이중합성 2거더 고속철도교 전단연결부의 극한한계상태 설계 = Ultimate limit state design of shear connection in double composite two girder high speed railway bridges

국문 초록 (Abstract)

철도교는 강성이 주요한 설계인자이기 때문에 기존의 2거더 교량의 구조적 효율성을 높이기 위해서 이중합성 구조를 가진 철도교를 제안하였다.
일반적으로 강합성 연속교를 설계할 경우, 부모멘트 구간에 존재하는 콘크리트 바닥판은 인장에 저항하지 못한다고 가정하고 바닥판 단면을 무시하게 된다. 부모멘트 구간에서는 합성단면의 강성이 감소하게 되므로 이를 보완하기 위해 강재단면이 커지게 되는데, 이러할 경우 변단면의 적용이 불가피하게 되고 강합성형으로서의 장점이 반감된다고 할 수 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 다양한 접근법이 존재하지만 그 중에서도 경간을 확대하고 강성이 중요한 설계인자가 되는 경우에 적절하게 사용될 수 있도록 제안된 교량의 형태가 이중합성구조이다.
강합성교 전단연결부 단면의 단순화와 더불어 설계기준에서 제시하고 있는 스터드 전단연결재의 적용범위 확대를 위해서는 대직경 스터드 전단연결재가 필요하다. 현재의 설계기준 범위를 넘어서는 직경 30mm까지의 대직경 스터드 전단연결재에 대한 압발실험을 통하여 정적 및 피로거동을 평가하고 기존 설계식과의 비교를 수행하였다.
압발실험의 결과를 바탕으로 합성보에서의 거동을 평가하기 위하여 38% 합성정도를 가진 부분합성보를 제작하여 정적실험을 수행하였다. 전단연결재의 직경과 배치를 변수로 설계된 부분합성보의 극한강도 및 수평전단력의 재분배를 평가하고 전단지간내의 스터드들의 그룹파괴를 확인하였다.
이중합성 전단연결부의 거동을 파악하기 위하여 수평스터드, 수평스터드와 수직스터드가 함께 배치된 복합스터드 부재에 대한 압발실험을 수행하였다. 실험결과의 분석을 통하여 기존의 설계식과의 비교를 수행하고 정적 거동을 평가하였으며 경험식을 제시하였다.
제안된 이중합성 구조의 거동을 평가하기 위하여 압발실험의 결과를 바탕으로 5m-5m의 2경간 연속보 실험을 수행하였다. 연속보의 정적 실험을 통하여 이중합성 구조의 유효폭, 전단연결부 거동 및 극한강도를 평가하였다. 실험결과로부터 이중합성 구조의 설계안을 제안하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 13
• 1.1 연구의 배경 및 목적 13
• 1.2 이중합성 구조 15
• 1.3 연구의 범위 및 내용 24
• 2. 기존 연구 26
• 2.1 합성작용에 대한 정의 26
• 2.2 스터드 전단연결재 31
• 2.3 대직경 스터드의 실험적 연구 40
• 2.4 수평 스터드의 실험적 연구 42
• 3. 이중합성 2거더 고속철도교의 설계 48
• 3.1 개요 48
• 3.2 유한요소해석 53
• 3.3 하부바닥판의 유효폭 산정 59
• 3.4 휨강성 평가 66
• 3.5 휨강도 평가 68
• 3.6 수평전단설계 74
• 3.7 동적거동 평가 80
• 3.8 실험적 연구내용 도출 88
• 4. 수직스터드 전단연결부에 대한 실험적 연구 90
• 4.1 개요 90
• 4.2 실험 부재 및 재료 성질 91
• 4.3 대직경 스터드 전단연결재의 정적거동 96
• 4.4 대직경 스터드의 피로거동 106
• 4.5 부분합성보 거동 평가 119
• 4.6 소 결 130
• 5. 수평 및 복합스터드 전단연결부에 대한 실험적 연구 132
• 5.1 개요 132
• 5.2 실험 부재 및 재료 성질 134
• 5.3 수평스터드 전단연결재의 정적거동 140
• 5.4 복합스터드 전단연결재의 정적거동 150
• 5.5 수평 및 복합스터드의 피로거동 평가 154
• 5.6 소 결 159
• 6. 부모멘트 구간의 거동평가 161
• 6.1 실험 부재 161
• 6.2 재료 특성 168
• 6.3 하중재하 및 측정 169
• 6.4 실험 결과 및 분석 172
• 6.5 소결 184
• 7. 결론 185
• 참고문헌 189
• 국문초록 194
• Abstract 196