집중 이동하중을 받는 사장교의 휨 및 비틈 거동에 관한 연구

장승필,임성순,주석범,Chang, Sung Pil,Yhim, Sung Soon,Chu, Seok Beom 대한토목학회 1989 대한토목학회논문집 Vol.9 No.3

사장교는 경간이 크기 때문에 발생하는 대변형 효과, 케이블의 현수 작용, 그리고 축력으로 인한 휨 강성 변화 등으로 비선형 거동이 나타난다. 사장교의 동적 거동은 구조물 안정성 검사를 위한 중요한 요소가 된다. 특히, 편재 이동하중이 작용하는 경우, 연직 변위와 비틂 변위는 복합될 뿐만 아니라 단면 좌우의 케이블 축력 변화도 중요한 동적 특성을 나타낸다. 본 연구에서는 편재 이동하중이 작용하는 사장교의 해석을 위한 이론적 연구와 유한 요소법을 제시하였고 이동 하중의 속도변화와 편심량의 크기에 따라 케이블의 장력과 절점 변위에 대한 동적 거동을 규명하였다. 본 연구에서 수행한 해석 결과에 따르면, 편재 이동 하중을 받는 사장교의 해석에서는 주형의 비틂과 이로 인한 케이블 축력 증가도 고려해야 할 것으로 사료된다. The nonlinearity of a cable-stayed bridge results from the large displacement of main girder due to a long span, the catenary action of cables and the flexural stiffness reduced by large axial forces. The dynamic behaviour of a cable-stayed bridge plays an important role in determining its safety. Especially, when the eccentrically moving load is applied to a cable-stayed bridge, the torsional vibration and vertical vibration are coupled and moreover the variation of cable tensions shows important dynamic characteristics. This dissertation presents a theoretical study and a finite element procedure for analysis of a cable-stayed bridge under a eccentrically moving load. Attention is focused on the dynamic behaviours such as dynamic increments of cable tensions and nodal displacements, with the variety of velocities and eccentricities of moving load. It is found that a moving load with eccentricity can have significant effects upon the responses; the torsion of bridge deck and the increments of cable tensions, according to the present results in this study.

연속합성형 교량의 전단연결재 설계에 관한 연구

장승필,강상규,심창수,Chang, Sung Pil,Kang, Sang Gyu,Shim, Chang Su 한국강구조학회 1997 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.9 No.3

중. 소규모의 교량 설계시, 그가 가지고 있는 여러 가지 장점 때문에 연속 합성형 교량 형식을 채택하는 것이 점차 보편화되고 있는 실정이다. 그러나 콘크리트 슬래브에 프리스트레스를 가하지 않는 경우에는 교량 중앙 지점부의 부모맨트로 인하여 발생하는 콘크리트 슬래브의 균열을 설계시에 고려해야 한다. 이 논문에서는 기존에 제시된 두 가지 전단연결재 설계 방법에 대하여 탄.소성 유한요소해석법으로 비교 검토하였다. 그리고 부분합성이론을 소개하고 이 이론에 의한 이론적 엄밀해를 유도하였다. 합성정도에 따른 단순합성보와 연속합성보의 거동을 해석결과와 실험결과의 비교 분석을 통하여 부분합성이론을 강합성형교의 설계와 시공에 적용할 경우의 장단점을 검토하였다. In designing short to medium-span bridges, continuous composite bridges are becoming popular due to their advantages. However, if the concrete slab in continuous composite bridge is not prestressed, negative moment occurs in the mid-support and creates problems such as cracks in the concrete slab. Therefore. it must be considered in design. Two methods of arrangement of shear connectors were conducted using finite element elastic plastic analysis. Partial interaction theory was introduced and an analytical solution based on this theory was derived. The differences in the degree of interaction were investigated using analytical solutions and finite element analyses of simple composite beam and continuous composite beams. The results of the analyses were used to determine the advantage and disadvantages as well as any precaution when necessary using partial composite during actual design and construction.

합성 박스형 교량의 온도에 의한 응력 및 변형

장승필,임창균,Chang, Sung Pil,Im, Chang Kyun 한국강구조학회 1997 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.9 No.4

