⦁ 요약

수평으로 휘거나 비틀린 교량은 일반적으로 상당한 비틀림 변위를 나타내고 있다. 구조적 시스템으로서, 거더 교량의 대부분이 비틀림은 이러한 구조에서 피할 수 없는 일이다. 강재 I-거더와 개구 제형 거더 교량은 도로 교량공학에서 수평 곡선 및 비대칭을 포함하는 사례들 가운데 상당히 많은 교량에서 잘 수행되었다. 사실 그들은 거의 틀림없이 곡선 및 비대칭 도로 평면선형을 취급하기 위한 최초의 설계시 선택사항이다. 그러나 문제가 발생했던 상황에서, 그들은 흔히 시공 중에 있거나 시공과 관련되어 있었다. 게다가, 이러한 문제점들은 종종 비틀림 반응을 설명하는 문제와 연관되어 있었다. 구조설계 작업 범위 내에서, 곡선 및 비틀림 강재 I-거더와 개구제형 거더 교량 시공 엔지니어링에 충분한 구조 분석 수준에 관한 지침이나 추천사항이라고 할 만한 것이 출판된 것은 거의 없다. 이러한 유형의 구조물을 위한 주요 시공 엔지니어링 고려사항은 다음과 같다.

1. 중간 및 최종 시공단계에서 변형하는 기하형상에 대한 예측,

2. 구조나 구성단위의 안정성이 설명될 필요가 있는 경우의 결정 및 평가,

3. 구조용 강재가 건설되는 동안 장치 가설이 어려울 수도 있는 상황의 확인 및 경감,

4. 시공 중 및 최종 시공된 형상에서 구성요소의 내부 응력에 대한 평가.

경간 거리가 길고, 곡률 그리고/또는 비틀림 현상이 큰 교량은 공간적으로 변형된 구성요소의 리프팅과 조립이 이루어질 수 있도록 하기 위해서 건설 절차와 순서에 대한 세부계획을 일반적으로 요구한다. 반대로, 경간 거리가 보다 짧고 곡률 및 비틀림 현상이 보다 작은 교량은 시공기술에 신경을 덜 쓰고 건설될 수 있다. 위의 모든 고려사항에 대해서, 적합한 분석수준이 머지않아 실무에 적용되는 것은 중요한 일이다.

이 연구에서는 간단한 1D 및 2D 방식으로 충분한 때 그리고 3D 방식이 시공성과 곡률 및 또는 비틀림 강재 거더 교량의 시공된 기하학적 구조에 대한 예측에 더 적합할 수 있다고 할 때를 평가하기 위해 여러 1D(선 거더 분석 근거) 뿐만 아니라 2D 격자식 구조분석절차의 정확도를 체계적으로 평가했다. I형강과 곡선 개구제형 교량 모두를 설명했다. 교량의 기하학적 구조의 기능으로서 기존의 1D 라인 거더와 2D 그리드 절차의 정확도 평가방식이 제공되었다. 게다가, 기존의 라인 거더 및 2D 분석방식에 많은 개선점들이 개발되었고, 그 개선점들은 추가적인 적은 계산 비용에서 지속적인 이익을 제공하고 있다. 더구나, 격자형교의 강재 사하중 적합성(SDLF) 또는 총 사하중 적합성(TDLF) 상세에서 오는 고정된 힘이 정확한 2D그리드 또는 3D 유한 요소법을 사용하면서 고려되어야 할 사례들이 설명되어 있고, 이러한 분석방식에서 해당 초기 적합성이 결여된 변위를 포함하는 절차들이 제공되어 있다. 마지막으로, 이 프로젝트에서는 시공분석수준, 계획상세, 곡선 및 비틀림 강재 거더 교량에 대한 서브미탈(자재, 도면)에 관한 지침을 개발했다. 이러한 지침은 시방서나 다른 지침 문서에 직접 포함시키기에 적합하다.

4장 결론 및 추천사항

4.1 요약 - 참조

4.2 실행을 위한 추천사항

이 연구결과를 실행하기 위한 추천사항은 강재 거더 교량기술에 대한 현재 상태의 관례를 점진적으로 개선하는데 목표를 두고 있다. 이러한 추천사항들은 다음과 같은 항목에 초점을 맞추고 있으며, 그 연구의 원래 범위와 직접 연관되어 있다.

1. 기존 분석방식에서의 개선점: 특히, I형 거더 비틀림 강성 모델링, 2D 격자 분석에서 격자형교의 전체적인 강성에 대한 모델링, 2D 격자 분석에서 나온 플랜지 수평 휨 응력의 계산, 격자형교 상세로 인한 설치 장치의 작용력에 대한 계산, 개구제형 거더 교량에 대한 요약된 분석개선점.

