작교이방성 판이론을 적용한 바닥판 활하중 모멘트 산정식 개발

안예준(Ahn Ye Jun),남석현(Nam Suk Hyun),박장호(Park Jang Ho),신영석(Shin Yung Seok) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.5A

교축과 교축직각 방향의 철근비가 다른 철근콘크리트 바닥판은 두 방향의 휨 강성이 다르기 때문에 직교이방성의 재료성질을 가진다. 이러한 철근콘크리트 바닥판의 직교이방성 성질은 교량의 바닥판 휨모멘트에 영향을 미친다. 2004년 개정된 AASHTO LRFD Bridge Desi맑 Specification은 활하중에 의해 바닥판에 작용하는 휨모멘트를 산정하는데 휨 강성비를 고려하고 있지만, 국내의 도로교설계기준(건설교통부, 2005)는 휨강성비를 고려하지 않고 있다. 또한 도로교 표준시방서 하중­저항계수 설계편(대한토목학회, 1996)의 활하중 모멘트 값은 휨강성비를 고려하고 있으나, 단일 하중만을 고려하고 있기 때문에 안전한 값으로 보기 힘들다. 본 연구에서는 국내 설계기준에 제시된 트럭 하중모델과 승용차 전용 고가도로 설계용 활하중모델에 대하여 휨 강성비와 다수의 윤하중을 고려한 바닥판 활하중 모멘트 산정식을 제안하고자 한다. 직교이방성 판이론을 이용하여 철근콘크리트 바닥판에 작용하는 휨모멘트를 산정하였다. 바닥판 활하중 모멘트 산정식에는 국내 설계기준 및 시방서에 제시된 하중계수, 동시재하계수, 및 트럭하중모델을 각각 적용하였다. Because of the orthotropic elastic properties and a significant two-way bending action, orthotropic plate theory may be suitable for describing the behavior of concrete-filled steel grid decks. In AASHTO LRFD Bridge Design Specification(2004), the equations for live load moment consider a ratio of flexural rigidity between longitudinal and transverse directions, but not in the Korea design specification of highway bridge (2005). The Korea LRFD bridge standard specification of highway(1996) includes an orthotropic plate model with single load to estimate effects induced by live load moments of concrete-filled steel grid decks. However, the orthotropic plate model considering only single patch load may not be conservative. This paper presents live load moment equations for truck and passenger car, based on the classical orthotropic plate theory, which includes multiple patch loads. Design factors and live load models of Korea standard specification of highway bridge is applied to proposed formulations.

신뢰도기반 교량설계기준의 중력방향하중 지배 한계상태에 대한 목표신뢰도지수 및 하중-저항계수

김정곤,김호경,이해성 대한토목학회 2022 대한토목학회논문집 Vol.42 No.3

This paper presents a new class of the vehicular live load factor for a reliability-based bridge design code. The significance of the current vehicular live load factor of 1.8 is investigated based on the return period of the vehicular live load and the design life of a bridge. It is shown that the current vehicular live load factor corresponds to a return period of 6.7 million years for a 100-year design life, which seems to be unrealistic in an engineering sense, and that the target reliability of 3.72 is set to too high without any reasoning for the gravitational load-governed limit state compared with that of the other limit states. In case the same return period as the design wind velocity or the ground acceleration is employed for the vehicular live load, the corresponding vehicular live load factor becomes around 1.15, and the target reliability index for the return period may be selected as 2.0 or 2.5 depending on the governing load effect. The complete sets of the load-resistance factors for the proposed target reliability indices are evaluated through optimization. 신뢰도기반 교량설계기준에서 적용할 수 있는 새로운 종류의 차량활하중계수를 제시한다. 현재 사용하고 있는 차량활하중계수 1.8에 대한 적절성을 차량활하중의 재현주기와 교량설계수명에 기초하여 분석하였다. 중력방향하중 지배 한계상태에 대한 목표신뢰도지수 3.72는 적절한 논거 없이 너무 높게 설정된 값이며, 이에 상응하는 하중계수 1.8은 100년 설계수명 교량에서 재현주기 약 670만년 정도에 해당하는 활하중 파괴점을 나타내는 무의미한 값이라는 것을 보였다. 설계 풍속이나 지반가속도와 동일한 재현주기를 차량활하중에도 적용하면 차량활하중계수는 1.15 정도가 되고 목표신뢰도지수는 한계상태를 지배하는 하중에 따라서 2.0 혹은 2.5에 해당하게 된다. 제안한 목표신뢰도지수에 대한 전체 하중-저항계수 조합은 최적화에 의하여 산정하였다.

