케이블교량 및 PSC box교량의 설계하중조합에 대한 안전율 분석 = Safety Analysis of Cable Bridge and PSC Box bridge for Design Load Combination

국문 초록 (Abstract)

교량의 설계기준의 발달을 위해서는 안전율 결정에 대한 선진적인 기법 및 하중조합에 대한 이해가 선행되어야 한다.
이 연구에서는 교량의 설계하중조합에 대한 안전율 분석을 통하여 각 설계기준에 대한 신뢰도지수와 안전율 분석을 목적으로 한다.
예제교량에 대한 유한요소 구조해석을 수행하여 현행 도로교 설계기준(KBDC), AASHTO LRFD, 제안 도로교 설계기준(Propose) 및 케이블교량설계지침(안)의 활하중 조합, 풍하중 조합, 지진하중 조합에 대한 휨모멘트 값을 산정하고 신뢰도지수와 안전율을 구한다.
PSC box교량에서는 지점조건이나 시공방식에 따라 차이가 있으나, 휨모멘트 값이 경간의 길이가 늘어나면 각 설계기준의 고정하중, 활하중 값이 대부분이 커졌고, 하중계수를 적용한 총하중 값도 증가하였다. 케이블교량에서는 각 설계기준별로 휨모멘트를 비교하고 그 중에서 현행 도로교 설계기준(KBDC)이 각 하중조합에 대한 값이 크게 나타났다.
PSC box교량에서는 측경간의 정모멘트의 신뢰도지수만 빼고 대부분의 경우는 경간이 늘어나면 신뢰도지수도 늘어났다. 그 중에서 현행 도로교 설계기준(KBDC)가 가장 크게 나왔는데, 그 이유는 하중계수로 인한 영향이다.
케이블교량의 신뢰도지수는 보강거더와 주탑에 케이블교량 설계지침(안)의 중요도계수를 적용하기 전보다 적용 후에 신뢰도지수가 증가하는 것을 알 수 있다. 그리고 설계기준의 신뢰도지수보다 실교량의 신뢰도지수가 더 크게 나타나는 것을 알 수 있는데 이는 기준보다 더 안전하게 만들기 때문이다. 신뢰도수준은 평균적으로 목표신뢰도 수준인 3.5를 나타내고 중요도계수를 적용하면 4.0을 이루거나 상회하여 목표신뢰도 수준을 만족한다.
안전율을 보면 PSC box교량은 경간이 증가함에 따라 신뢰도지수와 반대로 안전율이 나타난다. 케이블교량은 전체적으로 하중조합에 대한 안전율이 PSC box교량에 비하여 크지 않게 나오고 있다. 중요도계수를 적용하여도 값이 그리 크지 않다. 풍하중 및 지진하중 조합에 대한 설계기준별 안전율의 차이는 크게 나타나지 않는다. 이는 설계기준별 차이가 크지 않기 때문이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Advanced techniques in determining safety factors and understandings of the load combination need to be achieved in the developments of the bridge design criteria.
This study aims at analyzing reliability index on each design criteria and safety factors through a load combination analysis on bridge designs.
The study calculates bending moment values by using current bridge design specification(KBDC), AASHTO LRFD and the proposed design code. Live load combination, wind load combination, and earthquake load combination are applied to carry out structural analysis using finite element program, and then earns the reliability index and safety factor.
In the PSC box bridge, most dead load and live load’s values of each design criteria are increased as the span’s length is increased in bending moment’ values, and also total load values applying the load factor increased. This study compared bending moments by each design code in the cable bridge, and load combination value was the largest when the current bridge design specification is used.
The reliability index was increased from most cases except the reliability index of positive moment if span lengths were increased in the PSC box bridge. The current bridge design specification(KBDC) yields the largest value among them, and its reason was due to the largest load factor. Regarding the reliability index of cable bridge, a fact could be known that the index was more increased after applying the importance factor to the reinforcing girder and the pylon than before. Also, reliability index of the real bridge was much larger than that of the design specifications, and it was because of having been designed safer than the specifications. Reliability level shows 3.5 on the average that is corresponding to the target reliability level, and the target level is being satisfied by achieving 4.0 or over it if applying the importance factor.
