사용성 설계를 위한 PSC 합성거더교의 시간의존적 변수해석

윤석구(Youn Seok-Goo),조선규(Cho Sun-Kyu),이종민(Lee Jong-Min) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 A Vol.26 No.5A

PSC 합성거더교의 사용성을 만족시키기 위해서는 사용하중 상태에서 구조물에 발생하는 응력과 변형을 정확히 예측하는 것이 필수적이다. 응력과 변형은 콘크리트의 건조수축과 크리프, 그리고 긴장재의 리락세이션에 의한 영향으로 시간에 따라 연속적으로 변화된다. 시간의존적인 영향의 중요성은 전체 구조가 일시에 제작되는 경우보다 단계별로 시공되는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 구조물에서 더욱 커진다. 본 연구에서는 기존 30m PSC거더 표준단변을 이용한 PSC 합성거더교에 대해 긴장력 도입시기와 콘크리트바닥판 타설시기의 변동성을 고려한 장기거동해석을 수행하였다. 단순교와 연속교에 대해 시공단계별 장기거동 해석을 위한 PSC 합성거더교 전용해석프로그램을 개발하였으며 이를 이용하여 변수해석을 수행하였다. 시공단계별 변수해석결과를 토대로 PSC 합성거더교의 장기거동특성과 현행 프리스트레스 감소량과 관련된 현행규정의 적용한계성을 분석하였다. To ensure the serviceability requirements of PSC composite girder bridges, it is essential to predict the stresses and deformations of the structure under service load conditions. Stresses and deformations vary continuously with time due to the effects of creep and shrinkage of concrete and relaxation of prestressing steel. The importance of these time-dependent effects is much more pronounced in precast prestressed concrete structures built in stages than in those constructed in one operation. In this paper, time-dependent analyses for PSC composite bridges using 30m standard girders have been conducted considering with the variation of the times of introducing initial prestressing forces and casting concrete. A computer program has been developed for the time-dependent analysis of simple or continuous PSC composite girders and parametric studies are conducted. Based on the numerical results, it is investigated the long-term behaviors of PSC composite girder bridges and discussed the limitations of the current codes for the prestress loss.

강합성 2-거더교의 가로보 배치 간격 및 소요 휨강성에 관한 연구

박용명,조현준,황민오,Park, Yong Myung,Cho, Hyun Joon,Hwang, Min Oh 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.1

본 논문에서는 수직 및 수평 브레이싱을 생략하고 I-형 거더를 가로보만으로 연결한 강합성 2-거더교에서 가로보의 적정 배치간격 및 소요 휨강성의 산정을 위한 연구를 수행하였다. 이를 위해 지간 40m의 단순교와 40+50+40m의 2차로 연속교를 예제교량으로 시산 설계하였다. 본 교량에 대해 중간가로보의 배치 간격과 휨강성을 매개변수로 하여 합성전 후 고정하중, 활하중, 풍하중 및 지진하중에 대한 해석을 수행하고 설계하중조합에 대한 응력 및 활하중 분배효과를 분석하였다. 한편, 강재 거더와 가로보의 격자구조에 대해 합성전 고정하중을 고려한 재료-기하 비선형해석으로부터 횡비틀림 좌굴강도를 평가하였다. 이상의 해석 결과를 토대로 지점부 및 중간가로보의 적정 배치 간격과 소요 휨강성을 제안하였다. A study on the evaluation of proper spacing and required flexural rigidity of cross beams in composite two I-section steel girder bridges without a lateral and sway bracing system was performed. Specifically, a 2-lane, 40-m simple span bridge and a 3-span continuous (40+50+10m) bridge were designed, and structural analyses under dead load before and after composite, live, wind, and seismic loads were performed using spacing and flexural rigidity or cross beams as parameters. Through parametric analysis, the effect on the stresses due to the combination of loads and live load distribution was investigated. In addition. material and geometric nonlinear analyses under dead load before composite were performed to evaluate the lateral buckling strength of the steel girders and cross beam. Based on the results or such analyses, the proper spacing and flexural rigidity of cross beams at intermediate points and supports were proposed.