고속도로 WIM 데이터의 통계분석을 통한 교량 설계활하중 KL-510의 모멘트 효과 분석

백인열,정길환 한국강구조학회 2017 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.29 No.6

The live load effect of KL-510 of the current Korean bridge design code is examined by comparing with that of the multiple trucks of which the weights are statistically estimated from measured traffic data as well as with those of the related live load models. The truck weight data measured on the expressway before and after overweight enforcement are used to obtain the truck weights following the same procedures in deciding the live load model of the design codes and the results are compared with the load effect of KL-510. KL-510 yields a very uniform loading effect compared with the multiple truck effects when the weights are estimated from the data which contains some of the heavy trucks over the operational weight limit. KL-510 yields consistent results with the live load of AASHTO LRFD and shows less variation than the past load model DB-24 over the span lengths considered in this study. As a result of this research, the actual truck combinations equivalent to the notional KL-510 load model are constructed and it can be applied to the evaluation of the existing bridge and the calibration of the load factor of the permit vehicle. 현행 국내 교량 설계기준의 활하중 모형인 KL-510의 하중 효과를 실측된 통행자료로부터 통계적으로 추정한 트럭의 연행효과및 국내외 관련 설계기준이 하중모형과 비교한다. 과적단속 전후에 고속도로에서 측정된 트럭의 중량 자료를 이용하여 설계기준의 활하중모형 결정과 동일한 과정을 따라서 트럭 중량을 산정하여 그 하중효과를 KL-510과 비교하였다. KL-510은 운행제한중량을 초과하는 트럭을일부 포함하는 자료로부터 추정한 트럭의 연행에 의한 하중효과와 매우 부합하는 결과를 보였다. KL-510은 미국 AASHTO LRFD의 활하중모형과 일관성 있는 결과를 주며, 기존 하중 모형인 DB-24보다 하중효과의 비율이 균일하였다. 이 연구의 결과로 가상의 하중 모형인KL-510에 해당하는 실제 트럭의 조합을 구성하였으며, 향후 공용중인 교량의 평가와 허가차량의 하중계수 보정에 적용할 수 있다.

고속철도 WIM 데이터에 대한 통계분석을 통한 철도교량 설계활하중 분석

박수민,여인호,백인열,Park, Sumin,Yeo, Inho,Paik, Inyeol 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.6

이 논문에서는 고속철도교량 설계를 위한 활하중 모델을 통계 및 확률적 방법으로 검토하고, 하중조합의 하중계수가 주는 안전율을 분석하였다. 이 연구는 철도교량 설계기준에 대한 한계상태설계법 개발의 일환이며, 이를 위하여 경부고속철도를 운행하는 열차를 대상으로 약 한달 동안 실측하여 데이터를 수집하고 분석하였다. 이 데이터를 대상으로 교량의 설계수명에 맞도록 4가지 통계 방법들을 적용하여 설계하중을 추정하여 비교 검토하였다. 또한, 철도교량의 설계하중조합이 주는 안전율을 검토하기 위하여 신뢰도지수를 구하고 이를 분석하였다. 실측 데이터로부터 추정한 활하중효과에 대하여, 현행 고속철도 설계활하중인 표준열차하중의 0.75배를 적용한 설계활하중 효과의 크기가 최소 30~22% 더 크게 나왔다. 신뢰도분석을 통하여, 극한한계상태만을 기준으로 본다면, 추가적인 하중계수 감소의 가능성이 있음을 알 수 있다. In this paper, the live load model for the design of high-speed railway bridge is analyzed by statistic and probabilistic methods and the safety level that is given by the load factors of the load combination is analyzed. This study is a part of the development of the limit state design method for the railway bridge, and the train data collected from the Gyeongbu high-speed railway for about one month are utilized. The four different statistical methods are applied to estimate the design load to match the bridge design life and the results are compared. In order to examine the safety level that the design load combination of the railway bridge gives, the reliability indexes are determined and the results are analyzed. The load effect from the current design live load for the high-speed rail bridge which is 0.75 times of the standard train load is came out greater than at least 30-22% that from the estimated load from the measured data. If it is judged based on the ultimate limit state, there is a possibility of additional reduction of the safety factors through the reliability analysis.

