• Steel and Composite Structures
• /
• 제44권5호
• /
• pp.619-632
• /
• 2022

There are numerous structural details (Longitudinal beam, web plate, U-ribs and I-ribs) in the top and bottom plates of steel box girders, which have significant influences on the longitudinal stress (normal stress) distribution. Clarifying the influence of these structural details on the normal stress distribution is important. In this paper, the ultra-wide steel box girder with large cantilevers of the Jinhai Bridge in China, which is the widest cable-stayed bridge in the world, has been analyzed. A 1:4.5 scale laboratory model of the steel box girder has been manufactured, and the influence of structural details on the normal stress distribution in the top and bottom plates for four different load cases has been analyzed in detail. Furthermore, a three-dimensional finite element model has been established to further investigate the influence regularity of structural details on the normal stress. The experimental and finite element analysis (FEA) results have shown that different structural details of the top and bottom plates have varying effects on the normal stress distribution. Notably, the U-ribs and I-ribs of the top and bottom plates introduce periodicity to the normal stress distribution. The period of the influence of U-ribs on the normal stress distribution is the sum of the single U-rib width and the U-rib spacing, and that of the influence of I-ribs on the normal stress distribution is equal to the spacing of the I-ribs. Furthermore, the same structural details but located at different positions, will have a different effect on the normal stress distribution.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제11권1호
• /
• pp.68-76
• /
• 2007

본 연구에서는 실내실험을 통하여 U형 강박스거더의 상부 수평브레이싱이 휨 거동에 미치는 영향을 파악하고 기존의 수평브레이싱 설계 제안식에 대한 적정성을 검토하기 위하여, 실제 시공되고 있는 U형 강박스 거더 단면의 2/3정도 되는 캔틸레버 형식의 시험체를 제작하여 휨 실험을 수행하였다. 이로써 수집된 데이터를 분석하여 상부 수평브레이싱의 합리적인 휨 설계식 제안을 위한 기초를 마련하였다. 그리고, 상부 수평브레이싱의 형태 및 패널수의 변화에 따른 휨 실험을 통하여 브레이싱 부재의 응력을 측정하고 Helwig가 제안한 설계식으로 구한 값과 비교한 결과 합리적인 브레이싱의 형태 및 패널 수를 얻을 수 있었다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
• /
• 한국철도학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.24-30
• /
• 2008

One of the characteristics of the Maglev Train is the prominent capability of upgoing. Maglev train with the aim of longitudinal slope 7/100 is under development by the Center for Urban Maglev Program in Korea. To realize these slope, vertical curves must be inserted before and after the slope. The inserted curve has the radius of 3,000m generally. The insertion of these vertical curve results in the additional differences between the girder upper face and the guide rail, and the alignments are controlled by cast in place concrete at present. In this study, for longitudinal curved route with longitudinal slope 6/100, the applicability of PSC-U type girder and precast deck was evaluated for the span length 25m, 30m and vertical curve radii with 3,000m and 1,500m with respect to longitudinal slope 6/100.

• 한국건설순환자원학회논문집
• /
• 제6권2호
• /
• pp.100-107
• /
• 2018

초고강도 섬유보강 콘크리트 50M 합성 박스거더에 대한 재료적 비선형 및 기하학적 비선형 유한요소해석이 수행되었다. 인장과 압축구역에서 구성방정식을 실험에 근거하여 모델링하였다. 비선형 유한요소해석의 정확성은 UHPFRC 50M 합성거더의 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 1.5% 체적대비 섬유혼입률, 135MPa 압축강도 및 18MPa 휨인장강도 특성을 가진 UHPFRC 50M 합성거더에 대한 휨실험이 수행되었다. 포스트텐션힘으로 결합된 UHPFRC 합성거더는 3개의 UHPFRC 분절 U거더와 고강도 철근콘크리트 슬래브로 구성되었다. Midas FEA를 사용하여 UHPFRC 거더 부분은 8개 절점을 가진 3차원 6면체 모델링을 하였고, 철근와 강연선은 2개 절점을 가진 선형 요소로 모델링하였다. Total strain crack 모델에 기반을 둔 압축 및 인장 다중 선형모델을 사용하여 구성방정식을 설정하였고 균열은 smeared crack model로 구성하였다. 철근과 강연선의 비선형성은 Von Mises 규준을 적용하였다. 비선형 정적해석은 Newton-Rhapson 기법의 수렴치를 사용한 점진적 반복기법을 사용하여 해를 수행하였다. 유한요소해석은 하중-변위관계, 중립축 변화관계 및 균열양상에 대하여 실험 결과와 수치 해석 결과를 비교하여 검증하였다. 하중-변위 관계는 실험 결과와 비교해볼 때 매우 정확한 결과를 보여주고 있다. 본 논문에서 수행한 비선형 유한요소해석법은 철근보강 포스트텐션닝 초고강도 섬유보강 합성 박스거더의 휨거동 해석에 만족한 결과를 보여주고 있다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
• /
• 한국철도학회 2008년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.993-999
• /
• 2008

