방법에 따라 비교 분석하고자 하였다. 피로실험은 쪼갬인장 피로실험 ($\phi150mm{\times}75mm$)과 휨인장 피로실험 ($150mm{\times}150mm{\times}550mm$) 방법을 적용하여 하중재하 속도(1, 5, 10, 20Hz), 하중재하 형상(사각파, 정현파, 삼각파). 시험체의 습윤조건(건조상태 습윤상태) 및 양생기간(28일, 56일)을 주요 실험변수로 하여 수행하였다. 실험결과 하중재하 속도가 느릴수록 피로수명은 현저히 감소하는 것으로 나타났으며, 하중재하 속도가 빠를수록 피로수명은 증가하는 것으로 나타났다. 하중재하 형상에 따라서는 정현파를 기준하여 사각파에서는 피로수명의 급격한 감소를 나타냈으며 삼각파에서는 피로수명이 증가하는 것으로 나타났다 또한, 시험체의 습윤조건에 따라서는 건조상태에 비하여 습윤상태에서는 피로수명이 감소하였으며, 양생기간에 따라서는 재령 28일에서 56일로 증가함에 따라 피로수명이 증가함을 나타내었다. Concrete structures such as bridges, pavement, and offshore structures are normally subjected to repeated load. Because highway and airfield pavements are to resist tension in bending, fatigue failure behavior is very important the fatigue life of materials. Therefore, in this paper was carried according to the fatigue test method and experiment variables for pavement concrete. The fatigue tests were applied split tension($150{\times}75$ in size) and flexural($150mm{\times}150mm{\times}550mm$ in size) beam fatigue test method. Major experimental variable in the fatigue tests in order to consideration of fatigue life were conducted loading frequency of 1, 5, 10, 20Hz and loading shape of block, sine, triangle and moisture condition of dry and wet condition and curing age of 28day and 56day. The test results show that the effect of loading frequency increasing the frequency increased fatigue life, decreased significant at frequencies below 200 cycles. The effect of loading wave form on fatigue life show that a block decreased, triangular increased in comparison with sine. The effect of moisture condition decreased in wet condition in comparison with dry condition. The effect of curing age increased in 564ays in comparison with 28day.

격자형 I-형강 합성바닥판의 정적 및 피로성능 평가

박창규,정영수,김훈 中央大學校 建設環境硏究所 2002 環境科學硏究 Vol.13 No.2

최근 교량상 통과하중의 증대 및 교통량증대로 공용중의 교량의 바닥판은 가혹한 하중하에서 펀칭등의 파괴가 발생하여 사용상에 중대한 영향을 미치고 있는 실정이다. 이로 인한 바닥의 보수나 교체공사등이 급격히 증가되어 신속 간편하며, 보수시 교통통제를 최소화할 수 있고 또한 신뢰성이 있는 바닥판 시공법이 필요하게 되었다. 따라서 본 연구의 목적은 교량구조물 바닥판의 신설/교체공사에 있어서 신속한 시공과 신뢰성 있는 품질관리, 교통통제의 최소화를 위해 공장 또는 제작장에서 바닥판 구조물의 주철근 대체로서 I형강을 배치하고 거푸집(저판)을 조립하여 I형강 격자 구조물을 제작한 후 현장에서는 I형강 격자 구조물의 설치 및 연결부에 콘크리트를 타설하여 바닥판을 시공하는 공법을 개발하는데 그 목적이 있다. 따라서, 본 연구에서는 격자형 I형강 합성바닥판 개발에 필요한 기초적인 물성 실험으로 I형강 자체의 역학적, 구조적 특성에 대하여 기초적인 물성 실험인 정적·피로성능 실험을 수행하였으며, 격자형 I형강 합성바닥판 및 유사한 성능의 철근콘크리트 바닥판 시험체를 제작하여 정적·피로성능 실험을 수행 비교하였다. 그리고 본 실험 연구 결과 격자형 I형강 합성바닥판의 우수성을 확인하였다. Recently, there have been increased much concern about the repair and rehabilitation for aged bridge concrete decks due to repeated heavy weight vehicles. Thus, it strongly needs to repair and rehabilitate aged concrete bridge decks by an innovative construction method. The objective of this research is to develop the new construction method of reinforced concrete (RC) slab in bridge superstructure, which can contribute to minimize a traffic congestion during repair and rehabilitation works of aged concrete slab, and can sufficiently assure the quality through the minimization of in-situ works at the site. I-beams with punch holes, which are substituted for main reinforcing bars in concrete slabs, can be manufactured in accordance with the specification in the factory, and be preassembled into the grating frames. After erecting the preassembled grating frames in the site, concrete will be poured into the grating frame. This research is to investigate mechanical properties of I-Beam with punch holes itself through static test and fatigue test, and then to investigate structural properties of assembled I-grating concrete slab through static test and fatigue test, which can be utilized for the development of the new constructional method for concrete slab in bridge superstructure.

