• 국제강구조저널
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• 제18권5호
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• pp.1589-1597
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• 2018

Fatigue tests and numerical analysis were carried out to evaluate the fatigue performance at the U-rib to deck welded joint in steel box girder. Twenty specimens were tested corresponding to different penetration rates (80 and 100%) under fatigue bending load, and the fatigue strength was investigated based on hot spot stress (HSS) method. The detailed stress distribution at U-rib to deck welded joint was analyzed by the finite element method, as well as the stress intensity factor of weld root. The test results show that the specimens with fully penetration rate have longer crack propagation life due to the welding geometry, resulting in higher fatigue failure strength. The classification of FAT-90 is reasonable for evaluating fatigue strength by HSS method. The penetration rate has effect on crack propagation angle near the surface, and the 1-mm stress below weld toe and root approves to be more suitable for fatigue stress assessment, because of its high sensitivity to weld geometry than HSS.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제13권6호
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• pp.621-629
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• 2001

본 연구에서는 국내에 적용된 종리브 현장연결부의 구조상세를 검토하고 실험체를 제작하여 정적재하실험 및 피로실험을 실시하였다. 정적 및 영향면 재하실험을 통하여 강상판 현장연결부의 응력분포양상을 분석하여 핸드홀 덮개판의 유무와 편심하중의 영향을 살펴보았다. 극한강도 실험을 통해서는 종리브 현장연결부의 극한내력을 평가하였다. 피로실험을 수행한 결과, 낮은 응력수준에서는 스캘럽부에서 피로균열이 발생하였고, 높은 응력수준에서는 핸드홀 덮개판의 파괴 후에 종리브의 갑작스런 파괴가 일어났다. 본 연구를 통하여 현장연결부의 거동특성의 이해를 위한 기초적 연구를 수행하였다.

• International Journal of Railway
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• 제5권2호
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• pp.89-92
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• 2012

Effective notch stress, as an approach to evaluate the local stress at a notch (weld toe or root), is defined as the total stress assuming linear-elastic material behavior. This method can be effectively used to evaluate the fatigue performance of welded joints. In this study, finite element analysis results using the effective notch stress method were correlated with fatigue test results of rib-to-deck welded joints in a steel orthotropic bridge deck. Effective notch stress approach provided a good correlation with the crack pattern observed in the full-scale fatigue test. A higher effective notch stress at the critical weld toe than at the weld root was consistent with the dominant crack pattern observed at the weld toe during testing. The effective notch stress at the toe on the deck plate was about 80% higher than that on the rib; no cracks at the weld toe on the rib in the testing were observed. Maximum effective notch stress at the weld root occurred on the upper side of the root notch, which indicates that cracks are more likely to propagate into the deck plate, not into the weld metal. This is also consistent with the observed crack pattern in which the crack from the root propagated upward into the deck plate. No such crack pattern, propagating into the weld metal, was observed in the testing.

• Steel and Composite Structures
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• 제35권6호
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• pp.799-813
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• 2020

