T-형 보강재로 보강된 판의 압축강도 산정에 형상비를 고려한 좌굴계수 식의 적용성 평가

박용명 한국강구조학회 2023 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.35 No.5

종방향 보강재로 보강된 판에서 보강재의 제원을 합리적으로 결정하기 위해 Wang et al.은 형상비(β)를 고려한 좌굴계수식(kfc)을 최근 제안하였다. 본 연구에서는 kfc 식의 적용 시 AASHTO LRFD 교량설계기준의 압축강도가 합리적으로 산정되는지에대한 해석적 연구를 수행하였다. 보강재 개수는 3개까지 고려하였으며, 주요 변수로서 형상비와 조밀, 비조밀 및 세장 판을 포함하도록 판의 폭-두께비와 보강재의 휨강성 조합을 고려하였다. 비선형해석으로부터 압축강도를 평가한 결과 β < 1.4βcr(βcr: kfc가 최소값이 되는 한계세장비)일 때에는 one half sine-wave의 종국변형을 보이며 AASHTO 기준의 압축강도가 얻어졌다. 반면, β ≥ 1.4βcr일때에는 two half wave 형태의 종국변형을 보였으며 설계기준의 압축강도에 도달하지 못하였다. 따라서 횡방향 보강재의 최대 간격에대한 규정이 필요할 것으로 판단되었다. Wang et al. recently proposed a buckling coefficient equation(kfc) to determine a reasonable size of stiffener con sidering the aspect ratio(β) in longitudinally stiffened plates. In this study, a series of numerical analysis was conducted on whether the compressive strength stipulated in the AASHTO LRFD bridge design specifications is reasonably estimated when the kfc equation is applied. The number of stiffener was considered up to 3. As major variables, the aspect ratio and plate width-to-thickness ratio in combination with flexural stiffness of stiffeners were considered to include compact, non compact and slender plates. As a result of evaluating compressive strength from nonlinear analysis, when β < 1.4βcr (βcr: critical aspect ratio corresponding to minimum value of kfc), the final deformation showed one half sine-wave form and the compressive strength of the AASHTO standards was obtained. On the other hand, when β ≥ 1.4βcr, it showed a deformation in the form of two half waves and did not reach the compressive strength of the design standards. Accordingly, it is con sidered that a regulation on the maximum spacing of transverse stiffeners would be necessary.

단경간 2-거더교의 여유도 평가 실험-수평브레이싱의 효과

박용명,조움돋이,황민오,이대용,윤태양,Park, Yong Myung,Joe, Woon Do Ji,Hwang, Min Oh,Lee, Dae Yong,Yoon, Tae Yang 한국강구조학회 2007 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.19 No.3

본 연구에서는 단재하경로 구조로 인식되는 2-거더교에서 한 개 거더의 손상 시 여유도를 평가하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 실험변수는 하부 수평브레이싱으로 하여 하부 수평브레이싱이 설치된 경우와 설치되지 않은 경우의 단경간 1/5 모형 시험체 2개를 제작하였다. 먼저 균열이 없는 정상상태 시험체에 대해서 탄성범위 내에서 재하실험을 수행하였으며, 이후 지간 중앙부의 한 개 거더에 인위적인 손상을 가한 후 종국상태에 이르기까지 재하 실험을 수행하였다. 실험으로부터 정상상태의 교량에서도 수평브레이싱은 하중 재분배 역할을 수행하였으며, 한 개 거더에 심각한 손상이 발생한 경우에는 가로보와 바닥판이 비균열 거더 측으로 하중 재분배 기능을 일부 수행하였으나, 특히 하부 수평브레이싱은 2-거더교의 손상 시 여유도 향상에 매우 중요한 기능을 하는 것으로 나타났다. This paper presents the results of an experimental study to evaluate the redundancy in two plate-girder bridges, which are generally classified as non-redundant load path structures. The study was performed at a time when one of the two girders was damaged. The bottom lateral bracing was considered the experimental variable, and two 1/5-scale bridge specimens of simple span with and without a lateral bracing system were fabricated. Loading tests were first performed on the intact specimens without a cracked girder, within an elastic range. Thereafter, the ultimate loading tests were conducted on the damaged specimens with an induced crack at the center of a girder. The test results showed that the cross beams and the concrete deck redistributed some of the load to the uncracked girder, but the lateral bracing system played an important role in improving the redundancy during the damage and was also effective for load redistribution even when the bridge was intact.

