이 연구에서는 현장타설 캔틸레버공법(free cantilever method)을 적용한 PSC(prestressed concrete) 교량에 콘크리트의 장기거동을 고려한 시공 중 계측분석 방법을 제안하였다. 콘크리트 박스 거더의 장기 거동에 따른 응력을 확인하기 위해 온도센서와 변형률계를 함께 설치하고 계측된 데이터를 이용하여 크리프계수를 산출하였다. 또한 크리프계수를 적용한 콘크리트 박스 거더의 시공 중 응력을 분석하고 설치된 온도 센서의 변화 데이터를 비교하여 세그먼트 시공에 따른 연직변위를 분석하였다. 연구결과, 교량의 장기 거동을 고려한 FCM 교량의 시공 중 계측은 레이저 변위계나 처짐계를 사용하지 않고 온도와 변위 데이터만을 이용하여 효율적인 분석이 가능한 것으로 나타났다.
The Korean peninsula has known as a minor-to-moderate seismic region. However, some recent studies had shown that the maximum possible earthquake magnitude in the region is approximately 6.3-6.5. Therefore, a seismic vulnerability assessment of the existing infrastructures considering ground motions in Korea is necessary. In this study, we developed seismic fragility curves for a continuous steel box girder bridge and two typical transmission towers, in which a set of seven artificial and natural ground motions recorded in South Korea is used. A finite element simulation framework, OpenSees, is utilized to perform nonlinear time history analyses of the bridge and a commercial software, SAP2000, is used to perform time history analyses of the transmission towers. The fragility curves based on Korean ground motions were then compared with the fragility curves generated using worldwide ground motions to evaluate the effect of the two ground motion groups on the seismic fragility curves of the structures. The results show that both non-isolated and base-isolated bridges are less vulnerable to the Korean ground motions than to worldwide earthquakes. Similarly to the bridge case, the transmission towers are safer during Korean motions than that under worldwide earthquakes in terms of fragility functions.
본 논문은 등가정적하중법에 의해 설계된 경부고속철도 구간 중 PSC Box Girder 대표 교량들을 대상으로 등가정적법과 응답스팩트럼법을 이용하여 지진력이 산정되었고, 지진력의 차이가 확인된다. 해석법 비교를 위하여 상용유한요소 프로그램을 이용하여 5개 교량에 대한 3차원 유한유소 모델이 구성되었고, 각 해석법의 의한 지진력이 비교되었다. 고유주기가 저차에서 지배되는 경우, 지반조건과 고유주기의 따라 지진가속도가 산정되는 응답스팩트럼법과 등가정적하중법과의 차이가 커지는 것이 확인되었다. 이렇게 산정된 지진력에 차이에 따른 내진성능 평가 결과 설계 지진력 보다 큰 지진력의 적용으로 인한 것으로 내진 보강의 필요성을 의미한다.
본 연구에서는 강박스거더교 바닥판의 아스팔트 두께에 따른 단면 상하 온도차를 산정하고, 이에 따른 설계기준의 자료를 제공하고자 하였다. 아스팔트 두께 0mm, 50mm, 100m, 150mm의 4개 강박스거더 모형시험체를 제작하였다. 각 모형에 17~23개의 온도 센서를 상부 콘크리트와 강박스거더에 부착하였다. 이 센서 중 Euro code와 온도차를 비교 할 수 있는 6개의 온도 게이지를 선정하였다. 각 모형의 기준 대기온도에서 최대 온도와 최저 온도를 계산하고, 이를 바탕으로 온도차(경사)를 산정하여, 4개 각 모형에서 온도차 모델을 제시하였다. 0mm ~ 100mm 온도차 모델은 슬래브 최상단에서 Euro code의 온도차와 비교할 때 -0.9~-1.5도 더 낮은 온도차를 보였다. 전체적으로 측정된 온도차는 Euro code와 비교하여 5.45%~8.33%정도의 오차가 있음을 확인하였다. 산정된 온도와 평균온도의 차를 표준오차의 배수로 산정한 표준오차 계수는 최상단과 최하 단에서 평균 2.50 ~ 2.51배의 값으로 일정한 범위에서 산정되었다. 제시된 온도차 모델은 국내 교량 온도설계 온도차 기준 산정 시 기본 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
In the design of high speed railway bridges is important a impact factor as a tool of assessing the dynamic capacitys of bridges. However, the impact factor(or dynamic amplification factor, DAF) of high speed railway bridges may essentially be changeable because the dynamic response is affected by the long train length(380 m), number of axles and high speed velocity(300 km/h)(Korea Train eXpress: KTX). Therefore, on this study will be examined the dynamic capacity and stability of the typical PSC Box Girder of high speed railway bridge. At first, the static/dynamic analysis is performed considering the axle load line of KTX based upon existing references. Additionally, the KTX moving load is transformed into the dynamic time series load for conducting various parameter studies like axle length, analytical time increment, velocity of KTX. The time history analysis is repeatedly performed to get maximum dynamic responce by varying axle load length, analytical time increment, velocity of KTX. The study shows that dynamic analysis has resonable results with optimal axle load length(0.6 m) and time increment(0.01 sec.) and maximum DAF and dynamic resonance happens at 270 km/h velocity of KTX.
