• Computers and Concrete
• /
• 제31권4호
• /
• pp.349-358
• /
• 2023

This paper describes an in-depth analysis on flexural strength of a girder-deck system experiencing a strand debonding damage with various strengthening systems, based on finite element software ABAQUS. A detailed finite element analysis (FEA) model was developed and verified against the relevant experimental data performed by other researchers. The proposed analytical model showed a good agreement with experimental data. Based on the verified FE model, over a hundred girder-deck systems were investigated with the consideration of following variables: 1) debonding level, 2) span-to-depth ratio (L/d), 3) strengthening type, 4) strengthening material thickness. Based on the data above, a new detailed analytical model was developed and proposed for estimating residual flexural strength of the strand-debonding damaged girder-deck system with strengthening systems. It was demonstrated that both finite element model and analysis model could be used to predict flexural behaviors for debonding damaged prestressed girder-deck systems. Since the strands are debonding from surrounding concrete over a certain zone over the length of the beam, the increase of strain in strands can be linked with a ratio ψ, which is L_p/c. The analytical model was proposed and developed regarding the ratio ψ. By conducting procedure of calculating ψ, the ψ value varies from 9.3 to 70.1. Multiple nonlinear regression analysis was performed in Software IBM SPSS Statistics 27.0.1 to derive equation of ψ. ψ equation was curved to be an exponential function, and the independent variable (X) is a linear function in terms of three variables of debonding level (λ), span length (L), and amount of strengthening material (A_s). The coefficient of determinate (R²) for curve fitting in nonlinear regression analysis is 0.8768. The developed analytical model was compared to the ultimate capacities computed by FEA model.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제20권11호
• /
• pp.520-526
• /
• 2019

플레이트 거더교에서 I형은 매우 경제적인 단면으로 넓게 적용되고 있으며 지금까지 복합적층의 패널, 폐단면 리브로 보강된 곡판, 새로운 형태의 리브, 새로운 형식의 강박스거더 압축플랜지 개발 등의 좌굴거동에 대한 연구가 활발히 진행되었다. 하지만 이는 I형 거더의 복부판에서 발생한 국부좌굴의 원인을 정확하게 분석하는데 한계가 있었다. 따라서 본 논문에서는 실제 적용된 I형 거더의 복부판이 도로교설계기준에서 제시하는 최소두께 기준의 만족여부와 보강전과 후에 대하여 유한요소해석 프로그램 LUSAS 17.0을 사용하여 모델링하고 고정하중과 활하중에 대한 선형탄성 좌굴 해석을 수행 후 좌굴발생의 원인을 분석하였다. 보강 전은 1mode의 고유치(λ₁) 값이 0.7025로 임계좌굴하중이 작용하중보다 작아 좌굴이 발생하였지만 보강 후는 거더 지점부의 복부판에 수직 및 수평보강재를 추가함에 따라 여기에 Nodal line이 형성되고 좌굴에 대한 저항강도가 증가하여 1mode의 고유치(λ₁) 값이 1.5272로 좌굴하중에 대한 안정성을 확보한 것으로 분석되었다. 또한 지점부의 좌굴 흔적을 개선하기 위해 복부판의 일부에 덧댐판을 추가한 보강방안에 대한 좌굴해석 결과 1mode의 좌굴이 복부판의 지점부가 아닌 중앙부에서 발생하였고 고유치(λ₁)값이 3.5299로 보강 후보다 2배 이상 커서 향후 지점부의 복부판 보강방안으로는 효과적일 것으로 기대된다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제35권1호
• /
• pp.37-52
• /
• 2010

Special-shape arch bridge for self-balance (SBSSAB) in Zhongshan City is a kind of new fashioned spatial combined arch bridge composed of inclined steel arch ribs, curved steel box girder and inclined suspenders, and the mechanical behavior of the SBSSAB is particularly complicated. The SBSSAB is aesthetic in appearance, and design of the SBSSAB is artful and particular. In order to roundly investigate the mechanical behavior of the SBSSAB, 3-D finite element models for spatial member and shell were established to analyze the mechanical properties of the SBSSAB using ANSYS. Finite element analyses were conducted under several main loading cases, moreover deformation and strain values for control section of the SBSSAB under several main loading cases were proposed. To ensure the safety and rationality for optimal design of the SBSSAB and also to verify the reliability of its design and calculation theories, the 1/10 scale model tests were carried out. The measured results include the load checking calculation, lane loading and crowd load, and dead load. A good agreement is achieved between the experimental and analytical results. Both experimental and analytical results have shown that the SBSSAB is in the elastic state under the planned test loads, which indicates that the SBSSAB has an adequate load-capacity. The calibrated finite-element model that reflects the as-built conditions can be used as a baseline for health monitoring and future maintenance of the SBSSAB.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제22권5호
• /
• pp.465-475
• /
• 2010

