2거더교의 합리적 구조상세 제안과 적용에 따른 경제성 및 경관에 관한 연구

Abstract

강교량 건설의 합리화 방안의 일환으로 거더에 고강도강재 및 후판강재를 사용하여 수평 브레이싱과 수직 브레이싱을 생략하고 하중 전달 부재로 가로보를 배치하여 합리화를 도모한 교량형식인 2거더교가 제안되고 있다. 2거더교는 교량을 단순화, 생략화하고 거더 개수를 최소화하였기 때문에 교량의 설계, 제작 및 유지관리에서의 합리화를 도출할 수 있는 대표적인 교량 형식의 하나이다.

강교량 합리화에 의한 2거더교는 일반적인 플레이트거더교에 비해 2차부재의 생략화 및 합리화에 따른 경제적 측면에서의 이점이 있음에도 불구하고 그에 대한 구조적 거동 특성 파악 및 경제성 분석에 대한 연구가 미흡할 뿐 아니라 명확한 설계기준 등이 규정되지 않아 적용상에 어려움이 지적되고 있다.

본 연구에서는 2거더교의 합리적인 구조상세를 제안하기 위하여 먼저 2거더교에서 하중분배 역할을 하는 가로보를 대상으로 가로보 위치, 간격 및 강성을 매개변수로 FEM해석을 수행하여 합리적인 가로보 배치상세를 제안하였다. 또한 2거더교에서 복부의 좌굴 방지의 역할을 하는 수직보강재를 대상으로 수직보강재 연결부의 스캘럽 곡률반경을 매개변수로 상세 FEM해석을 수행하여 피로에 안전한 구조상세를 제안하였다.

이러한 구조 거동 검토 결과를 토대로 단면제원 및 지간길이에 따른 최적설계 및 경제성 분석을 수행하여 2거더교 설계시 단면선정의 기초자료 제시 및 합리적 지간길이를 제안하였다. 또한 교량 설계시 중요한 인자의 하나로 대두되고 있는 경관설계의 기초자료를 제시하기 위하여 황금비를 적용한 2거더교의 거더 높이 및 경간 분할에 대한 최적설계 및 경제성 분석을 수행하였다.

연구결과, 2거더교 가로보의 응력 및 시공성 등의 구조특성을 고려하면 가로보는 거더 중단에 배치하고, 간격은 지간의 1/6, 강성은 주거더 강성의 2.1%로 배치하는 것이 합리적인 것으로 나타났다.

또한 2거더교의 피로안전성을 고려하면 주거더 복부 두께는 16mm이상, 수직보강재 연결부의 스캘럽 곡률반경은 100mm이하로 하는 것이 합리적인 것으로 나타났다.

한편 2거더교의 구조특성을 고려한 최적설계 기반에서의 지간길이에 따른 최적 단면제원을 제안하였으며, 또한 경제성 분석에 기초한 2거더교의 적정 지간길이는 50m～60m인 것으로 나타났다. 그리고 황금비 개념을 도입하는 경관설계가 경제성 측면에서 보다 효율적인 것으로 나타났다.