초기평형상태 구현을 위한 사장교의 폐합단계 해석

박용명,윤재순,조현준,박충곤,Park, Yong Myung,Yun, Jae Sun,Cho, Hyun Jun,Park, Chung Gon 한국강구조학회 2007 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.19 No.2

본 연구에서는 캔틸레버 공법으로 가설되는 사장교의 최종단계에서 초기평형상태를 구현하기 위한 폐합 방법을 제안하였다. 캔티레버식 가설에 의한 사장교에서 초기평형상태의 구현을 위해서는 거더 폐합단계에서 폐합단면 양측의 연직 처짐, 회전각 및 축방향 변위에 대한 적합조건을 만족시켜야 하는데, 본 연구에서는 실제 시공시 적용 가능한 데릭 크레인의 인양력과 케이블의 장력, 그리고 주탑부에 설치된 유압잭을 이용하여 적절한 폐합이 가능함을 제시하였다. 제안된 방법을 예제 교량의 시공단계 해석에 적용하여 그 타당성을 검증하였으며, 폐합시 축방향 변위에 관한 적합조건의 고려 여부가 주탑의 결과에 큰 영향을 끼치는 것으로 나타났다. This paper presents a closing method for a cable-stayed bridge erected by the free cantilever method to produce the initial equilibrium configuration at the final construction stage. To realize the initial equilibrium condition in cable-stayed bridge by the cantilever method, compatibility conditions for vertical displacements, rotational angles, and axial displacements at the closing section of both side girders should be satisfied. In this paper, it was shown that it can be accomplished by using some applicable loads during construction such as the pull-up force of the derrick crane, some cable tension forces, and jacking force at the pylon. The proposed method was applied to a construction stage analysis of a sample bridge to demonstrate its validity, and it was acknowledged that the tower was considerably affected by the compatibility condition for axial displacement in the closing step.

비적합 변위모드를 이용한 4절점 평판휨요소의 개발

박용명,최창근 한국전산구조공학회 1997 전산구조공학 Vol.10 No.2

본 논문에서는 평판 구조물의 효율적인 해석을 위한 4절점 평판휨 요소를 개발하였다. 이 요소는 전단변형을 고려하기 위해 Mindlin평판이론에 의하여 유도하였다. 평판휨 문제에서 4절점요소와 같은 저차의 등매개변수 Mindlin평판요소는 전단강성을 실제보다 강하게 평가하기 때문에 얇은 평판에서는 요소의 기능을 발휘하지 못한다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 4절점 요소에 5개의 비적합변위모드를 추가함으로써 개선된 결과를 얻을 수 있었으며, 개발된 요소는 유사영에너지모드를 발생시키지 않는다. 아주 얇은 평판에서도 요소의 형상과 무관하게 전단구속현상을 극복하였으며, 예제 해석으로부터 변위의 신속한 수렴성과 단면력의 분포가 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 요소형상비가 매우 큰 경우에도 좋은 결과를 얻을 수 있었다. A 4-node element for efficient finite element analysis of plate bending is presented in this paper. This element is formulated based on Mindlin plate theory to take account of shear deformation. To overcome the overestimation of shear stiffness in thin Mindlin plate element, especially in the lower order element, five nonconforming displacement modes are added to the original displacement fields. The proposed nonconforming element does not possess spurious zero-energy mode and does not show shear locking phenomena in very thin plate even for distorted mesh shapes. It was recognized from benchmark numerical tests that the displacement converges to the analytical solutions rapidly and the stress distributions are very smooth. The element also provides good results for the case of high aspect ratio.

근입식 강판셀 구조 설계표준화 및 최적제원 결정에 관한 연구

박용명,김태진,Park, Yong Myung,Kim, Tae Jin 한국강구조학회 1999 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.11 No.3

본 연구에서는 대수심 해안에서 호안 구조물의 조성에 적합한 근입식 강판셀 구조의 표준설계절차를 확립하고 최적제원 결정을 위한 연구를 수행하였다. 최적 제원의 결정을 위해 셀 안전성 검토용 전산프로그램을 개발하고 강도가 다른 사질토 지반에 대해 수심별로 가능한 제원을 프로그램을 사용하여 도출한 뒤 최적 강판셀 제원 결정을 위한 일반식을 제안하였다. 아울러 강판셀의 관입을 위한 진동햄머 시스템의 소요 기진력 산정식의 타당성을 확인하는 모형실험을 수행하였으며, 제안한 셀제원에 대한 소요 기진력의 데이터를 제시하였다. In this study, establishment of standard design procedure and optimum dimension of the embedded steel-plate cellular bulkheads for seawall structures in deep water sites has been presented. A computer program was developed to asses feasible dimensions of steel-plate cell, and general equations to determine optimum cell diameter and embedment depth are derived for sand. A model experiment to verify the necessary driving force of vibratory hammer system was also performed and driving force data pertinent to optimum cell dimension are presented.

