수치해석을 통한 강합성 빔보강 구조물의 거동분석

Abstract

표준형 파형강판을 이용한 단지간 파형강판구조물의 시공을 개선시키고자 대골형 파형강판을 이용해 장지간화에 성공하였지만 대골형 파형강판 역시 축강성과 휨강성에 대한 저항이 부족한 문제점을 갖고 있었고, 이를 해결하기 위해 횡보강재가 고안되었다. 횡방향 보강재의 이용에 따라 장지간구조물의 휨모멘트에 대한 저항과 지반안정성은 확보되었지만, 축강성의 증가가 미미하여 깊은 토피고를 이용한 구조물의 경우 구조물의 좌굴강도와 볼트이음부의 강도를 확보할 수 없다. 이런 문제점들의 해결책으로 콘크리트와 강재의 합성부재인 강합성 빔보강공법이 개발되었다. 본 연구에서는 강합성 빔보강 구조물을 설계할 때 사용되는 설계법의 기본개념인 1)등가단면을 통한 해석과 2)실제단면형상을 고려한 입체단면의 유한요소해석을 지간 및 시공단계별로 거동 및 최대 단면력을 비교·검토하여 현행 설계방법의 타당성을 검증하고 구조적 안정성 및 시공 중 발생하는 휨모멘트분석을 통한 강합성 빔보강구조물의 휨거동에 대하여 연구하였다. 해석결과, 단면의 압축력 해석에 있어서는 동일한 단면에 대하여 등가단면의 경우 보강영역에 따른 압축력의 큰 차이는 보이지 않았지만 입체단면에서의 압축력은 보강영역의 간격이 클수록 큰 압축력을 보였다. 등가단면에서의 압축력과 비교하면 1200mm보강의 경우 최대 1.15배, 1600mm보강의 경우 1.25배 크게 나타났다. 보강단면의 압축력분포를 비교한 결과, 등가단면은 최대 압축력의 발현구간이 광범위하게 나타나는 반면, 입체단면의 최대압축력은 보강영역의 부근에 압축력이 집중하는 경향을 나타내었다. 압축력이 집중되는 위치는 주로 좌우측 보강영역과 중앙부 보강영역이었는데, 이는 구조물이 저항하면서 상대적으로 두께가 크고 강성이 강한 보강영역에 압축력이 집중하는 아칭효과(Arching Effect)가 작용한 것으로 생각된다. 모멘트의 경우 반원아치구조물에 비하여 낮은 아치구조물에 작용되는 모멘트가 동일지간을 비교하였을 때 평균 2~3배 증가하는 경향을 보였고, 등가단면과 입체단면의 보강간격에 대한 모멘트 값의 양상이 반대양상을 보였다. 3차원 영향인자를 고려한 설계를 위해서는 해석결과를 시험시공을 통한 시험결과와의 비교·검토를 통해 지간에 따른 단면력 뿐만 아니라 구조물 연장방향에 대한 고려를 병행해야 할 것이다.; In case of the design method, which is used in the inside and outside of the country, on corrugated multi plate structures, section modulus would be determined through assuming 2-dementioanl equivalent section of those structures. However, it is impossible to consider 3-dimentional effect factors when 2-dimentional design method is applied since structures are reinforced with a pattern of the 1200, 1600mm reinforcements except the 800mm reinforcement. Thus, in this study, technical specification standard is analyzed for the existing corrugated multi plate design methods, and section strength, moment, and so on of equivalent and practical sections are compared and estimated using 3-dimentional FEM (finite element method) for semicircles and architectural features widely used. Based on the results of that analysis, analytical basis for 3-dimentional design of the CBS-RIB is suggested.