곡선거더교에서 발생한 피로균열의 특성분석 및 보강방안의 적정성 평가

Abstract

도로교에서 강교량 적용은 고속도로의 경우 JC나 IC의 입체교차로에 많은 실적을 갖고 있고, 또 대부분 곡선교 형태의 적용실적이 많다. 이러한 곡선교에는 대부분 원심력이나 뒤틀림에 유리한 구조 특성을 갖는 박스거더 교량이 주로 적용되고 있으나, 초기 곡선교에는 플레이트거더 형식의 교량이 일부 적용된 사례도 극소수 있는 것으로 조사되었다. 이들 곡선교에 적용된 플레이트거더 형식 강교량은 박스거더 형식에 비하여 구조적으로 뒤틀림 등에 불리한 구조로서 공용년수 증가에 따라 피로 등과 같은 열화현상 발생 가능성이 높을 것으로 판단된다.

또한 곡선거더교의 복부는 교축방향의 면내응력과 면외 휨응력을 동시에 받는 구조이므로, 직선교에 비하여 플랜지와 복부의 필릿용접이음부에서의 발생응력이 상당히 크며, 또 바닥틀이나 브레이싱을 주거더에 연결시켜주는 거셋플레이트는 구조적으로 더욱 취약한 구조가 된다.

따라서 본 연구에서는 25년간 공용된 곡선거더교에서 발생된 피로균열의 발생원인을 조사하고 실제교통 흐름 하에서 용접부에서의 응력특성을 파악하기 위하여 일련의 현장측정을 실시하였다. 이들 현장측정으로부터 여러 가지 타입에 대한 피로균열 원인을 분석하였다. 또한 곡선거더 강교량에 발생된 피로균열을 대상으로 피로균열 발생원인 조사를 위하여 외관조사 및 실제교통흐름하에서의 현장측정 및 분석을 통하여 피로균열의 발생 특성과 교량 거동과의 관계를 분석하였다.

그리고 주요 균열에 대한 피로수명을 평가하였으며 피로균열에 대하여 보수보강방안을 제시하고, 현장측정데이터 분석을 통해 실제교통하중을 추정하고 유한요소해석을 통해 보수보강방안의 타당성을 제시하였다.

연구결과, 대상교량의 피로균열은 곡선교 구간에서만 발생하고 있었으며, 피로균열의 발생원인을 추정하면 피로균열 발생의 주요원인은 곡선교 특성에 의한 거더간의 처짐차이로 인한 면외변위, 수평브레이싱 등의 2차부재의 면외진동 및 제작상의 오차 등에 의한 것으로 판단된다.

실시간 교통흐름에서의 현장계측데이터를 사용한 피로안전성 평가결과 피로균열이 발생하지 않은 구조상세는 아직 어느정도의 피로수명을 확보하고 있으나 피로균열이 발생된 구조상세는 공용년수를 고려하면 거의 잔존피로수명이 없는 것으로 파악되었다.

그리고 현장계측데이터를 토대로 대상교량에 재하되는 작용하중을 추정하였으며, 동적해석프로그램을 사용하여 현장계측데이터와 비교하여 시간이력해석을 실시하여 추정된 재하하중의 타당성을 검증하였다.

또한 대상교량의 피로균열에 대하여 보강방안을 제시하였으며 보강방안에 대하여 우리나라 도로교설계기준 설계활하중(DB-24), ASSHTO LRFD 설계피로트럭하중(HS20-FTG) 및 계측에서 추정된 실제교통하중 등의 3가지 하중에 대하여 보강방안의 적정성을 검토를 위한 구조해석 실시결과, 도로교설계기준의 허용피로응력범위를 만족하는 것으로 나타나 본 연구에서 제시한 보수&#8228

보강방안의 타당성 및 효율성을 확인하였다.