초록
근래에 들어 기존의 PSC 거더 교량 외에 다양한 형태의 교량이 개발되고 있으며, 다단계 긴장에 의한 PSC 거더교는 대표적인 예이다. 다단계 긴장 PSC 거더교는 구조적 개념에 따라 자중을 줄이고 경간을 장대화할 수 있는 장점을 갖고 있다. 그러나, 이와 같은 장대화된 보다 유연한 교량은 구조적 안전성 및 사용성을 고려한 주행열차하중에 대한 동적거동 검토가 필수적이며, 철도교량의 주행열차하중에 대한 동적성능평가를 위한 정확한 동특성 입력은 매우 중요하다. 본 연구에서는 정확한 고유진동수 및 감쇠비 추출을 위하여 25m 실물 다단계 긴장 PSC 거더를 제작하여 시공단계별 모달테스트를 수행하였다. 모달테스트를 위한 가진방법으로 기존의 충격햄머에 의한 방법 외에 디지털 콘트롤에 의한 가진기를 사용하여 보다 정확한 주파수응답 함수를 얻고자 하였다. 또한, 시공단계별 구조계 변화 및 긴장에 의한 동특성 변화를 고찰하기 위하여 시공단계별 실험을 수행하였다. 모달테스트 결과에 의한 동특성 값을 주행열차하중 해석에 적용하여 다양한 매개변수연구를 통한 철도교량 동적성능평가를 수행하였다. 동적처짐, 충격계수, 바닥판의 연직가속도, 단부꺾임각 등에 대하여 열차별, 속도별 동적해석을 수행하여 국내외 철도교량 동적성능 평가기준과 비교하였다.
As an alternative to conventional prestressed concrete (PSC) girders, various types of PSC girders are either under development or have already been applied in bridge structures. Incrementally prestressed concrete girder is one of these newly developed girders. According to the design concept, these new types of PSC girders have the advantages of requiring less self-weight while having the capability of longer spans. However, the dynamic interaction between bridge superstructures and passing trains is one of the critical issues concerning these railway bridges designed with more flexibility. Therefore, it is very important to evaluate modal parameters of newly designed bridges before doing dynamic analyses. In the present paper, a 25 meters long full scale PSC girder was fabricated as a test specimen and modal testing was carried out to evaluate modal parameters including natural frequencies and modal damping ratios at every prestressing stage. During the modal testing, a digitally controlled vibration exciter as well as an impact hammer is applied, in order to obtain precise frequency response functions and the modal parameters are evaluated varying with construction stages. Prestressed force effects on changes of modal parameters are analyzed at every incremental prestressing stage. With the application of reliable properties from modal experiments, estimation of dynamic performances of PSC girder railway bridges can be obtained from various parametric studies on dynamic behavior under the passage of moving train. Dynamic displacements, impact factor, acceleration of the slab, end rotation of the girder, and other important dynamic performance parameters are checked with various speeds of the train.
