장지간 대단면 지중강판 박스구조물의 설계식과 수치해석 모델 개발

Abstract

본 논문에서는 현재 파형강판 박스구조물의 설계 및 시공 시 현재의 기술로 설계 가능한 장지간 파형강판 박스구조물의 한계지간을 확장시키기 위해 파형강판의 성형성 및 제작성을 고려하여 기존에 사용되고 있는 표준형 및 대골형 파형강판보다 단면 성능이 우수한 대단면 파형강판을 제안하였다. 현재 파형강판 박스구조물의 설계시에 주로 이용하고 있는 캐나다 CHBDC(2000) 및 미국 AASHTO LRFD(2004) 설계기준의 휨설계 방법을 분석하여 기존 설계 방법의 문제점을 제시하였다. 이 결과를 토대로 지간 15m 의 장지간 파형강판 박스구조물에 적용 가능한 휨모멘트 계산식을 제안하였다. 제안된 휨모멘트 계수식을 이용하여 대단면 파형강판 적용시 설계 가능한 파형강판 박스구조물의 한계지간을 검토하였다. 한계지간을 가지는 파형강판 박스구조물을 설계하고, 휨강도 검토를 수행하였다. 또한, 3차원 유한요소 해석시에 강판 파형의 곡률을 고려한 해석 모델을 사용할 경우 모델링의 복잡성과 해석시간이 오래 걸리는 문제를 해결하기 위해 설계자가 간편하게 이용 가능한 3차원 보강판 모델의 타당성을 분석하였다. 본 연구에서 제안한 대단면 파형강판을 적용하고 3차원 보강판 모델을 이용한 수치해석을 통하여 3차원 설계시 파형강판 박스구조물의 한계지간을 검토하였다. 한계지간을 가지는 파형강판 박스구조물을 설계하고, 휨강도 검토를 수행하였다. 연구결과로, 기존 연구를 분석하여 새로운 대단면 파형강판 형상을 제안하였고, 이 결과를 이용하여 대단면 파형강판 2차원 휨모멘트 설계 계수식을 제안하였다. 제안된 식을 이용하여 항복강도 변화에 따른 파형강판 박스구조물의 한계지간을 검토해본 결과, 파형강판 박스구조물의 헌치부와 정점부를 대단면 파형강판으로 보강하고 항복강도 450MPa의 강재를 사용시 한계지간이 약 18m 정도인 것으로 판명되었다. 또한, 대단면 파형강판과 3차원 보강판모델을 이용한 수치해석을 통해 휨강도 검토를 수행한 결과 헌치부와 정점부를 대단면 파형강판으로 보강하고 항복강도 450MPa의 강재를 사용시 한계지간이 약 20m 정도인 것으로 판명되었다.