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과제기본정보

초간편 H형강 교량 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 건설기술연구사업 과제번호 07CCTI-C043476-02
국가과학표준분류 1순위 건설·교통 | 구조물·지반공학 기술 | 강구조·합성 구조 기술 적용분야 -
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 초간편 H형강 교량 개발
주관연구기관 (주)석탑엔지니어링
총괄연구 책임자 성명 이선호
소속 (주)삼안 직위 전무
기관 대표번호 02-509-4600 FAX 02-503-5277
총 연구기간 2006-12-20 ~ 2009-12-16
당해연도 연구기간 2007-06-20 ~ 2008-06-16

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 149,000,000 32,500,000 147,500,000 180,000,000 329,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 본 연구는 H형강을 거더로 사용하면서 지간장 20~30m의 중/소규모 교량에 적용이 가능한 초간편 H형강 교량을 개발하는데 있다. 초간편 H형강 교량의 개발은 구조적 안전성을 확보하고, 가로보를 생략한 단순구조를 갖는 최적화 H형강 거더시스템의 개발과 가설시 H형강 거더의 횡-비틀림 좌굴을 방지하고 조립시공이 가능한 초간편 강합성바닥판의 개발, H형강거더의 연속화 및 장지간화, 교량받침을 최소화하기 위한 연속화 및 장지간화 공법 개발로 구성된다.
초간편 H형강 교량은 H형강을 거더로 사용하여 교량의 형고를 낮게 할 수 있으며, H형강 거더를 바닥판패널과 공장에서 용접하여 제작함으로써 우수한 품질을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 바닥판패널의 횡구속효과로 인하여 가설시 H형강 거더의 횡-비틀림 좌굴을 방지하여 가로보를 생략한 단순한 거더구조시스템이 가능하다. 최적화된 H형강 거더시스템은 강합성바닥판의 두께를 감소시켜 교량의 경량화가 가능하고, 조립시공이 가능한 강합성바닥판의 개발로 교량 상부공사의 공기를 크게 단축시켜 급속시공이 가능하다. 지점부의 가로거더는 거더의 횡하중 저항성을 확보하면서 교량받침의 수를 감소시켜 하부구조의 단면감소가 가능하며, 거더의 연속화가 가능하여 H형강 거더를 사용한 장지간 연속교량의 제작을 가능하도록 한다. 따라서 본 연구를 통하여 개발하려는 초간편 H형강 교량은 단순한 구조시스템을 가지며 구조적 안전성을 확보하면서 급속시공이 가능하고 경제성을 확보할 뿐만 아니라 아름다운 중소규모 교량에 적용이 가능한 교량이 될 것으로 기대된다.
최종목표 본 연구에서는 국내 최대의 비중을 차지하는 지간장 20m~30m 사이의 교량에 대해 시공 및 구조적 효율성을 증진시킬 수 있도록 “H형강을 거더로 사용하면서 중/소규모 교량에 적용이 가능한 초간편 H형강 교량을 개발”하는데 있다. 초간편 H형강 교량의 실용화를 통하여 전반적인 공사비 절감과 안전성 제고, 그리고 시공의 효율성을 이루고자 한다. 특히 초간편 H형강 교량은 기존 형강교량에 비해 공기를 3배이상 단축시킬 수 있어 자연재해 등에 의한 교량의 응급복구 및 교통체증구간 노화 교량에 대한 급속교체분야까지 적용이 가능하다.
연구내용 및 범위 초간편 H형강교량의 실용화를 위해 크게 3가지, 최적화된 H형강 거더시스템 개발분야, 초간편 강합성바닥판 개발분야, 연속화 및 장지간화 공법개발분야로 나누어 연구를 수행한다.
o 최적화된 H형강 거더시스템 개발
강합성 바닥판, H형강 거더 및 지점 가로거더 공법을 이용하여 지간 30m 정도의 초간편 시공법을 이용한 H형강 장지간 연속교량을 개발하기 위해 신형식 강합성 바닥판을 이용, 기존 가로보를 생략하여 H형강 거더구조의 합리화기술을 개발한다. H형강 거더구조의 합리화는 기존의 강합성 바닥판 연구성과와 개발하고자하는 지점 가로 거더공법을 이용하여 가설시 및 공용시 가로보의 구조특성을 연구하여 이를 생략할 수 있는 거더 합리화 공법을 제안하여, 경제성과 시공성을 향상시키는 것이다.
- 교량 가로보 배치 설계에 미치는 영향인자 평가 및 정량적 평가방법의 개발.
- 교량의 형상 및 지지조건에 따른 횡-비틀림 좌굴 저항 강도식 개발.
- 강교량의 가로보 배치가 동적인 영향에 대한 정량적 평가방법 모델의 개발.
- 설계 예제 작성을 통한 경제적이고 합리적인 교량 구조 시스템 구현.
- 합리화된 거더 시스템과 초간편 바닥판 및 연속화 지점부의 성능 검토