PSC 교량의 보강공법에 대한 실험적 연구

김현호,김기봉,정인근,송재필 中央大學校 建設環境硏究所 2002 環境科學硏究 Vol.13 No.2

많은 수의 국도상의 교량이 교통량 증가 및 차량의 대형화에 따라 내하력 증가의 필요성이 시급히 제기되고 있다. 본 연구에서는 국도상 교량 중 대다수를 차지하고 있는 프리스트레스트 콘크리트(Prestressed Concrete, PSC) 교량에 대해 유리섬유 부착 공법과 외부 후긴장 보강 공법을 적용하여 내구성 및 내하력의 증가방안을 확인하고자 한다. 실험체는 표준도면의 1/5 축소모델로서 지간길이 6m이며 총 15개의 실험체를 제작하여 정적 및 피로실험을 수행하였다. 실험 결과, 유리섬유 및 외부 후긴장 보강 방법을 적용하였을 때 균열하중 및 파괴하중의 크기가 증가되었고, 처짐의 감소효과와 균열에 대한 억제 능력이 증가하였다. 그리고 보강 실험체가 피로파괴 반복회수도 증가하며 유리섬유 보강 실험체의 경우 외부 후긴장 실험체보다 피로성능이 더 우수한 것으로 나타났다. 본 연구 결과를 통해 적용된 보강 기법이 노후된 PCS 교량의 성능증가와 수명 연장의 효과가 큰 것을 확인하였다. Most of the bridges on national road are needed capacity-enhancement, because of the increase of heavy traffic loads and aging of bridges. Among those bridges, prestressed concrete(PSC) bridges take a large portion. But there are not many related researches about strengthening PSC bridges. In this study, the practicability of strengthening methods for PSC beam were studied by the static and fatigue experimental method. For the experiment, 1/5 scale and six meters long PSC beams were made with concrete slabs. Glass fiber sheeting and external post-tensioning methods were used for strengthening PSC beams. Total 15 beams were made for static test and fatigue test. As a result, the strengthening methods, which used in this study, are efficient at increasing cracking load and failure load, to decrease deflection and prevent cracks. The experimental results show that the failure cycle of strengthened members are increased compare to non-strengthened members. The members strengthened with glass fiber show better enhancement in fatigue problem than the members strengthened with external post-tensioning method. With these experimental results, it can be said that the strengthening methods used in this study are efficient at extending the life time of aged PSC bridges.

SM520C-TMC 강재의 피로강도에 대한 두께효과

김경남,정인수,황낙연,정경섭,Kim, Kyoung Nam,Jung, In Su,Hwang, Nak Yeon,Jung, Kyoung Sup 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.6