신뢰도기반 하중계수 캘리브레이션을 통한 교량 평가 활하중계수 분석

유민선,김경현,백인열 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.26 No.6

In this paper, the evaluation procedure applying the limit state design method is studied to be consistent with the newly issued bridge designcode in Korea. The live load factor for evaluation is proposed by calibrating for the target reliability index through reliability analysis. Using the actualbridge information collected for the representative bridge types in Korea, the load effects of the design live loads for the previous and current designcodes are calculated and compared. The live load factor is calibrated through reliability analysis using the minimum required strength which equalsto the load effect obtained for the example bridge. Bridge evaluation is performed by applying the live load factors for the evaluation level as wellas design level. The load rating result is generally increased by applying the limit state design method compared to the previous design method andapplying the proposed load factor for lowered target reliability index further increased the rating result. 이 연구에서는 국내 도로교량 평가에서도 설계와 일관성이 있도록 한계상태설계법에 상응하는 평가방법을 마련하고, 선진국과 같이 평가에서 목표신뢰도지수를 감소시키는 경우 신뢰도분석을 통하여 보정하여 평가 활하중계수를 제안한다. 국내 대표 교량형식을 대상으로 수집한 실교량 자료를 활용하여 각 설계기준 별 설계활하중에 대한 하중효과를 산정하여 비교한다. 현행 설계법에 의해 산정된 하중효과를바탕으로 최소요구강도를 산정하여 이에 대한 신뢰도분석을 통해 활하중계수 보정을 수행한다. 설계수준에 비하여 낮춰진 평가수준의 활하중계수를 교량 안전성평가를 수행하고, 이전 설계법의 안전성평가 결과와 비교하여 평가결과가 증가함을 확인하였다.

제한 중량을 초과하는 기중기 차량 통행에 대한 콘크리트 교량의 안전성 평가

이성재 ( Sung-jae Lee ),유상선 ( Sang Seon Yu ),박영환 ( Younghwan Park ),백인열 ( Inyeol Paik ) 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.24 No.6

제한 중량을 초과하는 분리 불가능한 기중기 차량의 통행에 대한 교량 안전성 평가를 위한 합리적인 방법의 개발이 필요하다. 이 연구에서는 최근 도입된 신뢰도기반 도로교설계기준 한계상태설계법 개발에 적용된 동일한 방법을 기중기 차량 활하중계수 보정에 적용한다. 콘크리트 교량을 대상으로 구조해석을 수행하여 기존 설계기준에 의한 소요강도와 현행 설계기준 및 AASHTO LRFD에 의한 소요강도를 비교하고 실교량 단면의 설계강도를 비교하였다. 비계수 활하중 효과를 비교하면, 기중기 활하중이 현행 설계기준의 활하중과 기존 설계기준의 활하중보다 더 컸다. 보정된 활하중계수를 적용한 소요강도를 비교하면, 기존 설계기준의 소요강도가 가장 크고 기중기 활하중 효과는 현행설계기준의 소요강도와 비슷하다. 기중기 통행 후보 노선 상의 실교량에 대한 안전성 평가 결과는 모든 교량에 대하여 설계기준에서 요구하는 목표신뢰도지수와 동일한 신뢰도를 확보하고 있으며, 실교량 강도는 기중기 통행에 필요한 소요강도보다 커서 대상 기중기 통행에 대한 안전성이 확인된다. It is necessary to develop a rational method for evaluating the safety of bridges for the passage of inseparable crane vehicles exceeding the limit weight. In this study, the same method applied to the development of the recently introduced reliability-based highway bridge design code - limit state design method is applied to the calibration of the live load factor for the crane vehicle. Structural analysis was performed on the concrete bridge and the required strengths of the previous design code, the current design code and AASHTO LRFD were compared. When comparing the unfactored live load effect, the live load of the crane was greater than that of the current and previous design code. When comparing the required strength by applying the calibrated live load factor, the previous design code demands the largest strength and the current design code and the crane live load effect yields similar value. The results of safety evaluation of the actual bridges on the candidate route for the crane passage secured the same reliability as the target reliability index required by the design code and the strength of the cross section of the actual bridge is calculated greater than the required strength for the passage of the crane, which confirms the safety for the passage of the crane.