2. 시공 Engineering실무의 정의: 특히, AASHTO가 최근에 출판한 기존의 엔지니어링 지침에 따라 건설하면서 논평과 함께 시공 engineering 노력의 일부로서 조사할 추천항목의 상세.

3. 적합한 분석개선수준을 위한 추천사항: 특히 주어진 교량의 골격 및 기하형상 구조에 상응하는 여러 가지 분석방식(1D 및 기존의 2D 격자법 : 3D 비교 해법)의 예상정확도에 대한“표기등급”평가를 제공하는 간단한 표 수록.

이러한 1차 추천사항들은 제시된 개선사항에 대한 분명한 정의 형태를 취한다. 구조적인 엔지니어링 소프트웨어 산업이 자발적으로 이러한 추천사항의 대부분에 대한 실행을 맡아야 하겠지만, 시장압력이 실행을 장려할 것이라는 희망이 있다. 이러한 개선사항들 가운데 나머지 부분에 대한 실행은 설계 공동체의 교육을 통해서 이루어질 것이다. 제2차 및 3차 추천사항은 여러 주의 교통국이 채택하고 참고하고 발췌했을 가능성이 있는 지침 시방서의 형식으로 AASHTO가 출판한 지침문서의 형식을 취한다. AASHTO(2010 및 2010b)표준시방서에 가한 여러 수정사항들은 표준시방서가 상세지침과 일치하도록 만들기 위해 제공될 수 있었을 것이다.

4.2.1 기존의 분석방식에 한 개선사항들

이 연구는 기존의 분석방식에 개선을 위해 많은 추천사항을 만들어 냈다. 이러한 추천사항들은 이 보고서의 섹션 3.2에 자세히 수록되어 있다. 실행 전략과 함께 이러한 추천사항에 대한 요약이 표 4-1에 제공되었다.

4.2.2 건설공학 업무에 대한 정의

현재, 건설공학 및 곡선 및 또는 비틀림 강재 거더 교량을 설명하고 있는 전국적으로 알려진 지침은 없다. 전국적으로 알려진 가장 근접한 지침은 AASHTO/NSBA 강재 교량 협력 지침 시방 S10.1 - 2007, 강재 교량 건설지침 시방이다.

이 보고서에서는 건설계획상세 및 건설 분석 수준에 대한 추천사항, 부록 B에서 결여된 지침을 소개하고 있다. 이 부록은 건설플랜상세를 위한 추천사항과 구조적 분석 및 계산 방식을 위한 추천사항에 대한 명확한 지침과 논평을 제공한다. 이러한 지침들은 포괄적이며 모든 형태의 건설공학플랜과 계산방식에 초점을 맞추고 있다.

오너기업이 완전한 시방서로서 지침을 채택할 수 있고, 그들의 건설 시방에 그 지침을 참고할 수 있으며, 그들의 시방에 지침의 전체 또는 부분을 채택할 수 있을 것이다.

4.2.3 적합한 분석개선수준을 위한 추천사항

이 보고서 개요 가운데 섹션 3.1에서는 I거더 교량에서 2단계 대규모 증폭을 확인하기 위한 방정식을 간단화한 것이 소개되었다. 개구제형 거더가 그들의 격자 부분 뒤틀림을 저지하기 위해 적합한 내부 격자형 틀과 적합한 상부 플랜지 횡보강재(TFLB)시스템과 같이 제작될 때, 전체적인 뒤틀림의 2단계 증폭은 실제적으로 존재하지 않는다. 전체적인 전도 안정성과 잠재적인 인발이 I거더와 개구제형 거더 교량 모두에서 더 많을 것 같은 사례들을 확인하기 위하여 간소화된 규칙이 제공된다. 1D 라인 거더의 정확도와 주어진 교량의 프레이밍 및 기하학적 구조의 기능으로서 기존의 2D 그리드 방식을 평가하기 위해 기본 점수표가 제공된다. 기존의 2D 그리드 방식에 추천된 개선사항의 실행으로, 2D 그리드 분석의 정확도는 3D 유한요소분석에 비교할 수 있는 솔루션을 다음과 같은 조건이 있는 한은 시공 중에 중력하중 반응을 평가하기 위해 얻을 정도로 개선된다.

. 적어도 함께 연결된 두 개의 I거더가 있고,

. 그들이 연결성 지수 Ic = 15000/(R(ncf+1)m 가 20(Ic≤20)보다 더 적은 충분한 격 자형 틀에 의해서 연결된다.

