강철도교 열화현상에 관한 보수/보강 연구 -강철도교의 플랜지 용접이음부의 거동 특성 및 피로균열 보수보강-

경갑수,이성진,박진은,차철준,Kyung, Kab Soo,Lee, Sung Jin,Park, Jin Eun,Cha, Cheol Jun 한국강구조학회 2012 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.24 No.6

철도교는 일반적으로 설계하중에 근접한 열차하중이 빈번하게 통과할 가능성이 있으므로, 초기설계단계부터 여러 구조상세에 대해 피로특성을 충분한 반영하는 것이 필요하다. 그럼에도 불구하고 철도교에 작용하는 축하중의 크기 및 배치 특성, 피로에 대한 부적절한 구조상세의 적용 등으로 인하여 강철도 플레이트거더교에서 부분적으로 피로균열이 보고되고 있다. 상부플랜지와 복부의 용접이음부에서의 피로균열의 주요 발생 원인의 하나는 침목을 지지하는 주거더와 열차하중이 작용되는 레일과의 중심간격 차이에 따른 열차하중의 편심작용에 의한 것이다. 이 연구에서는 공용중인 강철도 상로플레이트거더교를 대상으로 현장조사 및 현장계측, 일련의 구조해석을 실시하고, 대상교량의 구조거동 특성 및 피로균열의 발생 원인의 규명, 보수 보강(안)에 대하여 검토하였다. Since railway bridge frequently have a chance of passing train load close to design load, it is necessary to reflect sufficiently fatigue property in early design phase for many structural details. Nevertheless fatigue cracks are reported partly in deck plate girder of railway steel bridge because of the weight and arrangement of axial load acting on railway bridge, the application of improper structural details for fatigue problem etc.. One of main cause for fatigue crack at the welded part of upper flange and web is caused by the eccentricity action of train load due to the difference of center to center spacing between the main girder supporting sleeper and the rail acting train load. For the existing deck plate girder of railway steel bridge, in this study, field survey, field measurement and a series of structural analysis were performed. In addition, the characteristics of structural behavior, the causes and repair/ retrofit of fatigue crack were examined in the target bridge.

제작을 고려한 고강도강재의 용접성능에 관한 연구

경갑수,홍성욱,박용진,Kyung, Kab Soo,Hong, Sung Wook,Park, Yong Jin 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.10 No.3

High-strength steel in steel bridges is the key to achieving cost-efficiency because it facilitates lightweight construction and rationalizes structure. The future of high-strength steel is bright, with its use projected to expand. As such, it is necessary to evaluate precisely various factors affecting the process of fabricating high-strength steel, i.e., welding heat, strain hardening, and weldability and performance of the welded joints. This study therefore performed the maximum hardness test and y-groove weld crack test using welding processes such as SAW, FCAW, and GMAW, in order to investigate the welding performance and characteristics of welded Joints or high-strength steel produced in Korea such as SM570, POSTEN60, and POSTEN80. In addition, a series of welding tests was carried out to estimate the tensile strength, bending characteristics, absorbed energy, and hardness in welded joints. 강교량에서 사용강재의 고강도화에 의한 구조의 경량화, 합리화는 강교량의 제작 및 가설측면에서 강교량의 경제성을 부각시키고 있다. 이러한 추세에 따라서 향후 강교량 건설에 있어서 고강도강재의 적용사례는 지속적으로 증가할 전망이다. 따라서, 교량부재에 고강도강재를 적용하기 위해서는 강재의 제작작업에서 발생하는 다양한 요인, 예를 들면 용접에 의한 용접열, 부재의 절단 및 가공에 의한 변형경화 등과 같은 강재의 용접성 및 용접이음성능을 정확하게 평가하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 현재 국내에서 생산되고 있는 SM570, POSTEN60, POSTEN80의 조질 고강도강재를 대상으로 고강도강재의 용접에 따른 용접성 및 가공성을 조사하기 위해서 용접방법별로 최고경도시험 및 경사y형용접터짐시험을 실시하였으며, 또한, 용접이음부의 인장강도, 굽힘성, 흡수에너지 및 경도를 조사하기 위해서 일련의 용접이음시험을 실시하였다.