피로설계에 대한 기준, 시방서 또는 추천안 등은 일반적으로 두께 10~30mm의 강판으로 만든 실험체의 피로실험을 통해 얻은 피로강도곡선을 근거하고 있다. 그러나 강판의 두께가 증가함에 따라서 피로강도가 감소하게 될 가능성에 대해 관심을 갖게 되었고, 파괴역학적 방법에 의한 분석과 강재 용접에 따른 영향을 근거로 하여 강판의 두께에 따른 영향이 상당히 클 수도 있다고 지적되었다. 기존의 몇몇 피로실험 결과로부터 얻은 피로강도곡선으로부터 강판 두께에 대한 영향을 고려하여 피로강도를 수정하는 식이 제안되어왔다. 본 연구에서는, 두께 80mm까지의 국내생산 SM520C-TMC 강재에 대한 피로강도시험을 실시하고, 그 결과로부터 강재의 두께에 따른 영향을 평가하였다. 최종적으로, 강판 두께에 대한 영향을 고려하여 피로강도를 수정하는 제한적인 시편에 대한 수정식을 제공하고, 이를 기존의 연구결과와 비교 검토하였다. 결과로서, 두께에 따른 강도감소효과는 기존의 연구와 유사한 경향을 갖고 감소하나 그 정도는 적어지고 있는 결과를 얻을 수 있었다. The criterion or specification on fatigue design has been generally based on fatigue strength curve derived by tests on specimens with varying thickness (10-30mm). Making the plate thicker, however, also decreases fatigue strength. It has been noted from the test results and the results of the analysis by fracture mechanics that the effect of thickness cannot be bypassed. From the several fatigue strength curves of specimen tests, modification of fatigue strength on plate thickness has been proposed. In this study, fatigue tests on SM520C-TMC were carried out, and the effects of thickness were evaluated. Finally, in consideration of the thickness, the modification of fatigue strength was derived. Comparing the results of this paper with those of previous studies, an outline of the behavior obtained is similar to previous ones, but the rate of decrease is smaller.

방진고무의 피로특성에 미치는 열노화손상의 영향

전종익(Jong Ik Jeon),강기원(Won Ki Kang),김주형(Joo Hyung Kim),김정규(Jung Kyu Kim) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.5

천연가황고무로 제작된 자동차 냉각모듈 방진고무는 엔진룸의 온도상승으로 인한 열스트레스와 냉각모듈 팬회전에 의한 진동피로하중을 동시에 받고 있다. 특히 열스트레스에 의한 손상은 피로특성에 직접적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 70℃, 100℃와 120℃에서 1주, 2주, 3주, 4주 동안 선노화된 인장시편과 2 주, 4 주 동안 선노화된 방진고무부품으로 인장실험과 진동피로실험을 수행하였다. 인장실험결과를 통해서 정적인 기계적특성의 변화와 각 온도에 따른 노화메커니즘을 분석하였다. 진동피로실험 후, 열노화손상에 따른 피로특성을 분석한 결과 노화온도와 노화시간이 증가함에 따라 피로특성의 감소가 뚜렷하였다. 또한 피로특성에 미치는 열스트레스로 인한 손상을 지지하중과 하중이력의 변화로 설명하였다. Cooling module rubber mounts which is manufactured by natural vulcanized rubber is experienced by temperature stress and vibration fatigue load. Specially, damage by temperature stress causes direct effects in fatigue property. In this research, to conduct a vibration fatigue experiment by rubber mount to do heat aging for 2 and 4 weeks in 70℃, 100℃ and 120℃. When vibration fatigue property for heat aging temperature was analyzed and temperature increases, decrease of fatigue property showed remarkably. Also, the damage by temperature stress in fatigue property was explained this by change of support load, of load history.

절곡강판을 이용한 교량용 강-콘크리트 합성 바닥판의 피로 성능평가

안진희,심정욱,정연주,김상효,Ahn, Jin Hee,Sim, Jung Wook,Jeong, Youn Joo,Kim, Sang Hyo 한국강구조학회 2008 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.20 No.6

본 연구는 하부 절곡강판과 T형강을 D16mm 스터드 전단연결재를 이용하여 콘크리트와 일체화시킨 교량용 강합성 바닥판의 피로 거동 및 피로성능을 평가하기 위한 것이다. 제안된 강합성 바닥판의 피로성능 평가를 위하여 총 8본의 시험체가 제작되었으며, 각각의 시험체에 3 종류의 일정진폭을 가진 피로하중이 재하되었다. 피로실험결과, 피로균열은 강합성 바닥판 하부 절곡강판의 절곡점에서 발생하여 상부 T형강으로 진전되는 것으로 나타났으며, 피로하중에 따라 시험체의 변위 및 변형률이 증가하고 피로균열발생 후 변위와 변형률이 급격히 변화하였다. 제안된 강합성 바닥판의 피로강도는 도로교설계기준 및 도로교설계기준 피로상세 범주의 자료가 된 NCHRP 102와 NCHRP 147 보고서의 피로실험결 과와 비교하여 평가한 결과 대상 강합성 바닥판은 피로상세 범주 C에 해당하는 것으로 평가되었다. This paper deals with the fatigue behavior and strength of a new-type of steel-concrete composite bridge deck. The new-type composite bridge deck consists of corrugated steel plate, welded T-beams, stud-type shear connectors and reinforced concrete filler. A total of eight composite bridge deck specimens were fabricated, the fatigue tests were conducted under four-point bending test with three different stress ranges in constant amplitude. According to the test results, the fatigue crack generated at the welding part of the corrugated steel plate, progressed down to the bottom of the steel plate and encountered the crack, which came out from the opposite side at the same position. After the two cracks were connected at the bottom of the steel plate, the lower flange was cut off and the fatigue crack developed up to the T-beam. And the displacements and strains of fatigue test specimens were increasing with cyclic loading number, these were changed sharply at the fatigue failure. The fatigue results are compared with the design S-N curves specified in the Korea Highway Bridge Design Specifications and data in NCHRP 102 and NCHRP 147 report. The new-type composite bridge deck has a stress category of C, which means that new-type composite bridge deck can be designed by the current fatigue design specifications provided for steel members.

