PSC道路橋에 대한 步行者 中心의 振動使用性 硏究 = (A) study on vibration serviceability for pedestrian of prestressed concrete highway bridge

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 WPC 교량에 대해 차량속도와 교면아스팔트의 포장 상태, 차량중량 등을 실험변수로 하여 차량이 교량을 주행할 때 교면진동이 보행자에게 미치는 진동 영향에 대해 연구하였다. 본 연구에서 교량의 진동사용성이라 함은 보행자가 느끼는 진동영향에 대한 교량의 사용성을 의미한다. 연구대상교량은 PSC 도로교(30m@3=90m, 연속교)의 한 종류인 WPC 교량 (Wide-flange Prestressed Concrete girder bridge)을 선정하였다. WPC 교량은 확폭플랜지 박스형 거더형태로 중립축을 상향 이동시켜 상·하 플랜지의 응력균형으로 최적 단면에 의해 효율을 극대화 시킨 교량으로 제구형 단면에 스티로폼을 넣어 슬래브 타설을 위한 확장된 바닥판으로 구성되어 있는 것이 특징이다.
진동사용성 평가를 위하여 교면의 아스팔트 포장상태를 BMS 기준으로 A, C등급, 차량중량은 130kN, 270kN, 주행속도는 20km/h, 40km/h, 50km/h로 구분하여 고려하였다.
교면상태가 C등급일 경우와 A등급일 경우에 대한 진동가속도 응답의 정량적인 차이는 본 연구의 실험 시 얻어진 환산중량 1.22~4.39km/h․kN 범위 내에서 13.4~37.6%로 분석되었다. 또한 수정된 Reiher-Meister의 가속도 허용곡선에 준하여 검토한 결과 WPC 거더 교량 위를 보행하는 보행자가 느끼는 진동수준은 교면아스팔트 포장상태 A, C등급에 따라 각각 60%, 90%가 진동으로 인해 불안감을 느끼는 "Level B, disturbing" 수준으로 나타나 본 연구의 실험결과를 근거로 판단할 때 WPC 교량은 적절한 수준의 진동사용성을 확보하고 있지 못한 것으로 나타났다. WPC 교량의 교면 진동가속도 응답을 추정할 수 있는 진동추정식을 신뢰도 50, 90, 95%로 구분하여 제시하였으며, 제안된 진동추정식들은 교면의 아스팔트 포장상태를 고려할 수 있다. 진동을 발생시키는 에너지원을 ‘환산중량’이라는 용어를 사용하여 포함시켰다. 진동가속도 응답 추정과 진동사용성을 평가할 수 있는 일련의 과정을 체계화하여 진동사용성 평가를 위한 Flow-chart를 본 연구에서 제안하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, the vibration serviceability of pedestrian by travelling vehicles on the WPC, Wide-flange Prestressed Concrete, girder bridge was studied. Experiment variables were considered travelling speed of vehicles, pavement state of asphalt on the deck and weight of vehicles, preferentially. The vibration serviceability of bridge used in this study means serviceability of bridge considering pedestrian's vibration effect.
The WPC girder bridge (30m@3=90m, continuous type), one type of general PSC bridge was chosen for study target. It was box-type girder form with wide flange, box-type girder was designed to motive stress balance of upper and lower flanges moving neutral axis upward. Also, it is characteristic that is consisted of extended deck plate so that this girder puts Styrofoam on trapezoid section and slab construction is available simply.
More detailed experiment variables for pavement grade states, vehicle weight, travelling velocity were considered by A and C grades by BMS (Bridge Management System) standard, 130kN and 270kN, 20km/h, 40km/h and 50km/h, individually. The incremental ratio extent of vibration acceleration responses, asphalt pavement grade C over A, was construed to 13.4 ~ 37.6%. Only, these results are valid within extent of the Scaled-Weight 1.22~4.39km/h·kN. Results that evaluate vibration serviceability by the modified Reiher-Meister's acceleration permission curved line were expose each 60%, 90% according to asphalt pavement grade A and C correspond to ‘Level B, disturbing’. By experiment results, the WPC girder bridge on this study target was exposed that don`t have securing suitable vibration serviceability.
The vibration equations for acceleration responses prediction of bridge deck were proposed into three types, reliability 50%, 90%, 95% respectively. These equations can consider asphalt pavement grade, and the vehicle’s weight and travelling velocity, which are the source of vibration, are combined into the term called, ‘Scaled Weight’. From this study, the Flow-Chart for acceleration responses prediction and vibration serviceability estimation was proposed.

목차 (Table of Contents)

• 표 목 차 ⅳ
• 그림목차 ⅴ
• 사진목차 ⅷ
• 국문요약 ⅸ
• 1장 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구동향 2
• 1.3 연구방법 4
• 2장 이론적 고찰 6
• 2.1 진동과 진동저감 6
• 2.1.1 진동 발생 과정 6
• 2.1.2 진동 저감 및 방지 대책 8
• 2.2 인체와 진동 11
• 2.2.1 진동의 전달 방향 11
• 2.2.2 진동에 대한 인체의 반응 12
• 2.3 인체진동의 분류 및 진동 전단률 13
• 2.4 인체진동 영향 평가 15
• 2.4.1 RMS값 15
• 2.4.2 조화하중에 의한 동적응답 18
• 2.4.3 Meister의 진동감각특성 19
• 2.4.4 국제표준화기구(ISO)의 평가법 22
• 2.4.5 수정된 Reiher-Meister 가속도 허용곡선 27
• 2.4.6 그 외의 진동 사용성 평가 29
• 2.5 BMS의 교면포장 상태 등급 35
• 3장 진동사용성 측정 38
• 3.1 실험 개요 38
• 3.1.1 현장개요 38
• 3.1.2.실험 CASE 42
• 3.1.3.진동응답 측정시스템 44
• 3.2 실험결과 및 분석 49
• 3.2.1 진동 응답 측정결과 49
• 3.2.2 진동 응답 측정 결과분석 58
• 3.3 진동응답 추정식 69
• 4장 진동 사용성 평가 80
• 4.1 수정된 Reiher-Meister 가속도 허용곡선 84
• 4.2 ISO 허용곡선 81
• 4.3 WPC 교량의 진동사용성 평가 Flow-Chart 86
• 5장 결 론 88
• 참고문헌 90
• Abstract 95
• 감사의 글 97