4.2.4 AASHTO 문서에 명확한 수정을 하기 위한 추천사항

NCHRP 프로젝트 12-79에 의해 완성된 연구는 설계 엔지니어링과 건설 엔지니어링 모두 뿐 만 아니라 상세사항, 제작, 강재 거더 교량의 건설을 망라한다. 결과적으로, 하나의 선택사항 이상이 AASHTO 문서에서 개정 형식으로 이 프로젝트의 명확한 실행을 위해 존재하는 몇몇 영역이 있다. 몇 가지 경우에, AASHTO 문서에 개정을 위한 첫 번째의 추천사항이 아래에 제공되어 있고, 다른 경우에는, 적합하면, 두 번째 추천사항이 하나의 선택사항으로서 기록되어 있다.

또한, 앞서 섹션 4.2.1에서 언급된 것처럼, 기존 분석방식에의 개선사항과 관련된 연구결과로 나온 추천사항들의 성공여부는 상업적인 소프트웨어에서 실행에 결정적으로 의존한다. AASHTO LRFD 교량설계시방 조항을 명확히 업데이트하는 것은 이러한 추천사항 뒤에 AASHTO의 지지와 권한을 제공하기 위해 중요하며, 이러한 조항들은 소프트웨어 제공자와 엔지니어가 주어진 설계에 대해 충분한 정확도를 제공하는 어떤 타당한 분석방식을 사용하는 자유를 유지하는 방법으로 문서화되어야만 한다. AASHTO 지침문서에서 절차에 대한 상세한 소개는 최종 사용자가 그 방식을 이해하고 그 방식을 어떻게 사용하는지를 이해하는데 중요하다.

그래서 AASHTO 문서의 명확한 개정조항의 실행을 위한 4가지 일차적인 옵션은 다음과 같다.

1. AASHTO LRFD 교량설계시방에 대한 개정조항.

2. AASHTO LRFD 교량건설시방에 대한 개정조항.

3. 적합한 AASHTO/NSBA 강재 교량 협력 지침 또는 지침시방문서에 대한 개정조항.

4. 별개의 출판 및 교량산업에의 보급.

AASHTO/NSBA 표준에 따른 실행에서 얻는 중요한 이점은 그렇게 하는 것이 오너, 설계 엔지니어, 시공 계산 및 분석을 수행하는 엔지니어, 제작자, 건설업자등 다수대표와 실질적 추천사항에 대한 철저한 개선점(시험 및 평가의 과정)을 제공할 것이라는 사실이다.

4.3 미래의 연구 필요성

NCHRP 프로젝트 12-79 연구는 비교적 포괄적인 평가와 시공성과 곡선 및 비틀림 강재 거더 교량의 시공된 기하학적 구조의 예측을 위한 간소화된 1D 및 2D 분석방식의 타당성에 대한 종합적인 면을 제공했다. 하나의 지침 문서가 시공분석의 수준, 플랜상세, 곡선 및 비틀림 강재 거더 교량에 대한 서브미탈(자재, 도면)에 관한 추천사항을 제공하면서 이 연구를 근거로 개발되었다. 그럼에도 불구하고, 미래연구를 할 만한 가치가 있는 많은 관련 분야가 있다.

. 설치장치 실질사례- 건설 중인 강재 거더 교량의 설치장치에 관한 여러 가지 결정 사항 및 절차의 영향에 대한 집중적이고, 포괄적인 조사는 매우 유익할 것이다. 설치장치 결정은 모든 강재교량프로젝트에 대해 내려지며, 일반적으로, 다른 방향의 경험부족으로 인해, 제작자가 그 결정을 내린다. 그 결정은 건설 중인 교량부재들의 시공성, 강재교량시스템에서의 하중, 최종적인 교량 기하학적 구조에 영향을 미친다. 이런 관례는 초기의 강재교량건설에서 나온 관습이었지만, 그 결정에 대한 실제 영향에 대한 연구는 거의 없었다. 이러한 조사에서 설치장치의 힘, 내부 응력, 최종적으로 건설된 기하학적 구조에 대한 여러 가지 영향을 설명해야 할 것이다. 오늘날 강재 거더 교량(2012)에서 수집된 설치장치 문제에 대한 지식은 거의 전적으로 질적 경험을 근거한 것이다. 그 문제의 각 양상에 대한 부분적 지식은 대개 구분이 매우 잘 되어 있다. 강재 상세, 제작자, 건설자는 상세 실례에 대한 지식과 선호도가 있고, 설계자는 최종 조건(상태)을 위한 구조 적 분석을 수행하는 방법에 관한 지식과 선호도가 있으며, 오너는 교량의 최종 기하학적 구조에 관한 지식과 선호도가 있다. 모든 당사자는 이러한 문제들의 양상에 대한 포괄적인 지식이 부족하다. 더구나 모든 당사자들은 단지 구조적 거동에 관한 상세방식의 가능한 영향에 관하여 제한된 지식을 가지고 있을 뿐이다. 이 연구는 정교한 분석적 도구의 적용과 연습 이상을 포함해야 할 것이며, 그 분석적 평가는 만약 그들이 고해상도, 고품질의 현장 계측과 결부시켜 생각된다면 가장 유용할 것이다. NLF, SDLF, TDLF 세부장치가 있는 I 거더 교량에 강조되어야할 것이지만, 개구제형 교량에서 설치장치 문제의 명확한 이유에 대한 평가 또한 가치 있는 귀중한 공헌이 될 것이다.

