최근 강도로교에서는 이전부터 보고 되어온 2차 부재에서의 피로손상뿐만 아니라 주 거더와 강제 교각의 모서리부 등의 주 부재에서 교통하중의 영향으로 의심되는 피로손상이 많이 보고되고 있다. 향후 피로손상의 확대도 예상되기에 2001년 12월에 개정된 [교？고가의 도로 등에 관한 기술기준](이하 [도로교시방서]라 함)에서 처음으로 강도로교 설계 시 피로설계를 실시하도록 의무화하였다.

  그리고 적절한 피로설계가 이루어지도록 강도로교의 특징을 반영한, 구체적인 피로 설계에 관한 참고자료로 [강 도로교의 피로설계 지침, 2002년 3월 (사)일본도로협회] (이하 [피로설계지침]이라 함)이 함께 발간되었다.

  당시 피로설계지침에서는 최신 지식과 견문에 기초하여 정량적인 피로설계의 기준이 되는 용접이음의 피로강도, 자동차 하중의 반복영향에 대한 구체적인 고려 방법을 제시하였다.  또한 피로내구성의 조사에 이용되는 계산응력의 산출이 곤란한 부위에 대하여는 구조상세에 의한 피로내구성 확보대책 등의 예 등을 제시하였다. 

  단, 자동차 하중의 반복영향을 발생응력에 기초하여 정량적으로 고려하는 상세는 콘크리트 바닥판을 가진 강교의 주거더 관계에 한정하였다. 당시 강바닥구조 그 자체에 대하여는 최신의 지식과 견문에 기초하여 피로내구성이 만족되는 구조 예로서 데크 플레이트와 보강리브의 판두께와 형식, 스캘럽 형상, 용접 방법 등의 조건을 나타내었다.

  그러나, 최근 들어 중량교통노선에서 피로설계지침의 피로내구성이 반영된 트라프 리브를 가진 강바닥판에서, 데크플레이트와 트라프리브(U-Shaped Ribs)의 종방향 용접이음으로부터 데크플레이트 내부를 포장된 데크플레이트 상부 표면을 향하여 진행하는 균열이 발생하는 것이 명확히 밝혀졌다.

  때문에 이 연구에서는 피로설계지침에 나타낸 트라프리브를 가진 강바닥판에서의 피로내구성의 개선방안을 검토하기 위하여 피로시험과 수치해석에 의한 검토를 수행 하였다.

  강바닥판의 트라프리브와 데크플레이트의 종방향 용접이음과 같이 자동차 하중의 이동에 의해 매우 복잡한 응력상태의 변화를 발생하는 한편, 한편에서의 부분용입 용접으로 인해 루트부 등의 용접형상과 품질을 높은 정밀도로 안정적으로 제어하는 것이 곤란한 용접이음에서는 실제 발생하는 응력을 특징 짓는 것은 곤란하다.

또한 용접이음의 피로내구성과 관계 지어질 수 있는 공칭응력과 같은 계산 응력을 일률적으로 정의하는 것도 곤란하다. 이 때문에 지금까지는 피로내구성이 확보되는 구조로써, 판두께 치수와 용접방법, 스캘럽 형상 등의 구조상세를 아주 상세하게 규정하도록 하여왔다. 그러나 피로손상의 발생 메커니즘과 관련되어지지 않는 구조 상세에 의한 규정화에서는 대체 안의 제안이 곤란하고, 하중조건에 따른 합리적인 대응도 곤란하다.

  따라서 본 연구에서는 복잡한 응력상태와 상세한 용접 품질에 따라 좌우되지 않고, 더구나, 피로 메커니즘을 어느 정도 반영한 피로 내구성 평가수법의 확립을 위한 검토를 수행하였다.

구체적으로는 데크플레이트와 트라프리브의 판두께의 조합에 의해 데크플레이트와 트라프리브의 종방향 용접의 피로 내구성에 밀접하게 관계되었다고 생각되는 자동차 하중재하에 따른 루트부 부근의 국부응력의 변화가 대표적이라 생각된다. 따라서 데크플레이트와 트라프리브의 판두께의 조합이 다른 강바닥판에 대한 피로실험을 실시함과 동시에 수치해석 결과와 비교를 하여 피로 내구성과의 관계에 대하여 검토하였다.

그 결과 데크플레이트 관통 균열에 착안한 피로내구성의 향상에는 데크플레이트와 트라프리브 양쪽의 판두께 확대가 유효하다는 것이 명확하게 되었다. 또한, 데크 플레이트와 트라프리브에서는 각각의 판두께 확대에 의한 피로내구성의 향상에 대한 효과에 차이가 있고, 이 균열에 착안한 피로내구성은 트라프리브와 데크플레이트 쌍방을 적절하게 조합함으로써 같은 형식의 강바닥판 구조에 대하여 정성적인 비교를 수행할 수 있는 가능성이 높은 것으로 나타났다.

  더불어 이 연구에서 실시한 정점재하 피로시험은 [손상 상황을 고려한 강바닥판의 구조형식 재검토에 대한 연구](국토교통성 국토기술정책종합연구소, 독립행정법인 토목연구소, 재단법인 일본교량건설협회)의 일환으로 실시되었다.

▣ 원문제목 : 鋼床版の板厚構成と疲？耐久性の？係に？する？究