합성 박스형 교량의 비선형 온도분포로부터 유발되는 열응답(thermal response)은 여러 변수들의 영향을 받는다( 기상조건, 재료상수, 교량의 위치 및 방향, 단면형상 등). 본 논문에서는 계절, 교량의 위치 및 방향, 단면형상 그리고 몇 가지 재료특성치의 변화가 합성 박스형 교량의 축변형 곡률 및 응력에 미치는 영향 파악을 위해 매개변수해석을 수행하였으며, 이 해석을 수행하기 위한 2차원 시간 종속적 유한요소모델에 대해 간략히 언급하였다. 먼저, 매개변수들이 하루동안의 곡률 변화에 미치는 영향에 대해 고려하고, 최대 곡률을 나타내는 시간의 합성 박스형 단면의 은도 및 응력분포에 미치는 영향에 대해 고려하였다. 최종적으로, 이 매개변수들의 변화가 온도에의한 축변형, 곡률 및 응력의 일최대값에 미치는 영향에 대해 고려하였다. 온도에의한 영향은 경우에따라서는 사하중이나 활하중이 구조물에 주는 영향만큼 클 수 있고 또한 강합성교의 설계시 바닥판 콘크리트 슬래브와 강재들보와의 온도차를 $10^{\circ}C$로 가정하고, 동시에 온도의 분포가 콘크리트 슬래브단면과 강재들보단면에서 일정하다고 가정하고 구한 온도응력은 실제 온도하중의 영향을 과소평가할 수 있다. Thermal response induced from nonlinear temperature distribution in composite box gilder bridges depends on several variables(environmental conditions, physical and material properties, location and orientation of bridge, and cross-section geometry). In this paper, parametric study are conducted in order to find the effects of variations of seasons, location and orientation of bridge, sectional geometry and some material properties on the axial deformation, curvature and stresses in composite box girder bridge. A two-dimensional transient finite element model to conduct this parametric studies is briefly presented. Firstly, the effects of the parameters on the diurnal variation of curvature are considered, and for the time of maximum curvature, on the distribution of temperature and stresses of composite box girder sectional are considered. Finally, some considerations about the influence of the parameters on the daily maximum values of axial deformation, curvature and stresses are carried out. The influence of thermal effect on structures is important as much as the influence of live or dead load in some cases. In the design of steel composite bridges, the thermal stresses calculated on the supposition that the temperature difference between the concrete slab and steel girder is $10^{\circ}C$ and the temperature distributions are uniform in concrete slab and steel girder can be underestimated.

Design Thermal Loads In Composite Box Girder Bridges

장승필,임창균,Chang, Sung Pil,Im, Chang Kyun Korean Society of Steel Construction 1998 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.10 No.3

본 논문에서는 장기온도측정자료의 통계해석에 바탕을 두고, 합성박스형교량에 작용하는 설계온도하중의 적절한 값을 제안하고자 한다. 이를 위해, 최근에 건설된 합성박스형교량에서 약 20개월간 온도측정을 수행하였다. 극치해석에 앞서, 온도분포특성을 나타내는 주요 매개변수를 정의하고, 이의 계절별변화에 대해 상세히 검토하였다. 이 온도하중매개변수의 극치분포를 Tail-Equivalence법에 의해 결정하고, 주어진 재현기간에 해당되는 온도하중매개변수의 극치값을 계산하였다. 끝으로, 이 결과들을 현 시방서에서 온도하중에 대해 제안하고있는 규정들과 비교하였다. 비교결과로부터, 현 시방서는 합성박스형교량의 온도응력을 나타내는데 불충분하며, 특별한 경우에 있어서 현 설계규정에 포함되지않은 수평방향온도변화를 고려해야만 된다는 결론에 도달하였다. The intention of this paper is to provide realistic values of design thermal loads applicable to composite box girder bridges on the basis of the statistical analysis of long-term measured temperature data. For this purpose, temperatures were recorded at a newly constructed composite box girder bridge during about 20 months. Before analyzing the extreme values, major thermal loading parameters that characterize the temperature profile are defined, and a seasonal behavior of those is examined in detail. The limit distributions of the thermal loading parameters are then determined by the tail-equivalence method, and the thermal loading parameters corresponding to selected return period are calculated. Finally, the results are compared to the specifications suggested in a current design code for thermal loads, and it is concluded that the current design code is unsuitable for representing the self-equilibrated thermal stresses in composite bridges, and the horizontal temperature difference which is not suggested in current design code should be taken Into account in particular cases.

부분(部分) 프리스트레스트 콘크리트 부재(部材)의 휨 및 전단(剪斷) 실험(實驗)(I) -극한상태(極限狀態)의 거동(擧動)과 프리스트레싱 지표(指標)에 대(對)하여