Fatigue cracks of rib-to-deck (RD) joints have been frequently observed in the orthotropic steel decks (OSD) using conventional U-ribs (CU). Thickened edge U-rib (TEU) is proposed to enhance the fatigue strength of RD joints, and its effectiveness has been proved through fatigue tests. In-depth full-scale tests are further carried out to investigate both the fatigue strength and fractography of RD joints. Based on the test result, the mean fatigue strength of TEU specimens is 21% and 17% higher than that of CU specimens in terms of nominal and hot spot stress, respectively. Meanwhile, the development of fatigue cracks has been measured using the strain gauges installed along the welded joint. It is found that such the crack remains almost in semi-elliptical shape during the initiation and propagation. For the further application of TEUs, the design curve under the specific survival rate is required for the RD joints using TEUs. Since the fatigue strength of welded joints is highly scattered, the design curves derived by using the limited test data only are not reliable enough to be used as the reference. On this ground, an experiment-numerical hybrid approach is employed. Basing on the fatigue test, a probabilistic assessment model has been established to predict the fatigue strength of RD joints. In the model, the randomness in material properties, initial flaws and local geometries has been taken into consideration. The multiple-site initiation and coalescence of fatigue cracks are also considered to improve the accuracy. Validation of the model has been rigorously conducted using the test data. By extending the validated model, large-scale databases of fatigue life could be generated in a short period. Through the regression analysis on the generated database, design curves of the RD joint have been derived under the 95% survival rate. As the result, FAT 85 and FAT 110 curves with the power index m of 2.89 are recommended in the fatigue evaluation on the RD joint using TEUs in terms of nominal stress and hot spot stress respectively. Meanwhile, FAT 70 and FAT 90 curves with m of 2.92 are suggested in the evaluation on the RD joint using CUs in terms of nominal stress and hot spot stress, respectively.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제8권3호통권28호
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• pp.13-20
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• 1996

With the adoption of welded joints rather than bolted joints, we investigate the fatigue strength and the fatigue crack initiation of U-type trough rib and welded specimen with misalignment in a steel deck plate. The stress concentration factor of welded specimens with a misalignment is also verified by a finite element method. The main conclusions obtained from this study are as follows Experimental results of full-scaled U-type trough rib models have indicated that fatigue life depends on misalignments of welded joints in steel deck plate ; The more misalignments are, the less the fatigue life is. It has also shown that fatigue crack propagates from the welded root to the bead surface. We have also obtained the same results from both the fatigue test of welded specimens with a misalignment and the stress analysis of a finite element method.

• Steel and Composite Structures
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• 제18권1호
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• pp.135-148
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• 2015

The cutout hole locating at the place of rib-to-diaphragm welded connection is adopted to minimize the restraint, which is caused by the floor-beam web to rib rotation at the support due to the unsymmetrical loads in orthotropic deck. In practice, an inevitable problem is that there is a large number of welding joint's cracks formed at the edge of cutout hole. In this study, a comparative experiment is carried out with two types of cutout hole, the circular arc transition and the vertical transition. The fatigue life estimation of specimens is investigated with the application of the structural hot spot stress approach by finite element analyses. The results are compared with the ones of the fatigue tests which are carried out on these full-scale specimens. Factors affecting the stress range are also studied.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제17권2호
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• pp.33-44
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• 2013

강바닥판의 구조상세에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있으나, 대부분의 연구가 표준형의 U-rib를 대상으로 실시되었을 뿐, 강바닥판 건설초기의 개단면리브형식에 대한 연구는 미진한 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 공용연수 31년된 개단면세로리브형식의 강바닥판 교량의 피로균열 발생 원인을 조사하기 위하여 실교통류하에서의 계측 데이터를 통하여 대상구조상세의 거동 특성을 분석하였다. 또한 상세구조해석을 통하여 대상교량을 통과하는 대표트럭하중을 추정하고, 상세영향면해석을 이용하여 대상구조상세의 응력 및 변형특성을 분석하였다. 이들 분석에 기초하여 피로균열이 발생된 대상구조상세의 보강방안을 제시하고, 이에 대한 타당성을 검증하였다. 연구결과, 개단면리브에서의 피로균열의 발생원인은 개단면부에서의 전단변형에 의한 응력증가 및 차량의 이동에 따른 교번응력의 발생에 기인하는 것으로 조사되었으며, 국부구조상세에 대한 피로설계에서는 구조상세의 거동특성이 충분히 반영된 상세해석에 근거한 설계를 실시하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.159-167
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• 2017