The precise prediction of reserved carrying capacity of bridge as a system is extremely difficult especially when the bridges are highly redundant and significantly deteriorated or damaged. This paper is intended to propose a new approach for the evaluation of reserved system carrying capacity of bridges in terms of equivalent system-strength, which may be defined as a bridge system-strength corresponding to the system reliability of the bridge. This can be derived from an inverse process based on the concept of FOSM form of system reliability index. It may be emphasized that this approach is very useful for the evaluation of the deterministic system redundancy and reserve strength which are measured in terms of either probabilistic system redundancy factor and reserve factor or deterministic system redundancy factor and reserve factor. The system reliability of bridges is formulated as a parallel-series model obtained from the FAM(Failure Mode Approach) based on the major failure mechanisms. AFOSM and IST methods are used for the reliability analysis of the proposed models. The proposed approach and method for the system redundancy and reserve safety/strength are applied to the safety assessment of actual RC and steel box-girder bridges. The results of the evaluation of reserved system safety or bridge system-strength in terms of the system redundancy and the system safety/strength are significantly different from those of element reliability-based or conventional methods.
The dynamic analysis model is developed with the high-speed train (KTX) and a 2-span continuous prestressed concrete box girder bridge with a double track. The analytical results are compared with the dynamic field test results and found to be valid to yield quite accurate dynamic responses. The various trainset models with different number of cars are developed and compared with the results of the regular 20-car trainset model. It is concluded that the reduced trainset models, such as 7-car and 10-car models, cannot exactly produce the dynamic responses of bridges, especially when the train speed is high. Under the coincidence condition of two trains traveling with resonance velocity in the opposite directions, it is found that the impact factor under two-way coincidence is three times larger than that under one-way traffic. Consequently, for the bridge with a double-track it is necessary to check not only the dynamic responses of the bridge with one-way traffic but those with two-way coincidence.
This paper presents a method of statistical analysis and sensitivity analysis of creep and shrinkage effects in PSC box girder bridges. The statistical and sensitivity analyses are performed by using the numerical simulation of Latin Hypercube sampling. For each sample, the time-dependent structural analysis is performed to produce response data, which are then statistically analyzed. The probabilistic prediction of the confidence limits on long-term effects of creep and shrinkage is then expressed. Three measures are examined to quantify the sensitivity of the outputs to each of the input variables. These are rank correlation coefficient(RCC), partial rank correlation coefficient(PRCC) and standardized rank regression coefficient(SRRC) computed on the ranks of the observations. Probability band widens with time, which indicates an increase of prediction uncertainty with time. The creep model uncertainty factor and the relative humidity appear as the most dominant factors with regard to the model output uncertainty.
A number of efforts had been sought to instrument bridges for the purpose of structural monitoring and assessment. The outcome of these efforts, as gauged by advances in the understanding of the definition of structural damage and their role in sensor selection as well as in the design of cost and data-effective monitoring systems, has itself been difficult to assess. The authors' experience with the design, calibration, and operation of a monitoring system for the Kishwaukee Bridge in Illinois has provided several lessons that bear upon these concerns. The systems have performed well in providing a continuous, low-cost monitoring platform for bridge engineers with immediate relevant information.
PSC 박스 교량의 시공 중 거동 특성을 고려하기 위하여 뼈대 요소를 이용한 시공단계의 설계가 수행되고 있다. 그러나 PSC 박스 교량 중 곡선 램프교 등의 경우는 교량의 외측 및 내측의 변위 및 응력 값이 현저히 다르다. 따라서 PSC 박스 교량의 텐던량 및 시공 중 긴장력이 외측 및 내측에서 다르게 산정되어야 함에도 불구하고 현실적으로는 계산이 불가능하여 같은 양의 텐던과 부적절한 긴장력을 사용하고 있어 시공 중 항상 안전사고에 노출되고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 3차원 해석이 필수적으로 요구되고 있으며 본 연구에서는 PSC 박스 교량의 해석 기법에 필요한 가정된 변형률 PSC 쉘 요소를 제안하고자 한다. 본 쉘요소에 사용된 콘크리트의 크리프 및 건조수축의 재료 모델은 ACI 코드를 사용하였으며, 이 모델을 이용하여 3차원 시공단계해석을 수행하고 그 결과를 뼈대 요소와 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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