파형강판 볼트 이음부의 피로성능에 관한 실험적 연구

오홍섭 한국구조물진단유지관리공학회 2014 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.18 No.2

파형강판 구조물은 강판 세그먼트를 현장에서 볼트연결하고, 양질의 뒷채움 시공을 통해 시공성을 높일 수 있기 때문에 최근 생태통로,소규모 교량 및 관로 등에 폭넓게 시공되고 있다. 본 연구는 휨하중을 받는 볼트연결된 파형강판 세스먼트의 정적 및 피로거동을 실험적으로 분석하였다. 피로거동을 분석하기 위하여 볼트 직경, 와셔와 같은 연결부 상세를 실험변수로 하였으며, 실험에 사용된 실험체의 파형의제원은 400x150 mm이다. 정적실험 결과 모든 실험체의 실험 극한강도가 이론강도보다 높게 나타났으며, 강판의 지압 및 상부강판 볼트구멍의 찢김에 의해 파괴되었다. 6mm와 7mm 강판에 대하여 하중범위 209kN에서 517kN사이로 피로실험을 수행하였으며, 실험결과 정적파괴시의 강판지압과 찢김파괴에서 피로실험시에는 강판지압과 볼트 전단의 형태로 변화하였으며, 2백만회 피로한계는 대략 85MPa로 분석되었다. Corrugated steel plate structure, which is built by assembling corrugated steel plate segments with bolts on site and filling thesurroundings with quality soil, is widely used for buried structures as a eco-corridors, small bridges, and closed conduits. This experimental study is dealt with the static and fatigue performance of bolt connected corrugated steel plates under flexural loading. The experimental variables to verify the fatigue performance are bolt diameters and detailing of connection such as washer and thecorrugation dimension of specimens has a 400x150 mm. The experimental ultimate strength of specimens under static loading washigher than the theoretical strength and all specimen failed by a bearing and tearing failure of bolt hole of upper plate. Therefore,a fatigue tests of specimens had 6.0mm and 7.0mm thickness was conducted in which the load range was up to 209kN and 516kN, respectively. From the fatigue test, failure patterns are changed from plate bearing and tearing which is a typical failure pattern of static failure to a bearing failure of plate and shear failure of bolt, and experimental fatigue limit at 2x106cycles is about 85MPa.

무한피로수명 강바닥판 시스템의 개발

배두병,오창국,최재윤 한국강구조학회 2019 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.31 No.1