프리캐스트 바닥판은 공기단축 및 고품질 확보라는 장점으로 인해 급속시공이 요구되는 현장에서 현장타설 바닥판의 효과적인 대안으로 평가받고 있다. 그러나 프리캐스트 바닥판 공법은 바닥판간 이음부가 존재하며, 이음부의 연결성능에 따라 전체 교량 구조물의 성능이 좌우되므로 이음부의 연결성능 확보가 중요한 요소이다. 본 연구에서는 기존의 프리캐스트 바닥판 연결시스템을 개선한 비대칭 구조의 요철형 이음단면을 갖는 연결형식을 제안하였으며, 요철의 격벽길이에 따른 구조실험을 수행하여 제안된 연결형식의 휨성능을 평가하였다. 실험결과, 본 연구에서 제안된 연결형식은 격벽 부분에서의 철근의 정착 및 부착파괴 방지가 가장 중요한 요소인 것으로 나타났으며, 이음부 단면 요철의 격벽길이를 짧게 하는 것이 일체형 구조로서의 효과를 발휘하는 데에 보다 유리한 것으로 나타났다. 요철의 격벽길이 증가에 따라 구조성능이 다소 감소되는 것으로 나타났으나 격벽의 길이와 관계없이 제안된 연결형식은 충분한 휨 저항성능을 확보하고 있으며, 프리캐스트 바닥판 이음부에 효과적으로 적용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.98-106
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• 2011

강박스거더의 바닥틀은 바닥강판, 종방향 리브 및 횡방향 리브로 구성된다. 강바닥판 교량은 용접 접합부의 개소가 많고 중차량 접지하중과 반복응력의 증가에 의해 피로손상의 발생 가능성이 매우 높다. 일반적으로 강바닥판의 피로균열은 중차량 트럭하중의 반복적인 재하하중으로 인한 국부응력에 의하여 발생한다. 또한 중차량 통행량의 증가 및 통행차량의 대형화는 피로균열 발생 가능성을 촉진한다. 따라서 교량에 영향을 미치는 실제 통행 차량하중의 하중재하 패턴을 고려한 하중 접지면적에 따른 교량의 거동을 정확히 평가하는 것은 매우 중요하다. 본 연구는 강바닥판 교량에서 통행 차량의 접지면적과 하중재하 효과를 고려하여 설계하중에 의한 접지면적과 실제 통행 차량의 접지면적을 유한요소해석을 통하여 비교 평가하였다. 유한요소해석은 강바닥판 교량의 4가지 하중 재하패턴에 대하여 수행하였다, 또한 해석은 다이아프램의 설치 유무에 따른 통행트럭의 접지면적 영향을 비교 평가하였다. 유한요소해석 결과, 실제 싱글타이어의 하중재하면적이 설계하중의 접지면적보다 보다 큰 국부응력을 보였고, 바닥강판은 전륜하중인 싱글타이어 재하에 의해 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 다이아프램의 설치 유무는 탄성영역에서 다이아프램 설치가 강바닥판 가로리브와 세로리브 교차부의 피로저항에 대한 구조성능 개선에는 효과가 없는 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권3호통권70호
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• pp.387-396
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• 2004

본 연구에서는 강교량의 강상판에서 많이 사용되는 U리브 현장이음부에 대해 시공오차로 인한 단차의 영향을 조사하기 위해 실물 대모형에 대해 응력해석을 실시하였다. 또한 실물대모형 시험체를 제작하여 3점 휨 피로실험을 실시하였으며, 주사형전자현미경(SEM) 및 비치마크를 이용하여 피로균열 발생점 및 피로균열전파방향을 조사하였다. 실물대모형 모델에 대한 응력해석 결과, U리브의 하면 우각부에 응력이 크게 나타났으며, 단차가 커질수록 응력이 현저히 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 실물대모형 시험체에 대한 정하중 및 피로실험에서도 U리브 하면의 우각부에 응력이 크게 나타났으며, 단차가 크면 피로수명은 단축되고 단차가 적으면 피로수명은 길어졌다. 또한 파단면 조사결과, 피로균열은 모재측 루트부에서 발생하여 용접비드 표면측으로 전파되었다.