1면 케이블 콘크리트 사장교의 유효플랜지폭 결정에 관한 연구

이환우,김광수,강호준,Lee, Hwan-Woo,Kim, Kwang-Soo,Kang, Ho-Jun 한국전산구조공학회 2010 전산구조공학 Vol.23 No.4

Bending and axial compressive stresses are distributed across the whole upper flange of a box girder bridge which has the span-to-depth ratio (B/L) of below 0.5, according to Korea Bridge Design Specifications (Minister of Land, Transport and Maritime Affairs, 2005). Shear lag phenomenon, however, can take place in the construction phase of cable-stayed bridge, in which stresses combining bending moment due to dead weight and cable vertical compression are induced. This study aims to analyze the effective width of flange over which composite stresses are given, which should be calculated during the construction phase of stiffening girder of single plane cable-stayed box girder bridge. The study results indicate that the full width of stiffening girder can be regarded as the effective flange width when the span-to-depth ratio for the deck is below 0.38. In other words, the area, where shear lag is taken into consideration, is larger than the width of box girder in single plane cable-stayed box girder bridges. Therefore, the current practice of considering the full width as the effective flange width regardless of changes of the span-to-depth ratio during the construction stage can produce an unsafe bridge. If the effective flange width is determined according to the single span structural system in the early stage of construction when the span-to depth ratio for the deck is high and composite stresses of every part expect each end of the bridge are calculated, it can result in a safe structural design. Since the span-to-depth ratio gradually decreases, however, it is appropriate to determine the effective width of flange on the basis of the full width and the cantilever structural system. 도로교설계기준(건설교통부, 2005)에 따르면 바닥판 경간비(B/L)가 0.5이하인 박스거더교에서는 상부플랜지의 전폭이 휨 압축응력 또는 축압축응력에 대하여 유효한 것으로 볼 수 있다. 그러나 세그먼트 자중 등에 의한 휨모멘트와 케이블 수직압축력에 의한 합성응력이 발생되고 바닥판 경간비가 변하는 사장교의 시공단계에서는 전단지연의 영향범위가 다를 수 있다. 이 연구에서는 1면 케이블 콘크리트 박스 사장교를 대상으로 시공단계시 보강형에 고려되어야 할 합성응력에 의한 유효플랜지폭을 분석하였다. 그 결과 바닥판 경간비가 0.38이하의 범위에서 보강형의 전폭을 유효플랜지폭으로 적용할 수 있는 것으로 해석되었다. 즉, 1면 케이블 박스 사장교의 경우 전단지연을 고려하여 할 범위가 박스거더교보다 커야할 것으로 분석되었다. 따라서 시공단계시 변화되는 바닥판 경간비의 크기에 관계없이 전폭을 유효플랜지폭으로 반영하는 실무관행은 안전측 설계가 되지 못할 수 가 있다. 또한 시공단계시 선단부를 제외한 영역의 합성응력에 대한 검토는 바닥판 경간비가 크게 나타나는 초기 시공단계에서는 단경간 구조계로 보고 산정한 유효플랜지폭을 적용할 경우 안전측 설계가 된다. 그러나 바닥판 경간비가 작아짐에 따라서는 전폭과 캔틸레버 구조계로 유효플랜지폭을 결정하는 것이 타당한 것으로 분석되었다.

콘크리트 사장교 장기거동에 대한 장래 위험성 예측 모델의 비교

이환우(Hwan Woo Lee),강대희(Dae Hui Kang) 한국방재안전학회 2008 한국방재안전학회 논문집 Vol.1 No.3

프리스트레스트 콘크리트 사장교는 재료의 특성상 크리프 및 건조수축 등에 의한 장기거동의 영향을 크게 받는다. 이 연구에서는 콘크리트 구조물의 장기거동 예측에 일반적으로 이용되는 CEB-FIP모델과 ACI 모델을 예제 교량에 적용하여 상대습도의 변화에 따른 영향을 알아보았다. 주형 모멘트의 경우 CEB-FIP 모델이 ACI 모델보다 상대습도 변화에 대해 더 큰 영향을 받으며 영향도도 경우에 따라서는 무시할 수 없을 것으로 나타났다. 또한 동일 조건에서도 두 모델간 장기거동이 일부 단면에서는 비교적 크게 차이가 났다. 따라서, 장기거동에 대한 수치해석 결과는 재료시험과 예측모텔간의 영향인자들에 대 한 민감도 분석을 거친 후에 보완하여 적용할 필요가 있다고 본다. The long-term behaviors of prestressed concrete cable-stayed bridges are considerably influenced by the time dependant material characteristics such as creep and shrinkage. This study investigated the influences of the change of relative humidity by application of the CEB-FIP model and ACT model, which are generally used in the prediction of long-term behavior of concrete structures. In case of the moment of girder, CEB-FIP model predicted a bigger effect of relative humidity change than the ACI model. Furthermore, the effect was significant. Also, the long-term behaviors between these models were different each other even under the same material condition. Therefore, the prediction of the long-term behavior should be compensated after comparative analysis with the results of material tests of each construction site and between the different models.