지점부 하부플랜지에 고강도 콘크리트를 합성한 강 박스거더교의 정적 특성 분석

차태권(Cha, Taegweon),장일영(Jang, Ilyoung) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.1

강 박스거더 교량은 비틀림 강성이 크므로 곡선교에 대한 적용성이 우수하며 가설시 세그멘트의 중량이 콘크리트 교량 대비 작아서 중경간 교량에 대한 적용사례가 많다. 그러나 70 m 이상의 장경간 교량 적용시에는 강 박스거더의 지점부 형고가 커지므로 거더 제작 및 운반과 가설시에 불리해진다. 따라서 대블럭의 크레인 가설 등 시공을 용이하게 하기 위해서는 공법 개량이 필요하다. 이에 연속경간 지점부의 하부플랜지에 고강도 콘크리트를 합성하여 상부슬래브와 이중합성되는 박스거더교의 구조계를 제안하고 구조적 성능을 유한요소해석과 실물시험체의 정적재하실험을 통해 비교 검증하였다. 이러한 구조계는 단면효율 최적화로 연속지점부 형고를 최소화하며, 사용성 측면에서도 개선된 구조임을 확인하였다. The steel box girder bridge has excellent applicability to curved bridges owing to its large torsional rigidity. In addition, because the weight of the segments is smaller than that of concrete bridges, it also has many applications for medium-range bridges. However, when a bridge with a span greater than 70 m is constructed, the height of the steel box girder increases, which is disadvantageous for the manufacture and transportation of girders and for bridge construction. Therefore, improvements in the construction methods are required to facilitate construction. Therefore, a structural system of a double composite box girder bridge with an upper slab and composite high-strength concrete at the lower flange of the support of continuous span was proposed, and the structural performance was verified by finite element analysis and a static loading test of an actual specimen. It was confirmed that such a structure minimizes the height of the girder of continuous support by optimizing the sectional efficiency and also improves usability.

합성거더교의 등가 건조수축 변형률

배두병,정대준,Bae, DooByong,Jung, Dae Jun 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.1

현대 교량이 연속화, 장대화되어 가는 추세에 따라 강-콘크리트 합성거더교의 내구성 및 안전성 확보를 위해 콘크리트의 건조수축과 크리프 등 장기거동에 의한 영향이 정확히 평가 산정되어야 한다. 그러나, 현 도로교 설계기준에 주어진 최종 건조수축 변형률은 $180^{1\;2}$인데 이는 실험적 연구 등을 통해서 밝혀진 값보다 현저히 작은 값으로 여러 시공사례에서 문제점이 발견되고 있는 등 건조수축에 의한 영향이 과소평가 되고 있어 이에 대한 수정이 필요한 시점에 있다. 이에 본 논문에서는 바닥판으로 콘크리트 슬래브를 적용한 플레이트 거더교 박스 거더교, 플리플렉스빔교를 대상으로 콘크리트 구조설계기준에 제시된 건조수축 및 크리프에 대한 규정을 적용하여 시간단계별 비선형 해석을 수행하였고, 얻어진 결과를 도로교 설계기준에 따라 산정된 값들과 비교 분석하여, 최종적으로 비선형 해석의 결과와 동일한 응력을 발생시키는 선형등가 건조수축 변형률을 산정하였다. 그 결과 도로교 설계기준에서 제시한 $180^{1\;2}$ 보다 대략 2배의 값을 적용하는 것이 실제의 건조수축의 영향을 반영하는 것으로 나타났다. Since Modern bridges have a tendency to make the spans continuous and longer, the effect of concrete shrinkage and creep is very important and must be evaluated appropriately for the durability and safety of steel-concrete composite bridges. However, highway design specification in current use prescribes $180^{1\;2}$ as the final shrinkage strain. which is for less value than one resulted from many experimental researches and cause some problems in the construction of composite bridges due to the understimation of shrinkage strain. Thus, in this paper nonlinear analysis with time-steps applying the CEB-FIP(90) provision have been conducted for plate girder bridge, box girder bridge and Preflex beam bridge and the linear equivalent shrinkage strain for the design of composite bridges. which produces the stress equal to the values from the nonlinear analysis, has been calculated by comparing the results with the values following highway design specification. The results yield appropriately double values than $180^{1\;2}$ which highway design specification prescribes.