남북한 도로교 설계기준을 반영한 교량 상부구조 활하중 분석

임광모(Kwangmo Lim),김경철(Kyoungchul Kim),강재윤(Jaeyoon Kang),손민수(Minsu Son),고경택(Kyungtaek Koh) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.3

남북한은 다양한 사회적 어려움에도 불구하고 최근까지도 건설인프라 협력 사업을 추진하였다. 이러한 건설인프라 협력사업을 진행하기 위해서는 기반기술의 구축이 필요할 것이다. 따라서, 본 연구는 향후 남북 관계 개선에 대비하여 기반기술의 구축을 위한 남북한 교량설계기준 분석을 수행하였다. 북한 도로현황 분석과 최신 교량설계기준을 확보하여 고정하중, 온도하중 및 차량 활하중 등을 검토하였다. 남북한 교량설계기준 분석 결과를 활용하여 강섬유보강 초고성능콘크리트를 적용한 U-형상의 거더교를 모델링하였다. 교량 상부구조의 활하중 검토 결과, 북한의 최신 차량하중을 적용한 경우, 남한의 KL-510 하중과 유사한 경향을 나타내었다. 다만 상세한 비교를 위해서는 단면형식과 사용재료에 대한 추가 검토가 필요할 것으로 판단된다. 이러한 연구결과는 향후 남북 인프라 협력 또는 북한의 인프라 시장 진출 시 남북간 건설기준 연계 기술을 구축하기 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다. Despite various social difficulties, the Korean peninsula has promoted cooperation for infrastructure development. These infrastructure cooperation projects must establish a fundamental technology with an understanding of both North and South Korea. Therefore, this study analyzed bridge design standards of both countries for establishing infrastructure technology. The design standards, such as the dead, live, and temperature loads, were comparatively investigated by securing the North Korean road design standards and the latest road status. Based on the investigation results of the bridge design standards, the U-type girder bridge with ultra-high-performance concrete was modeled for analytical comparisons. From the analysis results of the bridge superstructure, the latest vehicle load of North Korea standard showed a similar trend to the KL-510 load of South Korea. However, an additional detailed investigation has required a specific comparison, including the cross-section, materials, and so on. This research would be expected to be fundamental data for establishing cooperation for infrastructure development in the Korean peninsula.

장경간 도로/철도 병용교량의 열차주행안전성 확보를 위한 설계기준 분석

이종순(Jong-Soon Lee),김모세(Mo-Seh Kim),서주원(Ju-Won Seo) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5

도로/철도 병용교량은 도로하중 외에 철도하중이 반영됨으로써 궤도의 장대레일 적용과 열차의 수직/수평하중으로 인한 구조물 변형을 최소화하는 것이 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 병용교량의 열차주행안전성 확보를 위해 고려하여야 하는 국외 주요 설계기준에 대하여 분석하고, 이에 대한 설계영향 측면에서 고려되어야 하는 사항을 검토하였다. 특히 사용성 측면에서 하중에 의한 종/횡방향 상부거더 변형, 신축이음부의 종/횡/연직방향 변형을 중심으로 검토한 결과, 장경간 병용교량에서는 도로의 차량하중보다 열차의 차량하중에 의한 영향이 큰 것을 확인할 수 있었다. Road/Rail Bridge is important to minimize the vertical and lateral deformation of structure by road load and train load. In this study, it is performed the analysis of design specification for live load on road/rail bridge and considered the key issue point of rail view. Also, we referred the serviceability criteria for rail. Specially, because Eurocode don’t have live load application for loaded distance over 200m, long span road/rail bridge is necessary to extend classical code specification with rules adapted to the size and the specificities of the project. Thus, because live load is important in road/rail bridge, this paper was confirmed for the large influence of train load than traffic load and for live load than dead load.