압출추진코와 ILM 교량 상부구조 상호작용 해석식의 단순화

이환우,장재엽,Lee, Hwan-Woo,Jang, Jae-Youp 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.3

압출공법(incremental launching method)은 교대 배후에 거더 제작장소를 설치하고, 콘크리트를 이어쳐서 교량거더를 제작하고, 이것을 잭(jack)으로 밀어내는 가설방법이다. 이 공법에 의해 시공되는 교량의 상부단면은 시공 중에 지간의 중앙부와 지점부에 일시적이나마 모두 위치하게 된다. 따라서 단면들은 자중에 의해 발생되는 최대 정모멘트와 최대 부모멘트, 그리고 최대 전단력을 모두 경험하게 되는 구조적 특성을 가지고 있다. 한편 거더의 캔틸레버 작용을 감소시키기 위하여 거더의 선단에 압출추진코(launching nose)를 부착시킨다. 이때 상부단면에 발생하는 일시적인 응력의 크기는 압출추진코의 단면특성에 따라 달라진다. 이 연구에서는 압출추진코와 상부단면의 상호작용에 관한 해석식의 정확성을 유지하고, 활용도를 높이기 위해서 압출추진코를 유사등단면(강성;등단면, 중량;변단면)으로 가정하여 단순화된 해석식을 제안하였고, 압출추진코의 단면이 등단면으로 가정한 기존 해석식의 정확성을 향상시키기 위해서 다이아프램의 중량을 집중하중으로 치환시켜 변형된 등단면 해석식을 제안하였다. 그리고 제안된 2개의 해석식의 정확성과 활용성을 판단하기 위해 실제 ILM 교량 설계자료들을 통해 전산구조해석 프로그램과, 기존 해석식들과 비교 분석하였다. ILM(incremental launching method) is a way of construction, installing a girder producing spot behind the abutment, making the bridge girder infilled with concrete continuously and launching with using by jack. The superstructure of the bridge constructed by this method is temporarily located on the center of the span and the supporting points under construction. Therefore, the sections are structurally undergone maximum positive moment, maximum negative moment, and maximum shear force arising from self weight. On the other hand, launching nose is attached to the front of the girder to decrease the cantilever effect. The magnitude of this temporary stress creating on the upper section is dependent upon the launching nose's characteristics. This study has proposed an analysis formula simplified on the assumption that the launching nose section is a quasi-equivalent section(rigid; equivalent section, weight; tapered section) in order to ensure the accuracy of the analysis formula and improve its usage with reference to the interaction between the launching nose and the upper section; and a prismatic analysis formula modified by displacing a diaphragm's weight by a concentrated load in order to improve the accuracy of the existing analysis formula that assumes the launching nose section as the equivalent section. To judge the accuracy and usage of two analysis formulas proposed, we have compared and analyzed computational structural analysis programs and existing analysis formulas based on actual ILM bridge data. As a result, all of two reveal the superior accuracy and also their usage has been improved by the simplification of analysis formulas.

