A Study on the Seismic Performance of Energy-Dissipating Sacrificial Devices for Steel Plate Ginder Bridges

A new Energy-Dissipating Sacrificial Device (EDSD) is developed for steel plate girders, which can effectively dissipate the energy stored in the structures during seismic actions. To verify the performance of the EDSD, various seismic responses of a sample bridge with the EDSD are analyzed in terms of energy, member forces and deformation. The full scale model tests are conducted to certify the performance of the EDSD when it is applied on existing bridges. Using the improved hysteretic model of the sacrificial member, the seismic analysis for an example bridge is performed. The results show that the proposed EDSD under seismic excitations can significantly decrease the energy stored in the bridge structures and reduce the relative displacements of each superstructure to the ground. The EDSD is also found to function as a structural fuse under strong ground motions, sacrificing itself to absorb the excessive energy. Consequently, economical enhancement of the seismic performance of bridges can be achieved by employing the newly developed energy-dissipating sacrificial device.

강합성 거더교에 적용된 희생부재형 에너지소산장치의 내진성능에 관한 연구

최근 지진하중에 대한관심이 높아져 가는 가운데 내진설계가 되어 있지 않은 기존 교량의 내진성능 향상 및 신설될 교량의 구조적 기능성과 안전성을 증대시키기 위한 방안으로 희생부재형 에너지소산장치(Energy-Dissipating Sacrificial Device, EDSD)가 개발되었다. 본 연구에서는 제안된 장치가 내진성능 향상을 위한 기법으로 실제 교량에 적용될 수 있도록 실험을 통해 EDSD의 성능 및 안정성을 검토하였다. 유사동적실험 결과, EDSD는 지진하중 시 양호한 에너지 소산능력을 발휘할 것으로 예상되며 충분한 소성거동을 통해 교량의 주거더에는 손상을 거의 주지 않으며 주부재간의 연결부 또한 안전함을 알 수 있었다. 또한, 강합성 플레이트 거더교를 대상으로 EDSD를 적용하고 교각의 에너지, 수평력 및 상 하부 구조간의 상대변위 등의 지진응답특성을 분석한 결과, EDSD는 지진력을 효과적으로 감소 및 분산시키고 상 하부 구조간의 상대변위를 상당히 감소시키는 것으로 나타났다. 따라서, EDSD는 설계 지진하중 또는 그 이상의 지진하중 하에서 특별한 유지관리 없이 그 기능을 발휘할 수 있을 것으로 예상되며 우리나라와 같이 지진이 빈번히 발생하지 않는 지역에서 기능적 경제적 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.