강바닥판 교량의 교면포장 종방향 균열제어를 위한 수치해석적 연구 = (A) Numerical analysis study for longitudinal pavement cracking control of the steel deck bridge

국문 초록 (Abstract)

상대적으로 얇은 강바닥판 교량의 교면포장은 중차량의 통행시 주거더의 웹 직상이나 세로리브의 직상에서 횡방향으로 큰 국부적인 변형이 발생하게 된다. 이때, 상부에 시공되는 교면포장은 혹독한 응력과 변형률에 노출을 받게 되어 결국에는 교면포장의 종방향 균열로 이어지게 된다. 이에 본 연구에서는 하중재하 위치 및 주거더&세로리브 간격, 세로리브간 간격등 교면포장 종방향 균열에 중요한 역할을 하고 있는 매개변수를 바탕으로 강바닥판 2-Box교량의 수치해석 모델을 구현하였다. 이를 바탕으로 강바닥판의 횡방향 곡률을 분석하여 박스 웹 상단과 리브상단에 대한 교면포장 종방향 균열의 발생 가능성이 높은 각각의 Load Case를 확인하였다. 마찬가지로 이때 변화되는 주거더&세로리브 간격, 세로리브 간 간격 등으로부터 종방향 균열의 가능성이 높은 간격 또한 확인하였다. 또한 강바닥판 하중재하 실험 결과와 실교량의 해석 모델 그리고 4장의 해석모델의 결과를 비교 분석하였다. 이를 통해 실교량 모델과 4장의 해석모델 결과가 실험결과의 경향을 잘 반영해 주고 있음을 확인하였다. 아울러 4장의 해석모델처럼 교면포장 종방향 균열에 중요한 역할을 하는 인자를 일치시킨다면 굳이 실교량의 모델이 아니어도 유효한 범위 내에서 타당한 결과를 나타내고 있음이 판단되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Longitudinal cracks due to traffic truck loadings that are caused by local deformations of steel orthotropic bridge decks are sometimes observed in the wearing surface. So, underlying causes of the longitudinal pavement crack induced by structural behaviors of steel decks are investigated in this study. For this purpose, the intensive parametric study on transverse curvatures of steel deck plates for 9 wheel load positions is conducted as the distance between main girder and longitudinal rib(U-Rib) and the distance between longitudinal ribs are varied. As a result, the critical load position is determined and the distance between main girder and U-rib that affects the longitudinal pavement cracking is addressed.
A numerical analysis model was developed to analyze the local transverse behavior based on parameters that included the interval between the main girder and the U-rib, the intervals between the U-ribs, and the wheel load position, which are the structural specifications that influence the occurrence of longitudinal deck pavement cracks in the orthotropic steel deck bridge. In addition, the following conclusions are made after forecasting the longitudinal deck pavement cracks based on the standards for the transverse radius of curvature of 20 m in the Honshu Standards (Japan).
1. The longitudinal behavior of the upper box web and the upper rib, where there are frequent longitudinal deck pavement cracks in the orthotropic steel deck, was analyzed. The minimum radius of curvature was observed at LC 1 and 5 for the upper box web, and at LC 4 and 8 for the upper rib.
2. The radius of curvature at the upper rib was least at LC 4 and 8 for all the parameter models which exceed the Honshu Standards. This indicates that LC 4 and 8 have to be carefully considered in longitudinal deck pavement crack control.
3. The study showed that a more reasonable design could be expected in terms of long pavement life and economic efficiency if an appropriate rib interval is applied and the cases with LC 1, 4, 5, and 8 are considered in the lane design of orthotropic steel deck bridges with frequent heavy vehicle.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구목적 및 내용 2
• Ⅱ. 강바닥판 교량의 기본이론 4
• 2.1 강바닥판의 기본 구조 시스템 4
• 2.1.1 강바닥판의 기본구조 4
• 2.1.2 강바닥판의 거동특성 6
• 2.2 강바닥판 교량의 교면포장 10
• 2.2.1 교면포장의 개요 10
• 2.2.2 교면포장의 구성 12
• 2.2.3 국내외의 교면포장 현황 15
• 2.2.4 교면포장 균열제어를 위한 국내외 설계지침 25
• Ⅲ. 강바닥판 교량의 유한요소 모델링 28
• 3.1 수치해석 모델 28
• 3.2 적용하중 32
• 3.3 매개변수의 종류 및 특성 35
• 3.3.1 구조상세에 따른 모델 35
• 3.3.2 하중재하 위치에 따른 모델 37
• Ⅳ. 수치해석 결과 39
• 4.1 하중재하 위치에 따른 수치해석 39
• 4.1.1 박스 웹 상단에 하중재하(LC 1, LC 5) 39
• 4.1.2 리브 상단에 하중재하(LC 4, LC 8) 41
• 4.1.3 박스 웹 상단에(바퀴 끝 일치_바깥쪽) 하중재하(LC 2, LC 6) 44
• 4.1.4 박스 웹 상단에(바퀴 끝 일치_안쪽(LC 3, LC 7) 46
• 4.1.5 박스 웹을 기준으로 중앙재하(LC 9) 48
• 4.2 세로리브 배치에 따른 수치해석 50
• 4.2.1 박스상단 곡률반경(LC 1, 2, 3, 5, 6, 7) 50
• 4.2.2 박스상단 곡률반경(LC 4, 8, 9) 51
• 4.2.3 리브상단 최소곡률반경(LC 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9) 52
• 4.2.4 리브상단 최소곡률반경(LC 1, 5) 53
• 4.3 가로리브 개수에 따른 수치해석 54
• Ⅴ. 실교량 모델과 해석모델의 비교분석 58
• 5.1 대상교량 58
• 5.1.1 언양 2교의 해석모델 58
• 5.1.2 어등대교의 해석모델 62
• 5.2 언양2교와 어등대교와 해석 모델의 비교 64
• 5.2.1 언양 2교와 수치해석모델의 비교 66
• 5.2.2 어등대교와 수치해석모델의 비교 67
• 5.3 설계기준과의 비교분석 69
• Ⅵ. 결 론 72
• 참고문헌
• ABSTRACT