재하하중에 따른 강바닥판 거동 특성에 관한 연구

Abstract

강바닥판 교량은 자동차 윤하중의 직접재하의 영향으로 강상판구조를 구성하는 판 요소가 복잡한 거동을 하고, 부재 교차부 등에서 국부적으로 높은 응력이 발생하여 피로손상이 빈번하게 발생한다.

한편 현재 공용 중에 있는 교량에서도 교통량의 증가와 차량 하중의 증가로 높은 변동응력이 예상되므로 피로손상의 발생가능성이 더욱 커질 것으로 예상된다.

그러므로 강바닥판교량의 피로손상에 큰 영향을 줄 것으로 판단되는 대형 트럭의 실제 하중 특성들을 정확하게 분석하고, 그러한 하중에 따라 강바닥판이 어떠한 거동을 하는지 명확히 평가하는 것이 필요하다고 생각된다.

따라서 본 연구에서는 도로교 설계기준(2008)에 명시된 트럭의 DB하중에 대한 설계시 접지면적에 작용되는 DB하중 보다 국부적으로 더 큰 응력을 발생시켜 강바닥판 구조상세부의 피로에 많은 영향을 미칠 것으로 판단되는 트럭의 실제하중에 의한 전륜 및 후륜의 single tire와 double tire가 실제 접지하는 면적을 고려하여 구조해석을 실시하고, 해석치의 비교·검토를 통하여 실제 타이어의 접지 면적이 강바닥판에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 바닥판 두께, 수직보강재 부착 유무 등에 따른 강바닥판의 거동을 살펴보고자 데크 플레이트 두께와 수직보강재 부착 유무를 변수로 한 정밀 구조해석을 수행하였다. 즉, 이들 변수와 설계 접지면적과 실제 트럭의 접지면적과의 관계를 고려한 강바닥판의 거동을 분석하였다.

그 결과 트럭의 실제 접지면 중 전륜인 single tire의 면적에 작용하는 하중으로 인해 Deck Plate부와 종리브와 Deck Plate 연결부에 비교적 큰 국부응력을 발생시키는 것으로 나타났으며, 향후 강바닥판 설계시 트럭 single tire의 실제 접지면에 의한 영향은 반드시 검토되야 할 것으로 판단된다.

그리고 Deck Plate의 두께 변화를 변수로 해석을 수행한 결과 Deck Plate의 두께에 의한 효과는 Deck Plate부에서 가장 큰 것으로 나타났다. 즉, 트럭의 실제 면적에 재하한 하중으로 인해 발생하는 Deck Plate부의 국부응력을 Deck Plate의 두께를 증가시킴으로 어느정도 제어할 수 있을 것이라 판단된다.

마지막으로 종리브 내부에 수직보강재를 부착하고 구조해석을 실시한 결과 종리브측에 상당한 응력 저감 효과를 가져왔으며, 이는 종리브측의 피로개선에 큰 효과가 있는 것으로 판단된다. 또한 수직보강재를 부착하여 횡리브의 간격을 변수로 하여 구조해석을 실시한 결과 종리브 내부에 수직보강재를 부착하였을 경우 횡리브 간격이 4m일 때와 수직보강재를 부착하지 않은 상태의 횡리브 간격이 2,5m일 때의 주응력과 비슷한 것을 알수 있었고, 향후 설계시 종리브 내부에 수직보강재를 부착하여 횡리브 간격을 4m까지 넓힌다면 강재절약 및 용접길이 감소 등에 따른 많은 제작비용의 절감을 가져올 것이라 판단된다.

Fatigue cracks of orthotropic steel bridge are occurred by local stress according to repeated influence ofheavy truck load, and many welding to construct orthotropic steel bridge.

Moreover possibility occuring of fatigue cracks is increasing because of increase of traffic and load of trucks.

Therefore it is important to analysis real load pattens of heavy trucks which have effect on general bridges and evaluate exactly behavior of bridge according to the load pattens.

In this paper, exactly analyzed realload pattens of heavy trucks and estimated effect of load pattens in orthotropic steel bridge. Compared loading atea by the DB-load of design regulation and real earthing area by real load of trucks. And estimated influence ofeach load pattens in orthotropic bridge through FEM analysis. Moreover analyzed influence about real loads of truck through FEM analysis by variables thickness of deck plate.

The result of this study, loading of real single tire of trucks occurred higher local stress than loading design DB load and especially the part of deck plate get many influence by the loading of single tire.

And increase of thickness of deck plate have effect on reduce local stress occuring in the part of deck plate. Moreover adhesion of vertical rib in longitudinal rib also have effect of reduce stress occuring in the part of longitudinal rib.