If looking at safety factors, PSC box bridge usually increases as the span increases which is to opposite the reliability index. Safety factors for the cable bridge are smaller than the PSC box bridges. In case of applying the significance index, the value does not increase so much. Safety factors by design criteria on wind load and earthquake load combinations are not appeared large.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구목적 및 범위 1
• 제 2 장 설계하중조합의 하중계수 및 저항계수 3
• 2.1 활하중조합 3
• 2.1.1 현행 도로교 설계기준 5
• 2.1.2 AASHTO LRFD 6
• 2.1.3 제안 도로교 설계기준 7
• 2.1.4 하중조합 9
• 2.2 풍하중조합 11
• 2.3 지진하중조합 15
• 2.4 저항계수 17
• 제 3 장 예제 실교량의 제원 18
• 3.1 PSC box교량 18
• 3.1.1 PSC box 예제교량1의 제원 18
• 3.1.2 PSC box 예제교량2의 제원 21
• 3.1.3 PSC box 예제교량3의 제원 24
• 3.1.4 PSC box 예제교량4의 제원 28
• 3.2 케이블교량 31
• 3.2.1 케이블 예제교량의 제원 31
• 제 4 장 PSC box교량의 단면설계에서 활하중조합 34
• 4.1 고정하중 34
• 4.1.1 측경간 비계수 고정하중 34
• 4.1.2 중앙경간 비계수 고정하중 36
• 4.2 활하중 38
• 4.2.1 측경간 비계수 활하중 38
• 4.2.2 중앙경간 비계수 활하중 40
• 4.3 총하중 43
• 4.3.1 측경간 계수 총하중 43
• 4.3.2 중앙경간 계수 총하중 46
• 4.4 PSC box교량의 휨모멘트도 48
• 4.4.1 PSC box 예제교량1의 휨모멘트도 48
• 4.4.2 PSC box 예제교량2의 휨모멘트도 51
• 4.4.3 PSC box 예제교량3의 휨모멘트도 54
• 4.4.4 PSC box 예제교량4의 휨모멘트도 57
• 제 5 장 케이블교량 단면설계 지배하는 하중조합 60
• 5.1 보강거더 60
• 5.1.1 활하중조합의 비계수 고정하중 60
• 5.1.2 활하중조합의 비계수 활하중 64
• 5.1.3 활하중조합의 계수 총하중 69
• 5.2 주 탑 74
• 5.2.1 풍하중조합의 비계수 고정하중 74
• 5.2.2 풍하중조합의 비계수 풍하중 76
• 5.2.3 풍하중조합의 계수 총하중 78
• 5.2.4 지진하중조합의 비계수 고정하중 80
• 5.2.5 지진하중조합의 비계수 지진하중 82
• 5.2.6 지진하중조합의 계수 총하중 84
• 5.3 케이블 86
• 5.3.1 활하중조합의 비계수 고정하중 86
• 5.3.2 활하중조합의 비계수 활하중 89
• 5.3.3 활하중조합의 계수 총하중 92
• 5.4 케이블예제교량의 휨모멘트도 95
• 제 6 장 설계의 안전율 비교 98
• 6.1 신뢰도 지수 98
• 6.1.1 PSC box교량의 측경간 신뢰도지수 101
• 6.1.2 PSC box교량의 중앙경간 신뢰도지수 104
• 6.1.3 케이블교량의 보강거더 신뢰도지수 107
• 6.1.4 케이블교량의 주탑 신뢰도지수 117
• 6.1.5 케이블교량의 케이블 신뢰도지수 124
• 6.2 안전율 131
• 6.2.1 PSC box교량의 측경간 안전율 132
• 6.2.2 PSC box교량의 중앙경간 안전율 134
• 6.2.3 케이블교량의 보강거더 안전율 136
• 6.2.4 케이블교량의 주탑 안전율 142
• 6.2.5 케이블교량의 케이블 안전율 146
• 제 7 장 결 론 152