고정식 자켓구조물의 기하형상 조건에 따른 구조거동특성

경갑수,이준호,박진은,이성진,Kyung, Kab Soo,Lee, Jun Ho,Park, Jin Eun,Lee, Sung Jin 한국강구조학회 2018 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.30 No.3

고정식 자켓 구조물은 공용기간 동안 풍력 및 파력 등과 같은 랜덤한 하중을 받게 되므로 피로현상이 발생한다. 본 연구에서는 용접이음이 집중되는 격점부의 응력집중계수를 분석하여 설계시 피로응력이 저감될 수 있는 기하형상 조건을 제안하고자 한다. IIW에서 제안하고 있는 핫스팟응력 산출식을 통하여 계산한 응력집중계수와 기존 제안식을 비교하였다. 그 결과, Efthymiou 제안식이 유사한 거동을 나타냈으며, 형상계수(${\zeta}$, ${\tau}$, ${\gamma}$, ${\theta}$)가 클수록 응력집중계수가 증가하는 것을 볼 수 있었다. 그리고, 공용중인 Jacket구조물에 대하여 응력집중계수를 산정한 결과, 격점부 기하형상, 격점부 중립축 연결여부와 부재의 하중 적용방향이 피로수명에 영향을 미치는 것으로 판단된다. In this study, stress concentration factors of welded joints were analyzed. The stress concentration factor calculated from the hot spot stress equation suggested by IIW was compared with the existing equations. As a result, the stress concentration factor was confirmed to be similar to the Efthymiou proposed equation. and, the stress concetration factor is increased as the geometric parameter(${\zeta}$, ${\tau}$, ${\gamma}$, ${\theta}$) increased. And the fatigue life is considered to be affected by the geometric parameter of the joint, the connection of the neutral point of the joint and the load direction of the member.

강바닥판 교량의 보강상세에 관한 해석적 연구

경갑수,신동호,김교훈,박경진,Kyung, Kab-Soo,Shin, Dong-Ho,Kim, Kyo-Hoon,Park, Kyung-Jin 한국전산구조공학회 2007 한국전산구조공학회논문집 Vol.20 No.4

강바닥판 피로손상을 억제할 수 있는 유효한 방법의 하나로 데크 플레이트의 판 두께를 증가시키거나 세로리브의 보강 등에 의한 강성 증가를 고려할 수 있는데, 이 강성증가는 일반적으로 윤하중에 의한 강바닥판의 국부변형 억제 등에 효과가 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 강바닥판교의 피로균열이 빈번히 발생해 가장 문제가 되는 U-rib와 가로리브 연결 상세부의 발생응력을 최소화할 수 있도록 벌크헤드플레이트나 수직리브와 같은 보강상세의 부착에 따른 변수로 정밀 구조해석을 수행하였다. 그 결과, 벌크헤드플레이트는 전체적으로 연결 상세부의 주응력을 경감시키나, 피로균열이 발생되는 용접 지단부에서는 오히려 응력집중이 커지는 경향을 나타내는 것을 알 수 있었다. 그러나 수직리브는 용접 지단부에서 응력집중을 경감시키는 효과를 나타내어 벌크헤드플레이트의 보강보다는 수직리브의 보강이 더 효율적일 것으로 판단된다. The improvement of stiffness by the increase of thickness of deck plate or the reinforcement of longitudinal rib is one method among the effective methods to control fatigue damages occurring in orthotropic steel deck. It is likely that the increase of stiffness is effective to restrain local deformation caused by axial load in the steel deck. Therefore, in this study, the parameter studies for the reinforced structural details such as the bulk-head plate and vertical rib which is established to reduce the resultant stresses in the connection parts of the longitudinal rib and floor beam were performed with FE analysis. From the results, it was known that the reinforced structural detail with the bulk-head plate in the longitudinal ribs reduced overall the principal stresses at the connection parts, but the stress concentration increased in the weld toe parts which are occurring fatigue cracks. Also, it was estimated that the reinforced structural detail with the vortical rib in the longitudinal ribs because of the reduction of stress concentration in the weld toe parts is more effective details than the bulk-head plate.