연속 강합성거더교의 온도프리스트레싱 효과 해석을 위한 간략해석법의 개발

김준환(Kim Jun-Hwan),안진희(Ahn Jin Hee),최규태(Choi Kyu Tae),김상효(Kim Sang-Hyo) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.6A

온도프리스트레싱 공법을 이용한 연속 강합성거더교의 시공은 연속지점부의 콘크리트 바닥판에 프리스트레스를 도입함으로써 교축직각방향으로 발생하는 인장균열을 억제하는데 그 목적이 있다. 교량의 시공시 일시적으로 인위적인 온도경사를 강거더에 발생시켜 발생하는 거더의 휨변형이 프리스트레싱을 위한 외력으로 작용하므로 별도의 긴장재가 필요 없으며 교축방향 보강철근 사용량 및 강거더 단면을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 온도프리스트레싱 효과의 해석에 있어서는 인위적인 가열로 인한 비선형의 온도분포를 고려하여야 하므로 이전까지의 연구에서는 3차원 입체요소를 사용한 유한요소해석에 의존해왔다. 또한 이전의 해석기법에서는 3차원 열전달해석과 열탄성해석을 연계하는 방법을 적용하여 모형화가 어렵고 해석시간이 많이 소요되며 비전문가는 사용이 어렵다는 단점이 있었다. 본 연구에서는 연속 강합성거더교의 온도프리스트레싱 효과를 해석함에 있어 수치해석 모형화와 해석에 소요되는 해석비용을 획기적으로 감축하고 설계 실무자들이 쉽게 접근할 수 있도록 온도프리스트레싱 효과의 간략 해석법을 개발하였다. 이전의 연구에서 제안된 기존 해석법을 활용한 2경간 연속 강합성 거더교의 해석결과와 비교ㆍ분석한 결과, 간략 해석법은 기존 해석법 대비 5% 이내의 오차를 보여 온도프리스트레싱을 적용한 설계 실무에 충분히 적용이 가능한 것으로 판단되었다. The purpose of thermally-prestressed continuous composite girder bridges lies in mitigation of transverse cracks in the concrete deck. Instead of using tendons for prestressing, the thermal prestressing method utilizes the deflection of steel girders induced by a temporary heating process without mechanical prestressing. While the transverse cracks can be effectively controlled, decrease in the amount of rebar and the steel girder's section area is also possible. Although the computation method of thermal prestressing effect proposed in previous studies can give accurate results, the computation cost is high and may be difficult for inexperienced engineers. In this study, a simplified method is proposed for computing the thermal prestressing effect, which neglects the heat transfer analysis procedure and utilizes simple 2-D beam element FE models. Comparison of the computation results using existing and simplified methods was performed where the error between the two methods was less then 5%. Therefore, it is concluded that the simplified method can be used with acceptable accuracy for computation of the thermal prestressing effect.

2,360 MPa급 고강도 강연선을 적용한 후긴장된 PSC 합성거더교의 설계 변수해석

최문성(Wen-Cheng Cui),윤석구(Seok-Goo Youn) 한국콘크리트학회 2022 콘크리트학회논문집 Vol.34 No.2

강합성 거더교의 피로설계용 충격계수의 제안

이희현(Lee Hee Hyun),전준창(Jeon Jun Chang),경갑수(Kyung Kab Soo) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.6A

활히중에 의해 유발되는 응력범위의 누적에 기인하는 피로현상은 강교량의 수명을 지배하는 주요 요인이다. 20년 이상의 공용수명을 갖는 강교가 증가하고 있으며, 산업화에 따른 중차량의 증가에 의해 피로에 대한 관심이 높아가는 추세이다. 피로설계에 대한 규정이 명확한 국외의 주요 설계기준과는 달리 국내의 도로교 설계기준은 피로설계하중, 재하방법 및 충격계수 등에 관해 별도로 규정하고 있지 않아 일반 구조설계기준에 준하고 있다. 그러나, 강교의 피로현상은 일반적인 공용조건 하에서 유발되므로 최대 동하중 효과를 고려하기 위한 정적설계의 충격계수를 피로설계시에도 준용하는 것은 과다한 안전측 설계가 될 가능성이 크다. 따라서 본 연구에서는 매개변수해석을 통해 강합성교량의 이동히중에 의한 동적거동 특성을 검토하고, 이로부터 강합성교량의 피로설계용 충격계수를 제안하였다. 이동하중에 의한 매개변수해석에 고려된 해석변수는 교량 강성, 차량의 모형화 방법 및 통행특성 그리고 교량의 노면조도 등이다. 또한, 매개변수해석을 통해 제안된 피로설계용 충격 계수의 적정성을 검증하기 위해 다수의 교량에 대한 실측충격계수와 비교, 검토하였다. The fatigue phenomenon, which is caused from accumulation of live load stress, is one of the main factors controlling the life of the steel bridge. In recent, increasing of the serviced year of the steel bridge and that of vehicle weight make the phenomenon as a primary concern to them. Korean code on the highway bridge design does not specify the detailed items such as design load, loading method and impact factor for fatigue. Therefore, fatigue design of the steel bridge is done as the same manner as the ordinary static design. By the way, if we think about design impact factor, the factor had been decided under extreme traffic condition, not by general condition. However, fatigue is induced under general traffic condition. Therefore, if we use the same impact factor for fatigue design, it can lead to over-design in terms of fatigue. In this paper, appropriate impact factor for fatigue design is presented from the parametric study on the dynamic behavior of the steel girder bridge. The parameters considered in this paper are bridge stiffness, vehicle model, traffic flow, and roughness of bridge surface etc. In addition, the feasibility of the proposed impact factor for fatigue design is substantiated through the comparison with measured impact factor.

