보-기둥 相關式을 利用한 鋼斜張橋 거더와 주탑의 耐荷率 算定에 관한 硏究

Abstract

본 논문에서는 강사장교의 거더와 주탑 부재에 합리적으로 적용 가능한 이론적인 내하율 산정방법을 제안하였다. 강사장교의 거더와 주탑은 축방향력과 모멘트를 동시에 받는 보-기둥 부재임에 착안하여 보-기둥 부재의 상관식과 일반 교량에 적용되는 부재의 내하율 산정식의 연관 관계를 분석하였고, 분석 결과를 토대로 허용응력개념과 하중저항계수개념에서 강사장교 거더와 주탑 부재에 적용 가능한 새로운 내하율 산정방법을 제안하였다. 또한, 제안된 내하율 산정방법의 타당성을 검증하기 위하여 교량의 설계 활하중을 증분하면서 비선형 해석을 수행하되, 각 증분단계에서 부재의 응력 및 부재력에 의한 보-기둥 상관식을 검토하여 부재가 불안정에 도달하는 하중-증분계수를 계산하고 비교하는 방법을 이용하였다. 논문에서 제안된 내하율 산정방법의 타당성과 적용성을 검증하기 위하여 중앙경간 600 m의 예제 사장교 모델과 실교량인 돌산대교에 대하여 일반 교량에 적용되는 내하율식, 제안된 내하율 산정식 및 비선형 해석에 의거하여 계산된 부재의 내하율을 비교하였다. 각 부재에 가장 불리한 응력상태 및 부재력을 일으키게 하는 활하중 재하 위치를 결정하기 위하여 이동 하중 해석을 이용하였고, 축방향허용응력과 축방향공칭강도를 결정하기 위한 각 부재의 유효좌굴길이는 탄성좌굴해석을 적용하였다. 일반 교량에 적용되는 내하율 산정식은 예제 사장교와 돌산대교의 거더와 주탑의 내하율을 과대 평가 하였고 강사장교의 거더와 주탑의 내하율을 산정하기 위한 방법으로 부적절하였다. 제안된 내하율 산정식은 강사장교 거더와 주탑의 보-기둥 조합 작용을 적절히 반영하여 부재의 내하율을 합리적으로 산정하였으며, 비선형 하중-증분해석으로부터 얻어진 하중-증분계수의 경향과 잘 일치하였다. 결론적으로 제안된 내하율 산정식은 강사장교 거더와 주탑 부재의 내하율을 산정하기 위한 적합한 방법임을 알 수 있었다.; This paper proposes new equations for evaluating rating factors of girder and tower members in steel cable-stayed bridges. Girder and tower members in a steel cable-stayed bridge are usually regarded as beam-column members because they are subjected to both axial force and bending moments. Based on the concepts of both the allowable stress rating and the load and resistance factor rating, new rating equations are proposed for girder and tower members in a steel cable-stayed bridge. In order to verify the validity of the proposed equations, nonlinear analysis are performed by checking the stability of each member at each load increment step. Example cable-stayed bridge, which has a center span of 600 m, and the Dolsan Bridge are analyzed to verify the validity and applicability of the proposed equations. Moving load analyses are performed to determine the extreme live load cases that cause the maximum forces and moments in each member. The effective length of girder and tower members are obtained by elastic buckling analysis. The conventional rating equations overestimate rating factors of girder and tower members, and they are inadequate for evaluating rating factors of steel cable-stayed bridges. The proposed rating equations are proven to be reasonable since the axial-flexural combined effect of the members in a cable-stayed bridge can be considered properly in the proposed rating equations. The minimum rating factors of the girder and tower members in the Dolsan Bridge by the proposed rating equations are in good agreement with the load factors by nonlinear analysis. Consequently, the proposed equations are suitable for evaluating rating factors of steel cable-stayed bridges.