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강 박스 조립식 모듈교량의 Lifting 해석 및 내진성능 평가

Lifting Analysis and Seismic Performance Evaluation of Steel-Box Prefabricated Modular Bridge

초록/요약 도움말

본 연구는 모듈러 기술을 활용한 교량기술개발에 관한 연구로서 개발된 모듈러 교량의 사전 조립 후 현장시공을 위한 운반 시 상부 모듈의 안전성 검토에 관한 해석적 연구이다. 본 연구에서 제시된 사전 제작 표준 모듈러 교량의 경우 가장 기본단위인 경간장이 각각 12m 및 16m의 길이를 가지는 상부구조로서 관련 설계도를 검토하고, 분석하여 3차원 유한요소 모델링을 제시하였으며 이를 토대로 실제 현장 제작 및 운반, 거치 시 강재 거더를 포함한 상부구조 인양(Lifting)방법과 강재 거더를 포함하지 않은 상부구조의 인양(Lifting)방법에 대한 각 부재별로 구조안전성을 검토 하였다. 인양(Lifting)작업에서 발생 가능한 단위모듈 구조체의 거동 및 응력집중을 대상 구조체에 대하여 3차원 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 활용하여 해석을 수행하였으며, 다양한 조건의 인양(Lifting)방법에 대하여 평가하였다. 또한 ㈜포스코 모듈러교량 기술개발 연구단에서 제시한 모듈러 교량 T/B(14m)를 대상으로 모델링 및 고유진동수 해석을 통한 결과를 토대로 KBC2009, ASCE 7, EUROCODE 8의 설계기준에 따른 설계스펙트럼을 적용하여 모듈교량 구조물의 내진성능을 평가하였다. 표준단위모듈 Lifting 해석결과 체결구(Hoist) 및 로프(Rope)의 다양한 위치에 따라 강재부재의 경우 2010도로교 설계기준에 따라 구조물의 중앙부에서 받는 응력은 항복응력을 넘지 않는 값을 나타내며 콘크리트 부재의 경우 구조설계기준(2010)에 규정된 콘크리트(40MPa) 허용 휨 인장응력 및 인장 파괴 응력과 비교결과 콘크리트의 균열 및 파괴에 대하여 안전한 결과를 보인다. 모듈러 교량의 설계스펙트럼에 대한 내진성능 평가를 수행한 결과 부재별 최대응력 및 최대변위에 대하여 국가별 설계스펙트럼에 따라 동일한 위치에서 발생하였다. 또한 콘크리트 슬래브와 강 박스 거더 등 모듈러 교량의 상부구조는 구조적 안전성을 나타냈으나 하부교대 및 교량 받침의 콘크리트 부재에서 큰 인장응력의 발생으로 실제 지진의 발생 시 가장 취약 할 것으로 보인다.

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목차 도움말

목 차

제 1장 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구동향 2
1.4 연구내용 및 구성 5

제 2 장 조립식 강 박스 모듈러 설계 개념 7
2.1 모듈러 교량의 정의 7
2.2 모듈러 교량의 설계 개념 20

제 3 장 강재 모듈러 상부구조 Lifting 해석 29
3.1 Lifting 방법 및 구분 29
3.2 Lifting 해석 시 모듈의 형상 및 제원 31
3.2.1 강재 모듈 상부구조(12/16m)의 형상 및 제원 31
3.3 강재 모듈 교량 상부구조 Lifting 해석 방법 39
3.4 강재 모듈 상부구조의 재료물성 43
3.5 강재 모듈 상부구조의 유한요소(FE) 모델링 43
3.5.1 강 플레이트-콘크리트 합성 바닥판 모듈 유한요소(FE) 모델링(12/16m) 45
3.5.2 강재 거더를 포함한 모듈 유한요소(FE) 모델링(12/16m) 48
3.5.3 Lifting 해석 시 하중조건 및 경계조건(12/16m) 48
3.5.4 유한요소 모델링의 FE Mesh Generation(12/16m) 48
3.5.5 강재 모듈 교량 Lifting 해석결과 48
3.5.6 강재 모듈 교량 Lifting 해석 시 국부집중응력 검토 48
3.5.7 조합모듈 Lifting 해석(40m) 48

제 4 장 강재 모듈 교량 내진성능평가 48
4.1 대상 구조물 선정 48
4.1.1 대상 구조물의 형상 모델링 48
4.1.2 부재별 유한요소(FE) 모델링 48
4.1.3 하중조건 및 경계조건 48
4.2 구조물 고유치 해석 48
4.2.1 Rayleigh mass damping factor 산정 48
4.2.2 고유치 해석 결과 56
4.3 설계스펙트럼(Design Spectrum) 56
4.3.1 설계스펙트럼의 분류 58
4.3.2 설계스펙트럼 해석 59

제 5 장 결 론 74

참 고 문 헌 1

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