Kim, Jae-Heung;Park, Jong-Sup;Lee, Son-Ho;Choi, Seung-Ho;Lee, Young-Ho
Proceedings of the KAIS Fall Conference
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2009.12a
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pp.29-32
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2009
본 연구는 도로교 설계 기준 바탕으로 H-형강을 사용하여 20~30m 사이의 지간장을 가진 중 소규모 교량에 적용이 가능한 초간편 교량의 모형실험 결과와 유한요소해석프로그램(ABAQUS)을 사용한 해석 결과와 비교 분석하여 초간편 교량의 성능을 평가한 것이다. 일반적으로 우리나라의 교량들은 시공과정에서 여러 단계를 거쳐 시공한다. 시공단계가 복잡할수록 공사기간은 늘어나기 때문에 기상 현상에 의한 파괴와 교량의 낙후로 인해 유지, 보수, 교체 또는 교량확장을 해야 하는 경우 교통 혼잡과 경제적 손실을 줄 수 있다. 따라서 본 연구는 이와 같은 경제적 손실을 줄일 수 있는 초간편 H형강 교량의 연구의 일환으로 기존의 연구 결과를 모형실험 수행 결과와 비교하여 최적성능을 평가하기 위해 실시하였다. 사용된 실험체는 실험장소인 건설기술연구소의 구조실험동 장소 여건에 따라 10m 안팎의 경간을 갖는 교량으로 제작하였다. 실험체의 설계 제작 과정에 대해 검토한 후 범용구조해석 프로그램을 이용하여 동일한 조건을 적용한 결과를 비교 후 최종적으로 초간편 교량의 성능에 대한 평가를 실시하여 김재흥 등(2009)의 의해 제안된 하중분배계수 값이 적용가능한지 판단하였고, 실험을 통해 응력 분포와 극한하중에 대해 검토하였다.
현행 도로교설계기준의 바닥판에 대한 설계방법은 휨 이론에 따라 바닥판을 단위 폭의 보로 보고 강도설계법으로 설계하고 있다. 그러나 실제 교량 바닥판의 파괴 형태는 펀칭에 의한 파괴이므로 바닥판의 극한성능은 펀칭전단강도를 토대로 평가해야 할 것이다. 하지만 기존에 연구된 결과로는 초간편 강합성 바닥판의 펀칭전단강도를 산정하기 어려워 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 개발된 초간편 강합성 바닥판의 펀칭전단성능을 파악하기 위하여 초간편 강합성 바닥판과 RC바닥판에 대한 펀칭전단실험을 실시하여 비교하여 보았다.
실제 교량 바닥판의 거동은 반복하중에 의한 피로누적 손상에 의해 발생되므로 성능분석을 위해서는 피로 실험결과를 통한 구조거동 분석이 이루어져야 할 것이다. 이에 본 논문에서는 현재 개발 중인 초간편 강합성 바닥판의 피로성능을 파악하기 위해 일점 재하 방식으로 반복 하중을 재하 하였다. 실험체의 거동을 파악하기 위해 변위계를 설치하여 변위를 측정하였고 이 실험의 결과로 신형식 바닥판인 초간편 강합성 바닥판의 피로 파괴 양상을 알 수 있었으며 피로 곡선을 얻을 수 있었다. 하지만 바닥판의 파괴요인 중 외부 환경적 요인과 실제 차량 하중 이동을 모사한 윤하중 재하 시 피로 성능에 대한 연구가 추가로 이루어져야 할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 도로교 설계 기준 바탕으로 H-형강을 사용하여 20~30m 사이의 지간장을 가진 중 소규모 교량에 적용이 가능한 초간편 교량에 사용될 최적 H-형강 선정에 대한 설계 방법을 제시하고 있다. 본 연구는 구조적 안정성을 확보하고, 가로보를 생략한 단순구조를 갖으며, 도로교 설계 기준을 적용한 초간편 H-형강 교량의 경제적이고 합리적인 설계의 방법을 제공 하고 있다.
The load distribution factor (LDF) values of simplified composite H beam panel bridges (SCHPBs) that were subjected to one lane and two lane loads were investigated using three dimensional finite element analyses with the computer program ABAQUS (2007). This study considered some design parameters such as the slab thickness, the steel plate thickness, the span length, and the continuity of the SCHPBs in the development of new LDFs. The distribution values that were obtained from these analyses were compared with those from the AASHTO Standard, LRFD, and the equations presented by Tarhini and Frederick, Huo et al., Back and Shin, and Cai. The AASHTO Standard distribution factors for SCHPBs were found to be very conservative. Sometimes, the distribution values from the finite element analyses for interior girders were similar to the results of the AASHTO LRFD, whereas the values for exterior girders were conservative in most cases. The new distribution values that were presented in this study produced LDFs that are more conservative than those from the finite element method. For the simple application of the design to SCHPBs, bridge engineers can use 0.42 for the interior girder and 0.32 for the exterior girder. The proposed values improve the current design procedure for the LDF problem and increase SCHPB design efficiency.