활하중 분배계수식 개발을 위한 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 구조해석 모델

이환우,김광양,Lee, Hwan-Woo,Kim, Kwang-Yang 한국전산구조공학회 2008 한국전산구조공학회논문집 Vol.21 No.1

I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 활하중 분배계수식을 개발하기 위한 구조해석 모델은 해석결과의 적정성과 함께 모델링의 용이성도 동시에 가지고 있어야 한다. 그 이유는 활하중 분배계수식의 개발 과정에서 무수히 많은 횟수의 구조해석이 필요하기 때문이다. 본 연구에서는 기존 연구와 설계실무에서 사용하고 있는 모델들을 비교하여 적정한 구조해석모델을 선정하였다. 또한 수치해석과 재하시험 결과와의 비교를 통하여 방호벽과 가로보의 휨 강성이 활하중분배에 미치는 영향을 분석하였다. 연구결과로서 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 구조해석에는 편심을 반영한 거더, 방호벽 및 가로보를 바닥판에 연결시킨 모델이 해석결과의 정확성과 모델링의 편이성을 동시에 만족시키는 측면에서 적합하였다. 그러나 방호벽은 강성변화에도 불구하고 활하중분배에 미치는 영향이 미소한 것으로 분석되었다. 편심을 고려한 가로보는 휨 강성 25% 이상에서는 강성변화에 따른 영향이 적었다. 따라서 거더는 바닥판과의 편심을 고려하여 강체요소로 연결하고, 방호벽은 무시하고, 가로보는 전 단면이 유효한 것으로 가정한 상태에서 편심을 주지 않는 모델을 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 활하중 분배계수식의 개발을 위한 최종 구조해석 모델로서 선정하였다. Structural analysis models to develop live load distribution factors of simply supported prestressed concrete I-girder bridge should have the precision of the analysis results as well as modeling simplicity. This is due to the numerous frequency of structural analysis needed while developing live load distribution factors. In this study, an appropriate structural analysis model is selected by comparing previous researchs studies and models used in practical design. Also, the influence by the flexural stiffness of barrier and diaphragm on the live load distribution had been analyzed through comparing the numerical analysis and experimental tests. As a result, the model that the eccentric girder and the barrier and diaphragm are connected to the deck plate was appropriate in satisfying both accuracy and simplicity for structural analysis of simply supported prestressed concrete I-girder bridge. However, the barrier was analyzed to have insignificant influence on the live load distribution in spite of its variation of stiffness. The eccentric diaphragm showed little influence at 25% or higher of flexural stiffness. From the results, a model that the girder is rigidly connected to the deck plate in consideration of the eccentricity, the barrier is ignored and the whole section of diaphragm is supposed to be valid without eccentricity is decided as the most appropriate structural model to develop the live load distribution factors of simply supported prestressed concrete I-girder bridge in this study.

복단면 개수로 흐름 난류모델링

이환우(Lee, Hwan-Woo),최성욱(Choi, Sung-Uk) 대한토목학회 2013 대한토목학회 학술대회 Vol.2013 No.10

변단면 압출추진코와 ILM 교량 상부단면의 상호작용 해석

이환우,정두회,안태욱,Lee Hwan-Woo,Jung Du-Hwoe,Ahn Tae-Wook 한국전산구조공학회 2006 한국전산구조공학회논문집 Vol.19 No.2

ILM(incremental launching method) 교량공법은 품질확보에 효과적인 프리스트레스트 콘크리트 교량공법으로 인정받고 있다. 이 공법에 의해 시공되는 교량의 상부단면은 시공 중에 지간의 중앙부와 지점부에 일시적이나마 모두 위치하게 된다. 따라서 단면들은 자중에 의해 발생되는 최대 정 모멘트와 최대 부 모멘트, 그리고 최대 전단력을 모두 경험하게 되는 구조적 특성을 가지고 있다. 한편, 압출하는 동안 발생하는 높은 일시적 응력을 최소화하기 위해 일반적으로 압출추진코가 이용되고 있다. 그리고 상부단면에 발생하는 이 일시적인 응력의 크기는 압출추진코의 특성에 따라 달라진다. 본 연구에서는 압출 중 상부단면에 발생하는 단면력의 크기를 쉽고, 빠르게 검토할 수 있는 해석식을 유도하였다. 개발된 해석식에서 고려할 수 있는 매개변수로는 압출추진코와 상부단면과의 지간 길이비와 중량비 그리고 강성비를 택하였다 특히, 개발된 해석식에서는 변단면인 압출추진코의 단면형상과 다이아플램을 고려할 수 있다. 또한, 설계변수들에 대한 민감도 해석을 통하여 압출추진코와 상부단면의 상호작용에 미치는 매개변수들의 영향을 분석하였다. ILM(incremental launching method) bridge is one of the prestressed concrete bridge construction methods widely adopted owing to its effectiveness for the quality control. The sections of the launched superstructure pass every position of the bridge spans. This launching process causes the bridge sections to be experienced in the quite different stress states with the stress state occurred after construction completely. Due to the self weight of sections, particularly, the superstructure sections(deck) experience maximum positive and negative moment as well as maximum shear force during launching process. To minimize the temporarily caused sectional forces, launching nose is generally used in the construction method. Therefore, the magnitude of this sectional forces should be checked for the safety of super structure in construction and it is dependent on the structural characteristics of launching nose. In this study, the simplified formulas to analyze the sectional force occurred by the nose-deck interaction in ILM construction are developed. The considering parameters are the span length ratio, stiffness ratio and weight ratio between the launching nose and the super structure. In particular, the developed formulas can consider the tapered sectional shape of launching nose and the diaphragm wall in the superstructure. Additionally, the sensitivity analysis is performed to analyze the effects of nose-deck interaction according to the design parameters.