This paper presents detailed research procedures and results to develop fatigue free orthotropic steel deck system. The developed system controls concentrated stresses in fatigue-vulnerable regions without changing 14mm deck thickness by installing bulkhead plates inside u-ribs at the location of transverse rib. Parametric studies on adequate number of transverse and u-ribs and boundary conditions are conducted to evaluate the suitability of finite element models. Experimental results assure the efficiencies of bulkhead plates and fatigue categories. Additional parametric studies on shapes of scallop and bulkhead plate and its initial welding locations inside u-ribs result in fatigue free deck system having nominal stresses in five fatigue-vulnerable regions less than the cut-off limits of corresponding category. 이 논문은 무한피로수명을 갖는 강바닥판 시스템을 개발하기 위한 연구 과정 및 내용을 정리한 것이다. 강바닥판의 두께를14mm로 유지하면서 가로리브 위치의 U리브 내에 벌크헤드 플레이트를 설치하여 피로취약부의 응력을 제어하도록 하였다. 기본해석모델을 구성하고 가로리브 및 U리브 개수, 경계조건 등을 변수로 한 해석을 통해 이 연구에 적용할 해석모델의 적합성을 검증하였다. 실험을 통해 벌크헤드 플레이트의 효과를 확인하였으며, 피로취약부의 피로상세범주를 확인하였다. 가로리브 스캘럽 형상, 벌크헤드플레이트의 형상 및 U리브 내의 용접위치 등을 변수로 한 해석을 수행하여 피로설계하중에 대해 강바닥판 시스템의 다섯 피로취약부에서 발생하는 공칭응력이 각 상세에 해당하는 무한수명 공칭피로강도 보다 작게 발생하는 강바닥판 시스템을 개발하여 제시하였다.

고강도 모르타르가 적용된 파일-슬리브 그라우트 연결부의 피로강도에 대한 실험 연구

이정화,강성용,UY Lymei,엄영호,김성환,강영종 한국방재학회 2016 한국방재학회논문집 Vol.16 No.6

Increasing fatigue strength of offshore structures is important as the structures are continuously subjected to environmental loads such as wave and wind load. Recently, there are efforts improving the fatigue strength of pile to sleeve grouted connections by utilizing high strength mortar which is widely used as connections of monopile or jacket structures. In this study, fatigue strength of pile to sleeve grouted connections using high strength mortar was evaluated by experimental tests and compared to previous researches and a related design standard. Well-instrumented five fatigue tests and two static tests specimens of the grouted connections were tested. The experimental results show that the fatigue strength of the grouted connections using high strength mortar was evaluated conservative compared to the design standard. 해양에 건설되는 구조물은 파도, 바람 등의 환경하중의 영향을 지속적으로 받으므로, 해양구조물의 피로성능향상은 매우 중요하다. 최근에는 해양 모노파일과 해양 자켓의 기초연결부로써 적용되고 있는 파일-슬리브 그라우트 연결부의 피로 성능을 향상시키기 위한 노력으로 고강도 모르타르를 이용하고 있다. 본 연구에서는 실험을 통하여 고강도 모르타르가 적용된 파일-슬리브 그라우트 연결부의 피로 성능을 평가하고, 이를 선행 연구 및 관련 설계기준과 비교분석하였다. 실험은 총 5개의 그라우트 연결부 피로 실험체와 2개의 정적 실험체에 대하여 수행되었다. 실험 결과, 고강도 모르타르가 적용된 파일-슬리브 그라우트 연결부의 피로 성능은 관련 설계기준에 비하여 보수적으로 평가되었다.

GFRP Bar 및 GSP로 보수된 철근 콘크리트 보의 피로강도 연구

김재영(Kim, Jae-Young),김충호(Kim, Chung-Ho) 한국해안해양공학회 2009 한국해안해양공학회 논문집 Vol.21 No.2

손상된 철근콘크리트 보를 모의하기 위해 사전균열을 발생시킨 후, GFRP Bar와 GSP 매입공법으로 보수하여 피로실험을 수행하였다. 피로실험 결과, 실험보는 피로하중 초기 싸이클에서 대부분의 잔류처짐과 균열이 발생하고 싸이클 수에 따른 이들의 증가율은 미미하였다. 보수보의 정적강도는 보수하지 않은 보에 비해 크게 증가하였지만, 피로강도는 감소하였다. S-N 곡선에서, GFRP Bar 보수보의 피로강도는 정적강도의 58%, GSP 보수보의 피로강도는 52%였다. After developing the pre-crack to simulate a damaged reinforced concrete beam, fatigue test was conducted on the beam repaired by GFRP Bar and GSP embedded method. In the result of fatigue test, most residual displacement and crack of the experimental beams occurs in the early loading cycle and an increasing rate of these due to number of cycles were insignificant. Comparing with a non-repaired beam, a static strength of the repaired beam greatly increased, but fatigue strength decreased. In S-N curves, fatigue strength of the beam repaired by GFRP Bar and GSP was 58%, 52% of the static strength respectively.