시공단계가 고려된 공칭휨강도를 적용한 합성거더교의 설계

배두병(Bae, Doobyong),남현웅(Nam, Hyeonung) 대한토목학회 2020 대한토목학회 학술대회 Vol.2020 No.10

강합성거더교의 장기거동추정

金守萬 水原大學校 2007 論文集 Vol.25 No.-

When a concrete structure is subjected to load, its response is both immediate and time dependent. Under sustained load, the stress variation occurs due to creep and shrinkage of concrete on the sections of concrete-steel composite girders. Especially the stress variations at interface of concrete deck and steel girder are important problem. However the creep and shrinkage characteristics of concrete are highly variable and are never exactly estimated. Also it may be difficult to estimate the amount of the deformation of concrete deck restrained by the steel girder. But It is necessary to establish upper and lower limits of stresses and strains under long term behaviour. To estimate these limits, in Standard Specification for Highway Bridge, it is based on the concept of Yassumi's method. In this study, comparing the analysis results of long term behaviour using the AEMM and Yassumi's method, the rationality of the Yassumi's method will be evaluated. From the result of this study, it is verified that the stress variation calculated by AEMM is larger than that by Yassumi's method.

합성거더교의 등가 건조수축 변형률

정대준 국민대학교 2004 北岳論叢 Vol.21 No.-

현대 교량이 연속화, 장대화되어 가는 추세에 따라 강-콘크리트 합성형교의 내구성 및 안전성 확보를 위해 콘크리트의 건조수축과 크리프 등 장기거동에 의한 영향이 정확히 평가 산정되어야 한다. 그러나, 현 도로교설계기준에 주어진 최종 건조수축변형률은 180με인데 이는 실험적 연구등을 통해서 밝혀진 값보다 현저히 작은 값으로 여러 시공사례에서 문제점이 발견되고 있는 등 건조수축에 의한 영향이 과소 평가 되고 있어 이에 대한 수정이 필요한 시점에 있다. 이에 본 논문에서는 바닥판으로 콘크리트 슬래브를 적용한 플레이트 거더교, 박스 거더교, 프리플렉스빔교를 대상으로 콘크리트 구조설계기준에 제시된 건조수축 및 크리프에 대한 규정을 적용하여 시간단계별 비선형 해석을 수행하였고, 얻어진 결과를 도로교 설계기준에 따라 산정된 값들과 비교 분석하여, 최종적으로 비선형 해석의 결과와 동일한 응력을 발생시키는 선형 등가건조수축변형률을 산정하였다. 그 결과 도로교 설계기준에서 제시한 180με 보다 대략 2배의 값을 적용하는 것이 실제의 건조수축의 영향을 반영하는 것으로 나타났다. Since Modern bridges have a tendency to make the spans continuous and longer, the effect of concrete shrinkage and creep is very important and must be evaluated appropriately for the durability and safety of steel-concrete composite bridges. However, highway design specification in current use prescribes 180με as the final shrinkage strain, which is far less value than one resulted from many experimental researches and cause some problems in the construction of composite bridges due to the underestimation of shrinkage strain. Thus, in this paper nonlinear analysis with time-steps applying the CEB-FIP(90) provision have been conducted for plate girder bridge, box girder bridge and Preflex beam bridge and the linear equivalent shrinkage strain for the design of composite bridges, which produces the stress equal to the values from the nonlinear analysis, has been calculated by comparing the results with the values following highway design specification. The results yield appropriately double values than 180με which highway design specification prescribes.