개단면리브 강바닥판교의 재하특성에 따른 구조상세부의 거동 분석

Abstract

강바닥판 교량은 비교적 얇은 강판을 사용하여 종&#8231

횡리브 및 가로보 등이 용접에 의해 조립되는 구조이므로 연결부 등 여러 구조상세에서의 응력 상태가 매우 복잡하며, 용접에 의한 결함과 변형 등이 발생할 가능성이 매우 높다.

실제 강바닥판 교량에서 피로균열은 주부재가 아닌 2차부재의 용접연결부에서 발생하고 있다. 그러나 교량의 설계 시에는 주부재를 대상으로 한 응력 검토만 이루어지고 있으며, 피로균열이 발생하는 구조상세에 대한 상세 응력 검토 및 거동 특성 분석은 이루어지지 않고 있다.

따라서 본 연구에서는 공용년수 29년된 강바닥판 교량을 대상으로 피로균열이 발생한 원인을 조사하고, 재하시험 및 실교통류 흐름하에서의 계측을 통하여 대상 구조상세의 거동 특성을 분석하였다. 또한 공용중 응력빈도계측을 통해 잔존 피로수명을 예측하고, 기존 교량의 피로안전성을 검토하였다.

피로균열 발생이 보고되고 있는 세로리브 및 다이아프램 용접부를 대상으로 격자해석 및 상세해석을 실시하고, 강바닥판에 대한 상세 영향면해석을 이용하여 하중 이동에 따른 강바닥판의 거동 특성을 조사하였다. 이를 통하여 대상교량의 피로균열 발생 원인을 규명하고자 하였다.

연구 결과, 주거더의 응력파형은 전체 하중의 영향을 받아 장주기의 파형을 나타내나 대상 구조상세의 응력파형은 차축의 영향을 크게 받아 단주기의 응력파형을 나타내는 것으로 나타났다.

공용중 응력빈도계측을 통한 피로안전성 검토 결과, 피로균열이 발생한 구조상세는 거의 잔존피로수명이 없는 것으로 나타났으며, 조속한 유지·보수 방안이 강구되어야 할 것으로 판단된다.

그리고 구조해석 결과, 대상 구조상세에서의 최대응력 발생 위치는 주거더의 최대응력 발생 위치와 거의 일치하나 최소응력 발생 위치는 국부거동을 나타내는 대상 구조상세의 영향선해석에 기초하여 평가하는 것이 바람직하다고 판단된다. 또한 국부거동의 영향을 받는 구조상세에 대한 최대응력 및 최소응력의 변화는 재하차량의 대수에 크게 영향을 받지 않으므로 피로평가는 1대의 재하트럭을 사용하는 것이 효율적일 것이라 판단된다. 세로리브 용접부 등과 같은 구조상세에서 차량 진동 등으로 인하여 면외응력이 발생하였으며, 이러한 면외응력은 피로손상의 원인이라 판단된다.