곡선교량시스템에서 거더는 편심하중이 없어도 교량이 가지는 곡률 자체로 인하여 휨 및 비틀림 거동을 하게 된다. 휨과 비틀림을 동시에 받는 강/콘크리트 합성 박스거더는 St. Venant 비틀림에 의해 콘크리트 바닥판에 발생하는 사인장 응력에 의해 그 극한강도가 제한된다. 합성 박스거더의 극한강도를 얻기 위하여 유한요소해석 패키지 프로그램 ABAQUS을 이용하여 재료 및 기하 비선형성뿐 아니라 콘크리트 균열후 거동 등이 고려된 비선형해석을 수행하였다. 또한 구조해석 이론에 근거한 해석적 방법론으로 합성 박스거더의 휨과 비틀림에 대한 극한강도 상호 작용이 고려된 수식을 유도하여 수치해석 결과와 비교하였다. 휨 거동에 의해 정모멘트 구간 박스거더 상부에 발생하는 종방향 압축응력은 바닥판 콘크리트의 전단강도를 일정부분 향상시켜 결과적으로 전체 박스거더의 비틀림강도가 향상되는 효과가 확인되었다. 유한요소해석 및 구조해석 이론 전개의 결과에 근거하여 강합성 박스거더의 극한강도 상호작용을 예측하는 간편한 형태의 수식이 제안되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제20권3호
• /
• pp.329-338
• /
• 2007

PSC 박스 교량은 콘크리트, 철근과 텐던으로 구성된 구조물로서 콘크리트의 인장 균열, 철근의 비선형 거동 등 재료의 비선형성 거동 특성 및 콘크리트의 시간 의존적 특성을 가지고 있는 복합 구조물이다. PSC 박스 교량의 시공 중 거동 특성을 고려하기 위하여 뼈대 요소(프레임 요소)를 이용한 시공단계의 설계가 수행되고 있다. 그러나 PSC 박스 교량 중 곡선램프교 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 준 적합 쉘 요소를 제안하고자 한다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
• /
• 한국철도학회 2010년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.1697-1702
• /
• 2010

It has been recognized for decades that the spherical bearing which is sliding on curved surface in the intrinsic behavior is optimized for the railway bridge requiring a large slope deflection. However, the spherical bearing is easily corrosived at the PSC girder bridge which is exposed to the outside so the normal function of bridge bearing is not fulfilled fully. It is common that the corrosion is happened at the operating plate of steel bridge bearing and generally it is necessary to replace the bridge bearing after 20~25 years. Accordingly, It costs multi billion dollars for maintenance each year and the necessity of improvement become a issue. Korea Rail Network Authority(KR) suggested to apply the Elastomeric bearing instead of Spherical bearing through the task of construction site of 2006. But the normal Elastomeric bearing is optimized for the Highway bridge so it needs the special consideration to satisfy each design condition required by railway bridge. As the result of examination of Elastomeric bearing at the railway bridge construction site, the stress is decreased by effective dispersion of earthquakes and the maintenance fee is also decreased.