상부단면과의 상호작용을 고려한 ILM 교량용 압출추진코의 최적화 설계식

이환우,장재엽,Lee, Hwan-Woo,Jang, Jae-Youp 한국전산구조공학회 2010 한국전산구조공학회논문집 Vol.23 No.1

ILM 교량의 경우 압출 중에 발생하는 일시적 응력을 흡수하기 위해 일반적으로 압출추진코가 이용된다. 압출 중에 발생되는 ILM 교량의 상부단면력은 압출추진코의 길이, 중량, 강성에 따라 크게 달라진다. 따라서 설계와 시공시에 단면의 안전성 확보를 위해서는 상부구조와 압출추진코와의 상호작용에 따른 응력변화를 반드시 고려해야 한다. 그러나 국내에서는 ILM 교량의 설계시에 경간분할 및 지간길이 등을 전례의 설계결과에 따라 결정하는 경우가 많다. 따라서 상부구조와 압출추진코의 단면들이 프로젝트에 따라 크게 달라지지 않는다. 그러므로 상부단면의 최적설계에 영향을 주는 압출 중 상호작용을 고려한 압출추진코의 최적설계에 관한 필요성도 크게 인식되지 못하고 있는 실정이다. 이 연구에서는 변단면 압출추진코와 교량 상부구조의 상호작용을 고려한 해석식을 이용하여 압출추진코의 최적화를 위한 설계식을 제안하였고 활용가능성을 확인하였으며, 국내 공용중인 ILM 교량의 설계수준을 평가하여 ILM 상부단면의 최적설계를 위해 제언하였다. In constructing ILM(Incremental Launching Method) bridges, a launching nose is generally used in order to absorb temporary stress occurring during launching. The sectional forces of superstructure of ILM bridges, which occurs during launching, varies significantly according to the length, weight and stiffness of the launching nose. Thus in order to guarantee the safety of section of ILM bridges, the change of stress according to interaction behavior between launching nose and superstructure should be considered. However, the span division and span length are often decided based on previous cases in practice. It makes the design sections of launching nose are similar in spite of different projects. The designer's anxiety to optimize the launching nose to affect the optimum design of superstructure is also weak. In this study, an design formular to optimize the nose is proposed by using the analysis formular of nose-deck interaction and the design level of ILM bridges constructed on 00 Expressway is examined. According to the result of this study, the proposed design formulas are expected to make a significant contribution to section design that is economically efficient and at the same time guarantees the safety of the superstructure and launching noses of ILM bridges regardless of span length.

활하중 분배계수식의 개발을 위한 구조해석모델 비교

이환우 ( Lee Hwan-woo ),김광양 ( Kim Kwang-yang ),김관수 ( Kim Gwan-soo ),고동원 ( Ko Dong-won ) 한국구조물진단유지관리공학회 2006 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.10 No.1

This study has been started for the development of a refined live load distribution formula that has safety and precision toward I type prestressed concrete girder bridge. This type of bridge is mainly applied to short span bridges that are 25 ~ 40m in length. Based on various structure analysis models that are currently being applied as preceding studies for the development of live load distribution method, an analysis of flexural stiffness ratio for barrier and diaphragm has been performed. As the result of parametric analysis for the changes in flexural stiffness ratio, the effect of barrier on load distribution showed as insignificant in all structural analysis models while analyzing the deflection distribution. Also, the deflection distribution of the models with stiffness of 25% in which the diaphragm eccentricity is accounted for as same as the models with stiffness of 100% in which the diaphragm eccentricity is unaccounted for. This results are verified through the comparison with a experimental data.