인구밀집지역인 도심부나 주거지역 인근에서 이루어지는 철도교량 신축에 있어서 급속시공은 매우 의미가 있다. 이러한 신속한 시공과 더불어 교량 거더의 형고의 유동적 조절도 중요하다. 기존 I형 거더는 단면에서 수직방향으로 중립축으로부터 떨어진 모멘트 팔 길이와 긴장력을 이용한 평형을 근간으로 하는 까닭에 형고 조절에 있어 다소 어려움이 있었다. 이에 기존 단일 박스거더의 축소형인 확폭플랜지를 갖는 U형 프리캐스트 보는 긴장력 조절과 콘크리트 압축강도에 따라 경간길이 및 형고 변화가 상대적으로 I형보에 비해 용이하다. 확폭플랜지를 갖는 U형 프리캐스트 거더의 철도교 적용성을 확인하기 위해 지간 30m, 형고 1.7m, 폭 3.63m의 실물크기 거더를 제작하였고 하중재하/변위재하를 이용하여 총 6,200kN의 하중을 유사정적으로 가력하였다. 실험은 4점재하시험으로 하중-변위곡선, 하중-변형율을 이용하여 휨성능을 기본적으로 확인하였고 1차 하중제거와 재재하를 통해 긴장재의 역할을 확인 하였다. 유사정적거동을 본질적으로 확인하기 위해 쉘요소를 이용한 3차원 재료비선형해석을 통하여 실험결과와 평행하게 비교하였다. 콘크리트의 비선형성은 손상-소성모델(Lee & Fenves,1998)을 이용하여 콘크리트 인장/압축 소성연화거동, 인장강화거동을 묘사하였다. 실제 균열패턴과 해석 손상패턴을 비교검토 하였고 하중-변위, 단면에 따른 하중-변형율 관계를 실제 실험결과와 비교검토 하였다. 비선형 해석에 사용된 재료물성치와 해석모델의 보유 탄성에너지 조율은 실제 거더에 가진실험을 통해 획득한 고유주파수를 통하여 확인하였다.

• 한국방재안전학회논문집
• /
• 제16권3호
• /
• pp.17-26
• /
• 2023

프리스트레스드 콘크리트(Prestressed Concrete, PSC) 거더는 프리텐션과 포스트텐션 긴장 방식으로 구분되고, 단면 형상에서는 I형과 U형으로 구분된다. 각 긴장 방식과 단면 형상에 따른 장단점이 있고, 각각의 방식으로 교량 건설 현장에 적용되고 있다. 본 연구에서는 프리텐션 긴장 방식과 U형 단면의 단점을 극복하여 적용한 새로운 거더 형식을 제안하고 구조 성능을 검증하고자 하였다. 프리텐션 긴장 방식의 거더는 반력대가 필요한 관계로 주로 공장에서 제작되며, 이동을 위하여 무게와 경간장이 제한되는 단점이 있다. 또한 U형 단면의 경우 전도 등 시공 시 구조 안정성이 높으나, 자중이 I형에 비해 상대적으로 커서 현장 제작 후 포스트텐션 긴장 방식이 주로 적용되고 있다. 본 연구에서는 현장 프리텐션 긴장 방식을 적용한 PSC 거더 제작 방식 제시하고 40 m급 실대형 실험체를 제작하여 구조 성능을 검증하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제14권2호
• /
• pp.176-183
• /
• 2010