• 한국재난정보학회 논문집
• /
• 제18권4호
• /
• pp.899-907
• /
• 2022

연구목적: 기계학습법을 이용하여 일반적인 직선 교량의 지진 취약도 분석 연구는 다수 수행되었으나 곡선 교량 구조물에 대한 연구 사례는 미미하다. 따라서 본 연구의 목적은 기계학습법 기반 I형 곡선 거더를 갖는 교량의 재료 특성 및 기하학적 불확실성을 고려한 지진 취약도 분석하는 것이다. 연구방법: 강재 및 콘크리트의 재료 특성과 교각의 높이를 불확실성 매개변수로 고려하였다. 라틴하이퍼큐브 기법을 이용하여 매개변수를 샘플링하였으며 지진파의 불확실성을 고려하여 시간이력해석을 수행하였다. 해석결과를 원본데이터로 인공신경망, 반응표면분석법을 적용하여 학습 데이터를 생성하였다. 최종적으로 원본 데이터 및 학습데이터를 이용하여 지진 취약도 분석을 수행하였다. 연구결과: 라틴하이퍼큐브 기법을 이용하여 매개변수를 샘플링하였으며 지진파의 불확실성을 고려하여 총 160회의 시간 이력해석을 수행하였다. 해석결과와 기계학습을 통해 얻어진 예측 값을 비교하였으며 두 값의 유사도를 비교하기 위해 결정계수를 비교하였다. 반응표변분석법의 결정계수가 0.737로 비교적 관측 값과 유사한 것으로 나타났다. 지진 취약도 곡선도 반응표면 분석법을 통해 예측된 값이 관측 값과 유사한 것으로 나타났다. 결론: 본 연구에서 유한요소 해석을 통해 관측된 값과 기계학습법을 통해 예측된 값을 비교하였을 때 반응표면 분석법이 관측값과 유사한 결과를 예측하는 것으로 나타났다. 하지만 두 가지 기계학습법 모두 관측 값에 비해 과소평가되는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제26권1호
• /
• pp.3-12
• /
• 2014

복합트러스교는 프리스트레스 박스거더교의 복부를 강재 트러스로 대체한 교량으로 자중이 경감되는 구조적 장점과 복부 개방구조로 인한 경관성이 매우 우수하여 최근 들어 많이 사용되고 있다. 이러한 복합트러스교의 핵심기술은 강재 트러스와 콘크리트 슬래브를 연결하는 격점구조이며 지금까지 여러가지 격점구조들이 개발되어 실험적 검증을 통해서 실교량에 적용해 오고 있다. 이러한 격점구조는 격점부 국부적인 거동뿐만 아니라 복합트러스 거더의 휨 및 피로 등 전체적인 거동을 좌우하기 때문에 이에 대한 연구가 계속 진행되고 있다. 한편, 복합트러스 교량의 복부 개방구조는 프리스트레스 박스교량에 비해 비틀림 성능을 저하시키는 단점을 가지고 있어 편심하중을 받는 교량이나 곡선교 등에는 아직까지 적용된 사례가 없다. 따라서 복합트러스교가 보다 널리 사용되기 위해서는 비틀림 거동에 대한 정확한 분석이 필요한 상황이다. 기존 연구에서는 복합트러스교의 격점구조형식에 따른 비틀림 거동 특성을 알아보기 위해서 3가지 형태의 박스형 복합트러스 실험체를 제작하여 그 거동을 분석하였다. 이에 이 연구에서는 기존연구를 바탕으로 유한요소 해석프로그램을 이용하여 실험체를 모델링하고 시뮬레이션을 통해 그 거동을 분석하여 해석적으로 검증해 보았다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제25권1호
• /
• pp.63-72
• /
• 2013

복합트러스교는 프리스트레스 박스거더교의 복부를 강재 트러스로 대체한 교량으로 자중이 경감되는 구조적 장점과 복부 개방구조로 인한 경관성이 매우 우수하여 최근 들어 많이 사용되고 있다. 이러한 복합트러스교의 핵심기술은 강재 트러스와 콘크리트 슬래브를 연결하는 격점구조이며 지금까지 여러가지 격점구조들이 개발되어 실험적 검증을 통해서 실교량에 적용해 오고 있다. 이러한 격점구조는 격점부 국부적인 거동뿐만 아니라 복합트러스 거더의 휨 및 피로 등 전체적인 거동을 좌우하기 때문에 이에 대한 연구가 계속 진행되고 있다. 한편, 복합트러스 교량의 복부 개방구조는 프리스트레스 박스교량에 비해 비틀림 성능을 저하시키는 단점을 가지고 있어 편심하중을 받는 교량이나 곡선교 등에는 아직까지 적용된 사례가 없다. 따라서 복합트러스교가 보다 널리 사용되기 위해서는 비틀림 거동에 대한 정확한 분석이 필요한 상황이다. 이 연구에서는 복합트러스교의 격점구조 형식에 따른 비틀림 거동 특성을 알아보기 위해서 3가지 형태의 박스형 복합트러스 실험체를 제작하여 비틀림 실험을 수행하고 분석해 보았다.