장승필,강원호,Chang, Sung Pil,Kang, Won Ho 대한토목학회 1989 대한토목학회논문집 Vol.9 No.4

The partially prestressed concrete members have intermediate degree of prestressing between the reinforced and fully prestressed concrete members. Partially prestressed concrete members take advantages of both the merits of fully prestressed concrete members under the service load state and those of reinforced concrete members under the ultimate load state. Total 12 partially prestressed concrete T-beams were m4de and tested to find the effects of prestressing ratio, stirrup arrangement and shape of cross section on the flexural and shear behavior of the partially prestressed concrete beams. In this paper, the test procedure and the ultimate behavior of test beams are described. The validity of prestressing indices is checked by analyzing test results. 부분(部分) 프리스트레스트 콘크리트는 철근(鐵筋) 콘크리트와 완전(完全) 프리스트레스트 콘크리트의 중간정도(中間程度)의 프리스트레스를 가(加)한 부재(部材)이다. 부분(部分) 프리스트레스트 콘크리트 부재(部材)를 사용(使用)함으로써 완전(完全) 프리스트레스트 콘크리트 부재(部材)의 사용상태(使用狀態)의 이점(利點)과 철근(鐵筋) 콘크리트 부재(部材)의 극한상태(極限常態)의 장점(長點)을 동시(同時)에 취(取)할 수 있다. 본(本) 연구(硏究)는 프리스트레스 정도(程度), 전단철근(剪斷鐵筋)의 배근(配筋)과 단면형태(斷面形態)의 변화(變化)가 부분(部分) 프리스트레스트 콘크리트 부재(部材)의 휨 및 전단(剪斷) 극한거동(極限擧動)에 미치는 영향을 알기 위해서 총 12개의 부분(部分) 프리스트레스트 콘크리트 부재(部材)에 대(對)하여 파괴실험(破壞實險)을 행(行)한 것이다. 이 논문(論文)에서는 실험과정(實驗過程) 기술(記述)하고 실험부재(實驗部材)의 파괴양상(破壞樣相)을 분석(分析)하며, 여러 연구자(硏究者)들이 제안(提案)한 각각의 프리스트레싱 지표(指標)의 유용성(有用性)을 검토(檢討)한다.

부분(部分)프리스트레스된 구형(矩形)콘크리트부재(部材)의 균열크기에 관한 연구(硏究)

장승필,Chang, Sung Pil 대한토목학회 1985 대한토목학회논문집 Vol.5 No.1

본(本) 논문(論文)은 동일(同一)한 단면(斷面)과 동일(同一)한 철근비(鐵筋比)를 갖는 다섯 개의, 구형단면(矩形斷面)의 부분(部分) P.C. 보에 각각(各各) 다른 정도(程度)의 프리스트레스량(量)을 도입하므로써 얻어지는, 균열발생의 억제효과(抑制?果)와 전체(全體)시스템의 내하력(耐荷力) 증가효과(增加?果)를 실험(實驗)을 통(通)하여 확인(確認)하는데 있다. 실험결과(實驗結果), 프리스트레스를 가(加)한 보의 극한내하력(極限耐荷力)은 그렇지 않은 보의 그것보다 약간의 증가추세(增加趨勢)를 보이나, 이에 대한 결론(結論)을 내리기 위하여는 좀 더 많은 실험(實驗)데이타가 요구(要求)된다. 프리스트레스의 도입에 의한 균열폭의 억제효과는 확실하게 나타나며 아주 작은 양인 완전(完全)프리스트레스량(量)의 25%정도(程度)의 프리스트레스의 도입(導入)으로도 그렇지 않은 경우보다 사용하중하(使用荷重下)에서 50% 정도(程度)로 억제(抑制)할 수 있는 것으로 나타난다. The purpese of this research is to experimentally verify the effect of prestressing on the control of cracks and on the possible increase of load capacity of the members by testing five beams with same cross section and same reinforcement ratio but with different amounts of prestressing. The test results indicate that the ultimate strength of prestressed concrete beams is only slightly higher than that of unprestressed concrete beams. It may be however need more experimental results to come to this conclusion. But it can be clearly seen that the effect of prestressing on the crack width is remarkable and that the reduction of about to 50% in crack width under service loads can be easily achieved by introducing small prestressing (about 25% of a fully prestressing).

불규칙한 노면(路面)을 주행하는 이동하중에 의한 연속교의 동적거동에 관한 이론 및 실험적 연구

장승필,임성순,조서경,Chang, Sung Pil,Yhim, Sung Soon,Jo, Sir Kyung 대한토목학회 1989 대한토목학회논문집 Vol.9 No.3

In this study, the dynamic behavior of a continuous bridge under moving load is studied considering roughness of the road surface. Vehicle model includes the spring effects of axes, and due to these effects, equations of motions for the vehicle and bridge are derived in coupled form. And then iteration method is used to solve the equations. In experimental study a bridge model is constructed considering the similarity rule in order that the model exhibits dynamic behavior similar to that of prototype. Three types of roughness such as uneven random roughness, uplift on the approach and piece-wise constant roughness are used to describe road roughness. Through the numerical analysis and experiments, the effects of surface roughness, sprung mass, and velocity on the dynamic behavior of the bridge are examined. 본 연구에서는 유한요소법과 실험적인 방법으로 이동하중용 받는 불규칙한 노면을 갖는 연속교의 동적거동을 연구하였다. 차량하중은 차축의 스프링효과를 포함하였으며 이로 인해 교량과 차량의 운동방정식은 결합된 미분방정식으로 표현되었고 이를 반복시산법으로 해결하였다. 실험적인 방법에서는 상사율을 고려하여 원형과 모형에서 동일한 동적거동이 나타나도록 모델을 제작하였고 이러한 교량 불규칙조도면, 진입부 단차면, 연속 단차면을 주어 실험하였다. 속도의 분포와 조도면의 양상 및 차량의 진동에 따른 교량의 동적거동을 이론 및 실험적인 방법으로 비교, 분석하였다.