. 초기 콘크리트 바닥판 강성 및 강도- 보다 포괄적으로 결부된 분야와 단계적인 콘 크리트 바닥판 설치의 영향을 포함해서 초기 콘크리트의 강성 및 강도 성과의 효과에 대한 분석적 평가는 매우 가치가 있게 될 것이다. 연구에 앞서 이러한 고려사항을 소개하는 것은 엄청난 초기의 강성 및 강도 성과가 존재할 수 있다는 것을 일반적으로 보여준다. 그러나 그 연구는 단지 몇몇 교량에 그리고 콘크리트 배합설계 및 시공방식에 대한 몇몇 한도에 제한되어 있었다. 만약 엔지니어가 초기의 강도 성과를 최고로 이용하려 한다면 콘크리트 바닥판의 설치 중 및 후에 실제 초기 거동에 대한 보다 포괄적인 이해가 필요하다. 더구나, NCHRP 프로젝트12-79에서 언급했듯이, 소극적인 변위 예측과 같은 그러한 것은 없다. 충분한 계측 및 그에 상응하는 분석적 예측이 콘크리트 바닥판 설치 중이나 후에 예측된 변위에 대한 신뢰성 한계의 계산을 할 수 있도록 하기 위해 필요하다.

. 혁신적인 프레이밍 배열- 비틀림 거더 교량건설에서 장해가되는 강성 효과를 경감시키기 위한 혁신적인 골격형태 배열에 대한 연구가 유용하게 될 것이다. 예를 들면, NCHRP 프로젝트 12-79 연구의 임무 8 보고서에서 상세하게 나타내었듯이, 미래연구가 예각 비틀림에서 거더들의 연결 문제를 완화시키는 분할관 연결세부장치와 결합되면서, 20° 보다 더 큰 각도에서 비틀림 중간 격자형 틀의 사용을 조사하기위해 수행되어야 할 것이다. NCHRP 프로젝트 12-79 연구에서 증명된 것처럼, 장해가되는 강성효과는 평행 비틀림 교량에서 베어링 라인에 평행하는 중간 황단격자형 틀을 만듦으로써 그리고 비 평행 비틀림이 있는 교량에서 비틀림 베어링 라인 간의 중간 횡단격자형 틀을 “인상”함으로써 가장 잘 경감되었다. 이러한 배열이 있는 직선 및 곡선 교량의 거동은 이러한 격자형 틀의 배열이 설계나 건설에 미칠 수 있는 다른 영향에 대해 고려하면서, 더 자세하게 조사되어야 할 것이다.

. Pratt TFLB(횡 보강재) 시스템이 있는 개구제형 거더 교량- 개구제형 거더 교량의 내력에 레 이 아웃된 Pratt 상부 플랜지 횡보강재(TFLB) 시스템의 영향을 더 잘 이해할 필요가 있다. NCHRP 프로젝트 12-79 연구결과 종래의 2D 그리드 분석은 일반적으로 개구제형 거더 교량 구성 방정식을 사용했던 것과 결부시켜 생각해 보면, 이러한 유형의 교량의 반응을 예측하는데 특별한 어려움이 있다는 사실을 보여주었다. 2D 그리드 분석방식에서 앞으로 개선점을 보면 Pratt TFLB 시스템이 있는 개구제형 거더 교량의 설계를 위해 이러한 방식이 실행 가능할 수 있도록 만드는 것이 가능할 수도 있다는 것이다.

. 활하중 효과- 마지막으로, NCHRP 프로젝트 12-79 연구에서 강조하는 점은 강재거더 교량의 시공 엔지니어링에 대한 분석에 대한 것이었다. 교량의 활하중 반응의 예측에 대한 간소화된 분석방식의 정확도를 평가하기 위해 평행 연구가 수행되어야 할 것이다. 문제점은 변화 없는 본질과 교량의 기하학적 구조의 복잡성의 기능으로서 수평적인 곡선 및 또는 비틀림 거더 교량에 대한 기존의 하중 분배요소 계산의 정확도에 한계가 있다는 것이다. 엔지니어는 강재 거더 교량의 활하중 반응에 관한 그들의 분석추정의 한계를 더 잘 이해할 필요가 있다.