사교(斜橋)의 강상판(鋼床板)의 정적거동(靜的擧動)에 대한 연구(研究)

A Study on the Static Behaviors of Steel Deck Plates of Skew Bridges

신설교양(新設橋梁)이 기존(旣存)의 도로(道路)나 철도(鐵道) 또는 하천(河川)을 횡단(橫斷)하는 경우에 지형적(地形的)인 여건(與件)으로 인하여 사교(斜橋)(skew bridge)의 건설(建設)이 불가피한 경우가 흔히 있게 된다. 강상판(鋼床板)은 최근(最近) 구조용강재(構造用鋼材)의 품질향상(品質向上), 용접기술(熔接技術)의 발달(發達)에 힘입어 사하중(死荷重)의 감소(減少) 및 공기단축(工期短縮) 등을 위하여 특히 장대교(長大橋)의 바닥판으로 널리 사용되어지고 있다. 본(本) 연구(硏究)에서는 강상판(鋼床板)을 정교(精巧)한 유한요소(有限要素)로 모델링하여 사각(斜角)에 따른 정적거동(靜的擧動)의 변화(變化)률 범용(汎用) 유한요소해석(有限要素解析)프로그램인 SAP90을 사용하여 분석(分析) 고찰(考察)하였다. 유한요소분석(有限要素分析)을 통하여 상판(床板)의 사각(斜角)이 $90^{\circ}{\sim}30^{\circ}$ 사이로 변화(變化)할 때에 발생(發生)되는 예각부(銳角部)와 둔각부(鈍角部) 및 중앙부(中央部)에서의 거동(擧動)을 등방성평판(等方性平板)과 직교이방성평판(直交異方性平板)에 대하여 비교분석(比較分析)하였다. 해석결과(解析結果)로부터 사각(斜角)을 갖는 원판(原板)은 등방성(等方性), 직교이방성(直交異方性)에 상관없이 둔각부(鈍角部)에서의 모멘트, 반력(反力) 및 처짐이 상판(床板)의 중앙부(中央部)에 비하여 그 값이 크게 나타났으며, 특히 $45^{\circ}$이하(以下)의 사각(斜角)에서는 그 차이(差異)가 매우 크게 발생(發生)함을 알 수 있었다. 또한 $55^{\circ}$이하(以下)로 사각(斜角)이 감소(減少)할수록 상판(床板) 둔각부(鈍角部)에서의 모멘트가 중앙부(中央部)의 모멘트 크기를 초과(超過)하며, 그 차이(差異)는 사각(斜角)이 감소(減少)할수록 현저하게 커짐을 확인하였다. 본(本) 연구(硏究)에서는 사각(斜角)의 사각(斜角)에 따른 거동특성(擧動特性)에 대한 정량적(定量的)인 평가(評價)를 하고, 사교(斜橋)에 있어서 위약부위(脆弱部位)와 사각(斜角)의 한계(限界)를 제시하였다.

Skew bridges are found frequently in new bridge construction due to geographical conditions when new constructing bridges are put across the existing highways, railroads or rivers. This study is to investigate the static behaviors of the steel deck plates of skew bridges which are increasingly used in bridges due to outstanding quality of structural steels, development of welding techniques, in order to reduce dead loads and period of constructions. The static behaviours of steel deck plates are analyzed using general purpose FE code SAP90 by modeling the skewed deck plates with rigorous finite elements, as the skew angles vary. The results of finite element analysis for the behaviors of steel deck plates and concrete slabs in acute, obtuse corners and center of decks are compared and discussed as the skew angles vary from $90^{\circ}$ to $30^{\circ}$. Two types of decks are treated, as isotropic plates and orthotropic plates, respectively. From the results of finite element analysis, it is found that more moments, reactions, and deflections occur at the obtuse corners than at the center of skewed decks regardless of isotropy or orthotropy. Especially, in case of the skewed deck plates with skew angles less than 45 degrees, significantly large discrepancies for the values of those internal forces are shown between the skewed and right deck plates. This study estimates the characteristics of deck behaviors according to skew angles, and proposes limitations of skew angles and the ciritical regions of decks.