연결부를 개선한 장지간 주형의 수치해석적 거동 평가

Abstract

최근 기술의 발전과 산업화로 인해 구조물의 경간이 점점 더 장대화되고 있다. 따라서 콘크리트 구조물에 비해 자중이 작고 단면성능이 우수한 강구조물의 적용사례가 많아지고 있다. 강구조물은 콘크리트를 사용한 일체식 구조와 달리 부재와 부재를 연결한 조립식 구조이므로 연결 방법이 구조물의 거동에 큰 영향을 미친다. 강구조물 연결부에는 고장력 볼트 이음과 용접 이음을 적용할 수 있다. 시공성과 품질관리가 간편한 고장력 볼트 이음은 교량, 굴착가시설 등 다양한 구조물의 시공에서 가장 넓게 이용되고 있는 방식이다. 개착식 터널 공법을 적용하여 지하차도나 도시철도 등을 시공할 경우 차량 통행을 위해 데크-플레이트(복공판)를 사용한다. 일반적으로 데크-플레이트는 중간말뚝에 거치된 주형에 의해 지지된다. 도로 폭이 좁은 도심지에서는 중간말뚝으로 인해 지하공간의 확보가 어렵다. 시공성의 향상을 위하여 지하공간을 확보할 수 있도록 임시말뚝으로 주형을 지지하고 연결하는 방식을 적용한다. 주형은 다양한 연결 방법에 의해 장지간화 될 수 있지만 고장력 볼트만을 사용하여 연결하는 경우 연결부에서 데크-플레이트와 종종 간섭이 발생한다. 데크-플레이트의 설치 공간확보를 위하여 일반적으로 압축부에는 현장 용접을 적용하고 인장부에는 고장력 볼트 이음을 적용하고 있다. 용접 이음부의 잔류응력과 변형은 구조물의 초기결함으로 작용하여 압축강도에 민감한 영향을 준다(Seo, 2000). 본 연구에서는 장지간 주형의 압축부 현장 용접 이음부에서 발생할 수 있는 구조적 결함을 보완하고 단면성능을 높여서 안전성을 향상시킨 개선형 연결부를 개발하였다. 본 연구에서는 개선형 연결부의 거동 평가를 위해 유한요소해석 기반의 상용프로그램(ABAQUS)을 이용하였다. 우선적으로 개선형 연결부 수치해석에 대한 적합성 여부를 검증하기 위하여 선행연구의 실험결과 및 수치해석을 비교하였다. 그리고 개선형 연결부를 적용한 장지간 주형의 단면성능 개선 효과 및 안전성을 확인하였다.

Due to recent technological developments and industrialization, the span of structures is becoming increasingly grand. Therefore, there are more applications of steel structures with smaller self-weight and superior cross-section performance than concrete structures. Unlike a one-piece structure using concrete, a steel structure is a prefabricated structure in which members and members are connected, so the connection method greatly affects the behavior of the structure. When applying underground tunnels or urban railroads by applying the open tunnel construction method, the mold beams can be shortened by various connection methods. In general, spot welding is applied to the compression section and high tension bolt joints are applied to the tension section. The residual stress and deformation of the welded joint acts as an initial defect of the structure, which has a sensitive effect on compressive strength. Improved connection was developed that improves safety by compensating for structural defects that may occur in the field-joined joints of compression zones of long-span beam and improving cross-section performance. In this study, a commercial program based on finite element analysis (ABAQUS) was used to evaluate the behavior of the improved connection. In order to verify the suitability for numerical analysis of the improved connection, the experimental results and numerical analysis of previous studies were compared. In addition, the effect and safety of improving the cross-section performance of the long-span beam with improved connections were confirmed.