공동주택 정원 수목성장에 따른 인공지반 적재하중 변화 연구- 인천광역시 보행중심 아파트를 사례로 -

김정철 (사)한국정원디자인학회 2020 한국정원디자인학회지 Vol.6 No.2

This study aimed to provide a quantified basis for judgment in load calculation considering the variability in tree growth when constructing artificial grounds in and making structure plans of apartment complexes in response to the growing trend of garden apartments on the ground. The purpose of this study was to provide theoretical and practical technical data on the development of sustainable tree planting technologies and long-term maintenance plans of large trees considering load and tree growth when implementing landscaping projects on artificial grounds. we investigated and analyzed the effect of tree load change on the slab structure for 10 years by calculating the weight of trees at the time of completion and the weight of trees grown for 10 years. Trees planted on the target site were killed at similar rates regardless of natural or artificial grounds. The result of calculating the total weight of the trees at the time of completion was 211.71 tons, which was 82.09 ton and 129.62 ton, respectively, on the natural grounds and artificial grounds. The total weight of the trees increased by 219.14 tons to 430.85 tons over 10 years, and the total weight of trees planted on artificial grounds also increased by 134.99 tons to 263.59 tons, which showed the growth status of trees was similar regardless of both natural and artificial grounds. The weight per unit area of landscape planting increased from 7.46kg/m2 in 2011 to 15.19kg/m2 in 2020, and the live load per unit area on the artificial grounds increased from 72.38N/m2 in 2011 to 147.19N/m2 in 2020. Judging by an increase trend of 74.81N/m2 over 10 years, that is, an increase of 7.481N/m2 per year, it was predicted that the live load of the trees planted on the artificial grounds would be 820.48N/m2 even after 100 years, which would not reach 3,000N/m2, the criteria for the live load above an underground parking lot. Through this study, it was found that there was a problem of poor growth with the death of trees when planting trees with excessive density looking at the status of apartment complexes with mostly artificial grounds in Korea, and that it is necessary to prepare an institutional arrangement that could be accompanied by landscape management such as pruning after planting and adjusting the amount of roots for trees that are expected to grow as large trees that could affect the load on artificial grounds. 본 연구는 지상에 정원과 같은 아파트가 증가되는 추세에 따라, 공동주택의 인공지반 조성 및 구조계획 수립 시 수목의 가변적 성장을 고려한 하중량 산정에 계량화된 판단 근거를 제시하고자 하였다. 이러한 연구를 통해 인공지반 위 조경사업 추진 시 하중과 수목의 성장을 고려한 지속가능한 수목의 식재기술 발전과 대형목의 장기 유지관리 방안 등에 이론적, 실무적 기술 자료를 제공함을 목적으로 하였다. 연구대상지는 부지면적 대비 인공지반 면적이 56.3%로, 인공지반위에 교목의 장기간 하중변화를 파악하기 위해, 준공시점에 수목의 중량과 10년간 성장한 수목의 중량을 산출하여, 10년간 슬래브 구조체에 수목 하중변화가 어느 정도 영향을 미치는지에 대해 조사․분석하였다. 대상지에 식재된 수목은 자연지반, 인공지반 구분 없이 유사한 비율로 고사되었고, 준공시점에 교목의 중량을 산출한 결과, 총 211.71ton으로 자연지반 위에 82.09ton, 인공지반 위에 129.62ton이었다. 10년이 경과한 교목의 중량은 총 430.85ton, 인공지반 위 수목중량은 263.59ton으로, 10년 동안 총중량은 219.14ton 증가하였고, 인공지반 위에 식재된 교목의 총 중량도 134.99ton 증가하여 자연지반, 인공지반 구별 없이 유사한 성장상태이었다. 조경식재 단위면적당 중량은 2011년 7.46kg/m2에서 2020년 15.19kg/m2로 증가되었고, 인공지반 위 단위면적당 활하중은 2011년 72.38N/m2에서 2020년 147.19N/m2로 증가되었다. 인공지반의 수목 활하중은 10년간 74.81N/m2로 연간 7.481N/m2로 증가하는 추세로 판단할 경우, 100년 후에도 수목의 활하중은 820.48N/m2로, 지하주차장 상부 활하중 산정기준인 3,000N/m2에 미치지 못할 것으로 예측되었다. 본 연구를 통해 인공지반이 대부분인 우리나라 공동주택 상황에서 과도한 밀도로 수목을 식재할 경우, 수목의 고사로 생장이 불량해지는 문제점이 나타났고, 인공지반 하중에 영향을 미칠 수 있는 대형목으로 성장이 예상되는 수목에 대해서는 식재 후 가지치기, 뿌리량 조절 등 조경관리가 반드시 수반될 수 있는 제도적 장치의 마련이 필요하였다. 본 연구를 장기적 관점에서 다양한 유형의 공동주택을 대상지 확대 연구할 필요성이 대두되었다.

WIM 데이터 기반 교량 차량하중 확률모델을 이용한 활하중 효과 산정 및 설계기준과의 비교 분석

김지환(Kim, Jihwan),송준호(Song, Junho) 대한토목학회 2018 대한토목학회 학술대회 Vol.2018 No.10