There have been few researches on the connection technology for steel structures, so the research outputs and the outcome of the technology development are still insufficient. The bracket-type connection should be improved for efficient constructability and $CO_2$ reduction. It should be replaced by a new type of weak-axis connection that has better structural performance and less $CO_2$ emission. Since the structural performance and safety of the new type of weak-axis connection must first be verified, however, a study on $CO_2$ reduction will be conducted. Therefore, this study looked into the structural performance of the bracket-type details, standard details, and ultra-simple details. It evaluated the requirements for connection materials and $CO_2$ emission. It was found that the ultra-simple weak-axis connection has thebest structural performance and the least $CO_2$ emissions, so it is deemed capable of replacing the bracket-type weak-axis connection.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.9
no.5
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pp.23-30
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2009
According to Korea Highway Bridge Design Code the bridge deck is designed by the strength design method and is regarded as a beam possessing the unit width based on the bending theory. By many researches it is revealed that the existing bridge deck is failed by punching shear. For evaluating the ultimate capacity of bridge deck it is important to estimate the behavior of bridge deck under the punching shear. For the punching strength it is difficult that the existing research results are applied to the simplified composite deck. In this study for comparing characteristics on punching shear the punching shear tests on simplified composite deck and RC deck are performed. The punching shear strength of simplified composite deck is compared with several bridge design codes.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.3A
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pp.161-169
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2012
This paper presents the safety and strength of simplified composite H-beam panel bridges (SCHPBs) using 3-dimentional finite-element program, ABAQUS (2007) and experimental tests. Two finite-element models (one-steel-girder-and-composite-deck model and four-steel-girder-and-wide-composite-deck model) were reviewed to predict the strength and load distribution factor (LDF) values of the composite bridges. Based on the results of the finite-element analyses, the behaviors of the two models were investigated, and deflection and strain gauges for the experimental specimens were set up to obtain the ultimate strengths and the LDF values. The ultimate strength of the one-steel-girder-and-composite-deck specimen was estimated to be 840 kN. The yield and plastic moments of the four-steel-girder-and-wide-composite-deck specimen were obtained to be 2.4 and 4.1 times the design moment based on the live loading condition of the Korea Bridge Design Specifications (2005). The SCHPB were found to have enough strength for safety under and after construction.
최근 현장타설 바닥판의 대안으로 강합성 바닥판을 이용하여 바닥판의 공용년수를 증진시키고 공기 단축 및 시공의 간편성, 교통흐름의 원활화등을 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 기존 I형강 매입형 강합성 바닥판을 기본으로 한 새로운 형식의 초간편 강합성 바닥판을 제시하여 거동패널의 거동에 대해 연구하였다. 하부강판과 I형강의 용접량의 변화, I형강의 복부에 유공 유무, 유공의 위치변화에 대한 특성을 파악하였다 이때 H형강의 상부 플랜지는 강판과 용접된 것으로 가정하였으며, 가설시 합성전 단면에 대한 거동 분석이므로 하중은 강판, I형강, 콘크리트의 자중만 고려되었다. 연구결과, 하부강판과 I형강의 용접길이 변화시 전체용접에 비해 30%용접을 수행시 중앙부 단면에서 최대 휨 인장응력이 증가하는 결과를 보였으며, I형강 복부에 유공이 있을시 유공이 없는 경우 보다 처짐량이 약간 증가함을 확인하였다. 또한 I형강 복부의 유공 위치를 변화시킨 결과 거더패널 강바닥판의 거동에는 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
A simple steel-concrete composite deck is developed for preventing the lateral torsional buckling of girders that are under construction and for reducing the term of works using H-shaped rolled beams as bridge girders. A new type of shear connectors is also developed for the composite behavior between a simple steel-concrete composite deck and the rolled beams by the connecting conditions between the deck and the girders. One is a connector bolt that is lengthened and split or tightened with two nuts and the other is an I-shaped rolled beam welded on a steel plate with a number of holes punched through the web. In this study, to estimate the shear strength of those shear connectors the push-out tests are performed and the test results are compared with that of the previous studies and the codes. The result of the push-out tests of the connector bolts showed that the shear performance is similar to that of the stud connector and revealed that the equation for the shear strength in the Korean Specification of Highway Bridge overestimates the shear capacity of the connector bolt whose diameter is larger than 19mm. From the push-out tests of punched I-shaped rolled beams with varying welding amounts, with the small amount of welding, shear capacity is governed by the shear capacity of welding. On the other hand, shear capacity is governed by the size of the punched I-shaped rolled beams, regardless of the amount of welding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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