강바닥판 구조상세부의 정적거동 및 보강상세에 관한 해석적 연구

Abstract

강바닥판 교량은 종리브와 횡리브로 강재 바닥강판을 보강하여 바닥판으로 사용하고 그 위에 포장(surfacing)을 한 교량으로서 철근 콘크리트 바닥판을 사용하는 경우와 비교해 중량이 1/2～1/3정도 밖에 되지 않으며, 주거더와 함께 일체로 거동하게 되므로 일반교량과 비교할 때 같은 지간과 교폭, 같은 하중하에서 재료를 55%까지 절감할 수 있다고 알려져 있다. 또한, 제작의 거의 전 과정을 공장제작하게 되므로 품질의 신뢰성을 높일 수 있고, 현장 조립의 간편성과 교량가설 후의 콘크리트 타설 등의 공정이 없으므로 그 만큼 공기를 단축시킬수 있을 뿐 아니라 상대적으로 형고를 낮출 수 있어 미관을 향상시키는 등 많은 장점을 가지고 있다. 그러나 비교적 얇은 강판을 사용하여 종ㆍ횡리브 및 가로보 등과 용접을 이용하여 조립된 구조이기 때문에 접합부 등 여러 구조상세에서 발생하는 응력 상태가 매우 복잡하고 용접에 의한 결함과 변형이 발생할 가능성이 존재하며 일반적인 강교량과는 다른 유형의 손상이 발생하는 등 아직도 해결되어야 할 문제가 많이 남아있다. 따라서 본 연구에서는 강바닥판 교의 피로균열이 빈번히 발생해 가장 문제가 되는 U-rib와 횡리브 연결 상세부와 데크 플레이트와 종리브 연결부의 발생응력을 최소화할 수 있도록 이에 가장 큰 영향을 미칠 것이라 판단되는 데크 플레이트 두께, 횡리브 스켈럽 상세, 횡리브 연결길이, 벌크 헤드 플레이트나 수직 리브와 같은 보강상세의 부착에 따른 변수로 정밀 구조해석을 수행하여 다음과 같은 결과를 도출하였다. 데크 플레이트 두께로는 현재 14mm이상으로 되어있는데 16mm가 타당할 것으로 판단되며, 횡리브 스캘럽은 현재 20R로 되어 있는 것을 35R, 횡리브 연결길이는 70%가 타당할 것으로 판단된다. 그리고 보강상세로서 벌크헤드 플레이트는 전체적으로 주응력 경감에는 효과를 가져오나 피로균열이 빈번히 발생하는 용접 지단부에서는 오히려 응력집중을 더욱 유발함을 알 수 있었다. 그러나 수직리브는 용접 지단부에서 응력집중을 경감시키는 효과를 나타내었다. 따라서 향후에는 벌크 헤드 플레이트의 보강보다는 수직 리브의 보강이 타당할 것으로 판단된다.

In orthotropic steel decks, it is likely to have defects due to welding and fatigue damages because most of structural joints are connected by welds. However, orthotropic steel decks have many advantages, such as light weight and reduction of construction time, in comparison with concrete decks. Therefore, they are mostly used in long-span bridges and urban highway bridges.

This study consists of FEM analysis about connection of longitudinal rib and transverse rib, weld of deck plate and longitudinal rib by parameters of deck plate thickness, slit form, connected length, retrofits.

The results are the following. Deck plate thickness is good at 16mm. Slit radius is good at 35R. Connected length of transverse rib is good at 70%. lnner rib is better than bulk head plate on retrofit effect.