강바닥판 박스거더에서 바닥틀은 강바닥판, 종방향 리브 및 횡방향 리브로 구성된다. 본 연구 대상 교량은 약 40년 동안 공용되어온 교량으로 바닥틀을 구성하는 U리브의 연결부에서 피로균열이 발생하여 다이어프램 사이에 U리브를 지지하기 위한 횡방향 리브 플레이트와 종방향 프레임을 설치하여 보강하였으나 추가적인 균열이 발생하였다. 균열이 발생된 U리브에는 볼트 연결 강판접착에 의한 보강이 수행되었으나 일부 보강된 리브에서 균열 및 응력집중이 발생되어 보강방법을 맞대기용접에 의한 보강방법으로 변경하였다. 본 연구에서는 U리브의 응력 변화를 파악하기 위해 프레임 보강 전후 구조해석을 수행하였고, 상시교통하중에 의한 응력변화를 파악하기 위해 변동응력을 측정하여 보강방법에 따른 영향을 분석하였다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제18권4호
• /
• pp.447-456
• /
• 2006

본 논문에서는 실내실험을 통하여 U형 강박스거더의 상부 수평브레이싱이 비틂거동에 미치는 영향을 파악하고 기존의 제안식에 대한 적정성을 검토하기 위하여, 실제 시공되고 있는 U형 강박스거더 단면 크기의 2/3 정도 되는 캔틸레버보 형식의 시험체를 제작하여 상부 수평브레이싱의 형태 및 패널 간격에 따른 비틂강성의 효과를 파악하였다. 그 결과, 상부 수평브레이싱을 설치함으로써 거더의 비틂강성이 상당히 증가함을 알 수 있었으며, 브레이싱의 패널 구성을 가장 경제적으로 설계하기 위해서는 폭과 길이의 비가 약 1:1.5 즉, 대각선브레이싱과 상부 플랜지의 경사 예각이 약 $40^{\circ}$로 설치하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제68권1호
• /
• pp.67-80
• /
• 2018

Recently, U-section decks have been more and more used in metro and light rail bridges as an innovative concept in bridge deck design and a successful alternative to conventional box girders because of their potential advantages. U-section may be viewed as a single vent box girder eliminating the top slab connecting the webs, with the moving vehicles travelling on the lower deck. U-section bridges thus solve many problems like limited vertical clearance underneath the bridge lowest point, besides providing built-in noise barriers. Beam theory in mechanics assumes that plane section remains plane after bending, but it was found that shearing forces produce shear deformations and the plane section does not remain plane. This phenomenon leads to distortion of the cross section. For a box or a U section, this distortion makes the central part of the slab lagging behind those parts closer to the webs and this is known as shear lag effect. A sample real-world double-track U-section metro bridge is modelled in this paper using a commercial finite element analysis program and is analysed under various loading conditions and for different geometric variations. The three-dimensional finite element analysis is used to demonstrate variations in the transverse bending moments in the deck as well as variations in the longitudinal normal stresses induced in the cross section along the U-girder's span thus capturing warping and shear lag effects which are then compared to the stresses calculated using conventional beam theory. This comparison is performed not only to locate the distortion, warping and shear lag effects typically induced in U-section bridges but also to assess the main parameters influencing them the most.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
• /
• 한국콘크리트학회 1998년도 가을 학술발표대회 논문집(III)
• /
• pp.694-700
• /
• 1998

PSC box bridge by MSS construction method may not be set at cross section at one step. Web and bottom flange(U member) would be set at first, top flange will be set later with a time lag. In this case, U member and top flange concrete have different strain history. As two different aged section behaves as the composite section, there would happen the redistribution of stress. This is come from time-dependent strain characteristics of concrete itself. In this study, two models are considered, one with considering the set time of cross section and the other without. By performing longitudinal analysis of two models on considering construction stage, the stress differences of two are compared. As the analysis results show a considerable differences in the stresses of cross section between two models, the set time of cross section is needed for rational design f PSC box girder bridge.