건설산업 선진화를 위한 마스터플랜

장승필,이상호,Chang, Seung-Pil,Lee, Sang-Ho 한국건설관리학회 2009 한국건설관리학회 논문집 Vol.10 No.2

고속열차하중 하의 강합성형 철도교의 진동

장승필,곽종원,하상길,김성일,Chang, Sung Pil,Kwark, Jong Won,Ha, Sang Gil,Kim, Sung Il 한국강구조학회 1998 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.10 No.4

The influences of high speed train on the dynamic responses of steel composite railway bridges are investigated. The bridge system which has two I-girder and several cross beams is modeled with plate and frame elements. With assumption of concrete slabs are fully connected with steel girders, the offset between slabs and girders is modeled using constraint equation. The track system is modeled using beams on elastic foundation theory. And, the TGV train model is developed in 2-dimension considering bouncing and pitching motion. And braking action of vehicle is considered using speed dependent braking function. To investigate the behavior of bridges due to moving trains, parametric studies on the variation of natural frequency of bridge, speed parameter, vehicle modeling method, braking action of train, etc are performed. 본 연구에서는 열차하중이 강합성형 철도교의 동적응답에 미치는 영향을 연구하였다. 2개의 I-거더와 가로보로 구성된 판형교는 판요소와 공간뼈대요소를 이용하여 모델링하였으며, 상판과 주형의 offset은 완전합성을 가정하여 구속방정식을 이용하여 연결하였으며 트랙구조는 고전적인 탄성지반위의 보 이론을 사용하여 이상화하였다. 2PC+2MT+161T로 구성된 TGV열차의 수직처짐과 피칭회전을 고려한 2차원 수치모델을 개발하였다. 또한, 속도의존적 제동함수를 사용하여 열차의 제동을 고려하였다. 이동열차하중에 의한 교량의 동적거동 파악을 위하여 교량의 고유진동수 변화, speed parameter, 차량모델링 방법, 열차의 제동 등에 대한 매개변수연구를 수행하였다.

합성 박스형 교량의 온도 예측

장승필,임창균,Chang, Sung Pil,Im, Chang Kyun 한국강구조학회 1997 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.9 No.3

본 논문에서는 교량 단면 내의 시간 종속적 온도 분포를 결정하기 위해, 기존의 열 전달 이론 및 태양 에너지 전달에 대한 이론을 바탕으로 기상관측소 및 현장에서 측정한 기상 자료로부터 교량 온도의 예측에 관한 이론적 모델에 대해 기술하였다. 특히 이 모텔에서는 주간에 교량의 온도 상승에 지배적인 영향을 미치는 태양일사(solar radiation)에 대해 태양 에너지 관련 분야의 여러 실험적 연구 결과를 바탕으로 태양일사량의 계산에 대해 기존에 연구되어 있는 식들 중에서 가장 적합한 식을 제시하였다. 이 해석 모델의 타당성은 사당 고가차도의 장기 계측된 온도 측정 결과와 비교 검토되었다. 또한 장기간 측정된 온도 결과로부터 교량 온도 예측에 대한 해석적 기준(analytical criteria)을 제시하기 위해, 교량의 축 방향 신축의 원인이 되는 단면평균온도, 그리고 곡률 변형을 유발하는 단면온도차 등 교량 단면의 온도 분포와 관련된 변수들과 대기온도, 일사량 등 기상 자료와 관련된 변수들 간의 선형 상관관계(linear correlation)에 대해 기술하였다. The paper describes a theoretical model for the prediction of bridge temperatures from meteorological data measured at bridge site and local meteorological center together with existing finite element heat transfer theory and solar radiation transfer theory to determine the time dependent temperature distribution of bridge. In this analytical model, the most adequate equation for the calculation of solar radiation on the bridge surface, which is dominant in day time is described based on the results of several experimental studies for the solar energy. The validity of this model is tested against field data obtained from long term experimental program on Sadang Viaduct in Seoul. Also, this paper describes the linear correlation between design variables and meteorological data to establish analytical criteria for the prediction of the average temperature, which are responsible for the longitudinal deformation of the bridges and of the vertical differential temperature profiles. which are responsible for the bending deformations from the long term experimental results.