실측자료에 기초한 공용년수 증가에 따른 교량 내하력 분석

경갑수,이영일,이성진,Kyung, Kab Soo,Lee, Yeong Il,Lee, Sung Jin 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.1

In this paper, change of load carrying capacity of bridges with time was analyzed referring to the safety inspect data stored in the KISTEC. From this study, it was known that the capacity is rated differently by various parameters such as inspector's subjective. Accordingly, an improved method, in this paper, is suggested which can correct deviation due to several uncertainties involved in rating process. The suggested method can be utilized for efficient maintenance of bridges such as cycles and determination of priority of retrofit, and estimation of service life etc. 본 논문에서는 한국시설안전공단에서 수행한 정밀안전진단자료를 수집 분석하여 공용년수의 증가에 따른 내하력 변화 양상을 조사하였다. 연구결과, 공용내하율이 평가자의 주관 등 여러 가지 조건으로 공용기간에 따라 큰 편차를 보이는 것을 알 수 있었다. 따라서, 기존의 내하력 평가에 관한 다양한 문제점을 분석하여 편차를 보정할 수 있는 개선된 방안을 제시하였으며, 이 방법은 공용중인 교량의 보강 주기와 우선순위의 결정, 공용수명의 추정 등 효율적인 유지관리에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

내후성강재의 화학성분 및 기계적성질에 관한 통계적 분석

경갑수,권순철,Kyung, Kab Soo,Kwon, Soon Chul 한국강구조학회 2003 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.15 No.2

최소유지관리의 LCC관점에서 강구조물에의 적용이 증가하고 있는 내후성강재를 대상으로 Mill Sheet를 수집하고 이를 통계적으로 분석하여 화학성분, 기계적성질, 용접성지수, Weathering Index 및 충격흡수에너지에 대해 정량적으로 조사하였다. 본 연구결과 국내에서 생산되고 있는 내후성강재의 화학성분, 기계적 성질 및 충격흡수에너지는 분산의 폭이 약간 크게 나타났으며 KS에서 규정하는 기준값을 충분히 만족하고 있는 것으로 나타났다. 또, 용접성지수 및 Weathering Index는 일본 도로교시방서 및 ASTM의 기준을 만족하고 있는 것으로부터 국내 내후성강재의 품질을 확인 할 수 있었다. The application in steel structures is increasing the mill sheet for the weathering steels by minimum maintenance cost in a life cycle cost. These have been collected and statistically analyzed to investigate chemical compositions, mechanical properties, weldability indices, weathering index and impact absorbed energy. From this study, although the band of dispersion in chernical compositions, mechanical properties and impact absorbed energy of the weathering steels appeared a little larger, the results revealed that these values have adequately satisfied the standard values of the Korean Standard. Furthermore, it was found that the weldability indices and the weathering index for the weathering steels have respectively satisfied the value prescribed by the Japanese Highway Specification and ASTM.

플레이트 거더교의 수직 보강재 구조상세에 관한 연구

경갑수,KYUNG, Kab Soo 한국강구조학회 1996 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.8 No.3

The stress patterns of vertical stiffener of plate girder bridge were examined by existing data of actual measurement stress for steel bridges and the structural details of vertical stiffener of plate girder bridge having seeked rationalization and abbreviation were investigated by 1/2 bridge model. As the results, the out-of-plane stress occur in the upper parts of vertical stiffner and fatigue cracks by the action of alternative stress is apt to occur in web plate of lower parts vertical stiffener. Also, the gap between lower parts of vertical stiffner and lower flange of plate girder bridge seeking rationalization and abbreviation is effective to adopt 100mm.

