A Numerical Analysis on the Diaphragm and Cutout Structures for Improvement of Structure Performance in Orthotropic Steel Decks

Transverse rib web of orthotropic steel decks is highly susceptible to stress concentration due to out-of-plane and oil canning deformation caused by longitudinal rib distortion. In particular, stress concentrations are observed in the crossing point of longitudinal rib-transverse rib-deck plate, and cutout parts of transverse rib. The main objective of this study is to improve structure performance and to reduce the stress concentration of aforementioned susceptible parts. It is known that the installation of diaphragm alleviates stress concentrations between crossing point ant cutout. The influence of transverse rib placement and cutout width on stress concentrations was thoroughly investigated through numerical analyses. The numerical result showed that diaphragms produce the structural details for improved structure performance, when the transverse rib was placed in the same location with diaphragms. In any case, it is certain that the installation of diaphragms has more advantageous than the case without diaphragms in terms of structure performance of orthotropic steel decks. In this study, the distance ratio($y_i/y_{total}$) is defined as the ratio of the distance($y_{total}$) between the deck plate and longitudinal rib bottom to the distance($y_i$) between the deck plate and crossing point of longitudinal rib-transverse rib in cutout part. It has been found that the optimal distance ratio was 0.85 from the numerical simulation.

강바닥판 구조성능 개선을 위한 보강재 설치에 관한 매개변수해석

강바닥판의 횡리브 복부판에서는 전단력과 비틀림 모멘트가 작용하는 동시에 종리브의 비틀림으로 인한 면내외 변형이 작용하기 때문에 교차부와 컷아웃부에 응력집중현상이 발생한다. 본 연구는 피로균열 발생사례가 가장 높은 교차부와 컷아웃부에서의 응력집중현상 완화를 통하여 피로성능을 향상시킬 수 있는 구조상세를 개발하기 위하여 수행되었다. 다이아프램의 설치는 교차부와 컷아웃부에서의 응력집중현상 완화효과에 유리한 구조상세이다. 다이아프램의 위치에 대한 응력집중의 양상을 분석하기 위해서 다이아프램 위치를 횡리브 복부판과 일치된 곳으로부터 교축방향으로 이동시켜 가며 그 응답을 수치적으로 분석하였다. 또한 컷아웃폭을 대상으로 매개변수해석을 수행하여 최대응력 감소효과를 분석하였다. 그 결과 다이아프램은 횡리브 복부판과 횡리브 축 방향으로 일치되도록 설치하는 것이 응력집중현상을 완화시켜 구조성능 개선에 유리한 구조상세임을 알 수 있었다. 그러나 어떤 경우에도 다이아프램을 설치하지 않은 경우보다는 설치한 경우가 피로성능에 유리함을 알 수 있었다. 컷아웃폭은 바닥강판으로부터 종리브 바닥판면까지의 거리($y_{gotal}$)에 대한 바닥강판으로부터 컷아웃부의 종리브와 횡리브 교차점까지의 거리($y_i$)의 비($y_i/y_{total}$) 0.85가 되도록 컷아웃폭을 설정하는 경우가 구조성능 개선에 유리한 구조상세임을 알 수 있었다.