I형 프리스트레스트 콘크리트 거더교의 활하중 분배

이환우,김광양,Lee, Hwan-Woo,Kim, Kwang-Yang 한국전산구조공학회 2008 한국전산구조공학회논문집 Vol.21 No.4

표준 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더교(I형 PSC 거더교)는 우리나라의 중 소 지간 교량에서 가장 많이 적용되는 교량형식이다. 이 교량 형식의 상부거더 안전성을 판단하기 위해 설계단면력을 결정할 때 유한요소법 등을 이용한 정밀한 해석보다는 설계기준들에서 제시한 활하중 분배계수나 단순화된 실용식을 일반적으로 이용하고 있다. 한편, 우리나라의 설계 실무에서 사용되는 활하중 분배계수는 대부분 외국의 연구결과나 설계기준이 그대로 반영된 것들이다. 따라서 표준 I형 PSC 거더교의 교량단면과 부재의 설계 기준강도 등을 고려한 우리나라의 설계여건에 적합한 활하증 분배계수식의 개발이 필요하였다. 본 연구에서는 활하중 분배계수식을 개발하기 위하여 교량의 폭, 지간길이, 주형간격과 차로폭 등에 대한 수많은 매개변수 해석과 민감도해석을 수행하였다. 그 결과 분배계수의 크기를 결정하는 주된 변수들로서 외측주형의 경우에는 주형간격, 내민길이와 지간길이를 선택하였다. 인접내측주형은 주형간격, 내민길이, 지간길이와 교폭으로 하였다. 내측주형은 주형간격, 교폭과 지간길이로 하였다 이어서 매개변수 해석결과들에 대한 다중선형회귀분석을 통하여 I형 PSC 거더교를 위한 활하중 분배계수식을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 활하중 분배계수식을 가지고 설계실무자들은 교량 설계시 적절한 안전율이 보장된 설계단면력을 보다 쉽게 결정할 수 있을 것이다. 또한 예비설계시에 I형 PSC 거더교의 구조적인 효율을 향상시키기 위해 필요한 반복 설계에 소요되는 설계시간을 크게 줄일 수 것으로 기대된다. The standard prestressed concrete I-girder bridge (PSC I-girder bridge) is one of the most prevalent types for small and medium bridges in Korea. When determining the member forces in a section to assess the safety of girder in this type of bridge, the general practice is to use the simplified practical equations or the live load distribution factors proposed in design standards rather than the precise analysis through the finite element method or so. Meanwhile, the live load distribution factors currently used in Korean design practice are just a reflection of overseas research results or design standards without alterations. Therefore, it is necessary to develop an equation of the live load distribution factors fit for the design conditions of Korea, considering the standardized section of standard PSC I-girder bridges and the design strength of concrete. In this study, to develop an equation of the live load distribution factors, a parametric analysis and sensitivity analysis were carried out on the parameters such as width of bridge, span length, girder spacing, width of traffic lane, etc. As a result, the major variables to determine the size of distribution factors were girder spacing, overhang length and span length in case of external girders. For internal adjacent girders, the determinant factors were girder spacing, overhang length, span length and width of bridge. For internal girders, the factors were girder spacing, width of bridge and span length. Then, an equation of live load distribution factors was developed through the multiple linear regression analysis on the results of parametric analysis. When the actual practice engineers design a bridge with the equation of live load distribution factors developed here, they will determine the design of member forces ensuring the appropriate safety rate more easily. Moreover, in the preliminary design, this model is expected to save much time for the repetitive design to improve the structural efficiency of PSC I-girder bridges.

포장체의 강성이 강상판의 거동에 미치는 영향에 관한 기초연구

이환우 ( Lee Hwan-woo ),정두회 ( Jung Du-hwoe ) 한국구조물진단유지관리공학회 2003 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.7 No.1

The pavement stiffness is scarcely used in structural analysis to design the superstructure of bridge. It is reasonable not to consider it in the case of asphalt concrete pavement over concrete deck because the pavement stiffness compared with the concrete deck plate can be ignored. However, sometimes, the pavement materials have a similar amount of elastic modulus to concrete and are applied to the orthotropic steel deck plate which has relatively less stiffness compared with the concrete deck plate. In this paper, the steel plate deck of a real bridge project was analyzed by considering the pavement stiffness by linear elastic FEM. It was assumed that a perfect bond between the steel plate deck and the pavement exited. The results indicated that the structural behavior of the orthotropic steel deck plate can be estimated enough to affect the evaluation result of structural capacity in some cases. Therefore, the investigations by experimental tests and more advanced numerical model are indispensible in figuring the design formula for considering the effects of pavement stiffness in the structural analysis of an orthotropic bridge.