호안조성용 거치식 강판셀공법의 실험적 연구

박용명,오성남 한국강구조학회 1997 韓國鋼構造學會誌 Vol.9 No.3

무도장 내후성강의 교량 적용에 대하여

박용명,성택룡 한국강구조학회 1998 韓國鋼構造學會誌 Vol.10 No.2

비적합 변위모드를 이용한 4절점 평판휨요소의 개발

박용명,최창근 한국전산구조공학회 1997 한국전산구조공학회논문집 Vol.10 No.2

본 논문에서는 평판 구조물의 효율적인 해석을 위한 4절점 평판휨 요소를 개발하였다. 이 요소는 전단변형을 고려하기 위해 Mindlin평판이론에 의하여 유도하였다. 평판휨 문제에서 4절점요소와 같은 저차의 등매개변수 Mindlin평판요소는 전단강성을 실제보다 강하게 평가하기 때문에 얇은 평판에서는 요소의 기능을 발휘하지 못한다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 4절점 요소에 5개의 비적합변위모드를 추가함으로써 개선된 결과를 얻을 수 있었으며, 개발된 요소는 유사영에너지모드를 발생시키지 않는다. 아주 얇은 평판에서도 요소의 형상과 무관하게 전단구속현상을 극복하였으며, 예제 해석으로부터 변위의 신속한 수렴성과 단면력의 분포가 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 요소형상비가 매우 큰 경우에도 좋은 결과를 얻을 수 있었다. A 4-node element for efficient finite element analysis of plate bending is presented in this paper. This element is formulated based on Mindlin plate theory to take account of shear deformation. To overcome the overestimation of shear stiffness in thin Mindlin plate element, especially in the lower order element, five nonconforming displacement modes are added to the original displacement fields. The proposed nonconforming element does not possess spurious zero-energy mode and does not show shear locking phenomena in very thin plate even for distorted mesh shapes. It was recognized from benchmark numerical tests that the displacement converges to the analytical solutions rapidly and the stress distributions are very smooth. The element also provides good results for the case of high aspect ratio.

내후성강재 고장력볼트 이음부 미끄럼계수 평가 실험 (II)

박용명,성택룡,Park, Yong Myung,Seong, Taek Ryong 한국강구조학회 2000 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.12 No.2

본 논문에서는 대기 중에 폭로한 내후성강재의 고장력볼트 마찰이음부 미끄럼계수 평가를 위한 실험연구를 수행하였다. 표면 상태는 흑피 부착된 시험체와 숏브라스트로 흑피를 제거한 시험체를 각각 3개월 및 6개월 폭로한 후 수동솔질, 전동솔질 및 청소하지 않은 표면 등을 고려하였다. 또한, 6개월 폭로 시험편의 각 표면 상태에 대하여 600 시간 동안 볼트축력 감소율을 측정하였다. 실험으로부터 모든 시험체에서 폭로 기간에 따라 미끄럼 계수는 증가하였으며 흑피부착 표면을 전동솔질로 청소한 경우를 제외하곤 모두 0.6 이상의 값을 보였다. 볼트 축력 감소율 역시 초기 비폭로 시험체에 비해 폭로한 시험 체에서 증가하였으며 최대 감소율은 약 10%에 이르렀다. An experimental research to evaluate the slip coefficients of high-strength friction-type bolt connection of weathering steel plate has been performed in this paper. The test specimens with mill scale or shot blast had been exposed in open air during 3 and 6 months and cleaning of rust surface by hand brushing, power tool brushing and no cleaning was considered. The relaxation of bolt clamping force had also been measured during 600 hours. It was found that slip coefficients increased to the value over 0.6 with exposure except mill scale surface by power tool brushing. The relaxation of bolt tension force in exposed specimens also increased and maximum value reached to about 10%.

호안구조용 강판셀공법

박용명,김태진 한국전산구조공학회 1997 전산구조공학 Vol.10 No.4

본 기사에서는 호안의 안벽 및 방파제의 조성에 있어 기존 공법에 비해 경제성, 공사기간 및 시공장비 측면에서 유리하며, 특히 대수심 조건에 적합한 강판셀 공법에 대하여 소개하였다. 강판셀공법은 거치식과 근입식 공법으로 분류할 수 있으며 전자는 지반이 양호한 곳에, 후자는 지반이 비교적 연약한 부지에 적합하다. 본 기사에서는 강판셀공법의 설계절차와 실제 시공사례에 대해 소개하였다.