현수교 횡프레임의 피로안전성 평가에 관한 연구(I) - 공칭응력에 의한 평가 -

경갑수,전준창,서석구,용환선,Kyung, Kab Soo,Jeon, Jun Chang,Su, Seok Ku,Yong, Hwan Sun 한국강구조학회 1999 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.11 No.4

본 연구는 공칭응력 및 변동응력을 이용한 현수교 횡프레임의 피로안전성 평가를 위하여 수행되었으며, 본 논문에서는 해석모델의 모형화 방법 및 공칭응력을 이용한 피로안전성 평가를 주요 내용으로 다루었다. 본 연구의 목적에 부합되는 해석모형을 도출 하고자 해석모형의 지지조건에 따른 영향, 평면해석과 입체해석간의 구조해석 결과의 차이 및 모형화되는 횡프레임 수의 영향에 대해서 검토하였다. DB-24하중을 피로조사하중으로 이용하였으며, 단일트럭하중에 의한 발생응력을 조합하여 실교통류 흐름의 효과를 고려하였다. 피로검토대상 구조상세에 대해 산출된 공칭응력을 국내 및 국외의 피로등급과 비교하고 그 결과에 대해 고찰하였다. In this paper, the fatigue safety in the suspension bridge is investigated by using nominal and variable stress, respectively. The technique on structural modeling and the fatigue evaluation using nominal stress are mainly dealt with in this paper. To make the finite element analysis model reflecting the actual structural behavior of the suspension bridge with cross frame, the parametric study is carried out. In this study, the influence of supporting condition. the difference of the results of 2- and 3-D analysis and the number of cross frames modelled in are considered. The nominal stress under the real traffic flow of the bridge is calculated by the combination of the stresses due to the unit DB-24 loading. The nominal stresses for details under consideration are compared with allowable stress ranges specified in the codes and the results are discussed.

구조 상세부의 피로거동을 고려한 고성능 강바닥판 개발에 관한 해석적 연구

경갑수,신동호,김교훈,Kyung, Kab Soo,Shin, Dong Ho,Kim, Kyo Hun 한국강구조학회 2006 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.18 No.4

최근에 강바닥판 교량에서 여러 가지 피로손상이 보고되고 있는데, 이들 대부분의 피로 손상은 윤하중의 직접 재하에 의한 강바닥판의 복잡한 구조거동에 기인한다. 따라서 본 연구에서는 강바닥판교의 세로 리브와 가로리브 용접이음부와 데크 플레이트와 세로리브 용접이음부의 피로손상원인을 구조해석에 의해 분석한 후, 피로를 고려한 구조상세를 제안하기 위해 데크 플레이트 두께, 가로리브 스켈럽 상세, 가로리브 이음길이를 변수로 하는 구조해석을 수행하였다. 이들 연구결과로부터 이들 구조상세에 대한 피로거동특성을 파악하고, 피로강도가 향상된 구조상세를 제안하였다. Various fatigue damages have been reported in orthotropic steel deck structures put upon girders. These damages are caused by complex behaviors of the deck, which is directly subjected to vehicle loads. To estimate the causes of fatigue cracks at the welded connected parts of the trough rib and the flor beam, and the trough rib and the deck plate, in orthotropic steel deck structures, FE analyses were first, performed in this study. Parameter studies were carried out to suggest effective structural details that consider fatigue, in which the main parameters are the thickness of the deck plate, the shape of the connection of the trough rib and the flor beam such as the slit form, and the welding length. This study suggests that the effective structural details improved the fatigue strength and discusses.

도쿄항 임해대교에서의 기술개발과 코스트 감축

경갑수(Kab Soo Kyung),윤태양(Tae Yang Yoon),권순철(Soon Cheol Kwon),정경섭(Kyung Sub Jung) 한국강구조학회 2009 韓國鋼構造學會誌 Vol.21 No.1