하중재하 패턴을 고려한 강바닥판의 정적거동 평가 document_id A220517030215

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. 본 연구에서는 피로성능 개선구조 상세를 소형 강바닥판 시험체를 이용하여 강바닥판의 정적 거동을 살펴보고 다이아프램의 설치 유무에 따른 세로리브와 가로리브 교차부에서의 보강효과를 알아보기 위해 영향면 해석 및 정적재하시험을 수행하였다. 그 결과, 얻어진 결론을 정리하면 다음과 같다. 하중재하 경우별 해석결과, 세로리브의 면외거동에 의한 국부변형의 영향으로 전륜 실제하중이 재하되는 경우 중앙 재하경우보다 편심 재하경우에서 주응력범위가 상대적으로 크게 발생함을 알 수 있었다. 강바닥판 가로리브와 세로리브 교차부의 응력검토 결과 피로 손상 원인인 세로리브의 비틈거동에 의한 영향과 가로리브의 면외거동으로 인한 세로리브에 응력집중이 발생하여 피로손상이 유발되는 것으로 판단된다. 탄성하중 이내에서 강바닥판의 가로리브와 세로리브의 교차부에서 가로리브측에서 다이아프램의 설치로 발생응력의 감소는 8.2% 수준으로 나타났다. 따라서, 다이아프램 설치가 강바닥판 가로리브와 세로리브 교차부의 구조성능 개선에는 효과가 없는 것으로 판단된다. 다만, 구조상세 개선 효과는 동적효과, 반복하중 효과, 항복하중 이후의 연성거동 등에 대한 보완연구가 필요할 것으로 생각된다.