o 초간편 강합성바닥판 개발
초간편 H형강교량은 거더패널과 이음패널, 지점부의 가로보로 구성되어 현장에서 간단하게 조립할 수 있으며 강판에 가로방향으로 I형강을 붙여 전단연결재와 슬래브의 주철근 역할을 동시에 할 수 있도록 되어 슬래브 타설 공정시 슬래브 하면에 별도의 거푸집이 필요 없이 배력근을 I형강 상부플랜지에 부착하면 바로 타설이 이루어질 수 있도록 되어 있다. 따라서 시공이 아주 간편하고 상당한 공기단축을 유도할 수 있고, 거더 전도방지시설이 필요 없으며, 대부분의 공정을 공장에서 제작하므로 품질확보를 최대한 도출할 수 있는 방법이다.
- 강？콘크리트 합성거동을 확보하고 인장철근을 대체하는 유공I형강의 개발
- 거푸집 기능과 거더의 횡좌굴을 방지하는 바닥판 패널 시스템의 개발
- 구조적 안전성, 급속시공성, 경제성을 확보한 초간편 강합성바닥판의 개발
- 초간편 강합성바닥판의 구조성능 및 윤하중실험
- 초간편 강합성바닥판의 설계상세와 설계기준의 정립

o 연속화 및 장지간화 공법개발
H형강 거더를 이용하여 연속교 설계시 처음부터 연속 거더구조로 하면 지점부의 부모멘트에 의해 하부플랜지의 압축응력에 의해 단면이 결정되어 기존의 H형강 거더의 경우 지간장 20m 정도가 한계이다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 고정하중은 단순거더, 활하중에 대해서는 연속거더 구조로 하기 위한 가로거더 공법을 개발하는 것으로 H형강 교량에서 장지간화를 위해서는 필수적인 기술이다. 이러한 공법을 통해 장지간 연속교가 가능하고, 지점부의 부모멘트 감소에 의한 바닥판 콘크리트의 손상을 방지할 수 있는 특징이 있다. 지점부 가로거더 개발을 위한 연구내용을 정리하면 다음과 같다.
- 지점부 부모멘트를 감소시키기 위한 가로거더 공법의 개발
- 지점부 가로거더의 해석방법 정립
- 지점부 가로거더의 내하력 실험
- 지점부 가로거더의 설계기준 정립
- 교량의 내하력 및 시공성 검증을 위한 교량 모형 실험
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 신형식 거더교, 강합성바닥판 그리고 가로거더공법의 설계기준 정립 및 보완
-신형식 거더교의 최적화 연구
-신형식 거더교의 시공단계, 풍하중, 하중분배 검토
-유공I형강 전단연결재의 성능
-강합성바닥판의 기본설계
-강합성바닥판의 구조성능 분석
-가로거더의 기본설계
-가로거더공법의 안전성 평가 		- 신형식 거더교의 최적 지간 및 단면결정
- 2D와 3D해석을 통한 신형식 거더교의 거동 분석
- 개발된 설계식을 통한 안전성 검토
- 가로보 배제로 인한 구조시스템의 횡분배 효과 검토
- Push-Out 실험체 제작
- 유공I형강 전단연결재의 Push-Out 실험
- 강합성바닥판의 기본설계
- 강합성바닥판 실험체 제작
- 강합성바닥판의 내하력실험
- 연결부 설계
- 과도 볼트직경에 따른 내하력 실험
- 가로 거더의 기본 설계 - 편측재하 해석
- 비선형 시간이력해석
- 교량받침 감소에 의한 교량 건전성 평가
연구성과 기술적 기대성과 - 국내에서 연장비중이 가장 큰 20m~30m 지간장을 갖는 교량의 시공 효율성과 구조 효율성을 증진시킬 수 있는 새로운 형식의 형강교량이 개발 및 실용화된다.
- 전 세계적으로 기술개발이 활발하고 기술적 추세가 많은 형강교량기술을 확보하여 교량기술 선진화에 기여한다.
- 지반조건을 비롯한 환경적 조건이 열악한 지역에서 교량을 건설하는 경우 좋은 대안이 될 수 있다.
- 지간장에 따른 형고를 완화할 수 있어 교량 계획시 선택의 폭이 넓어진다.
- 구조물의 자중경감은 하부구조의 단면을 줄일 수 있고 급속시공에도 유리하다.
- 궁극적으로 본 기술은 교량신설은 물론 급속교체에 효과적으로 적용될 수 있다.
- 시공기술의 개발로 인해 기존 가설공법보다 신속하고 정밀한 시공이 가능하여 시공정밀도가 향상되고 시공품질관리가 용이할 것으로 판단된다.
사회 경제적 파급효과 - 교량의 상부구조는 하부구조 물량까지 절감할 수 있어 관련 구조물의 건설을 위한 사회적 비용을 절감할 수 있다.
- 자중 감소를 통하여 기계화된 시공이 더욱 용이해지므로 구조물의 건설과 관련된 생산성이 향상될 것이다.
- 다양한 시공법 적용이 가능하므로 환경에 맞는 최적의 공법 채택을 통하여 공사기간의 단축과 사회적 기회비용의 절감이 가능하다.
- 지난 5년간 고속국도상 교량의 개축건수는 66건, 시장규모는 637.5억원으로서 이를 바탕으로 향후 5년간 전체교량의 개축건수 및 시장규모를 예측하면 각각 약 240건과 2,360억원에 이른다. 평균 우회길이를 20km, 유류비용을 150원/km, 평균 교통량을 15,000대, 그리고 사용자의 시간지연 비용 및 인적/물적손실 비용 등 유류비용 외의 기타비용을 고려한 계수를 5.0으로 가정하였을 때 상부구조 거치시간을 60일에서 30일로 단축시킬 경우 연간 약 3,370억원의 사회간접자본비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다.
활용방안 시공성과 구조적 효율성이 뛰어나며 경제적인 중/소규모 교량의 설계 및 시공을 위하여 활용될 수 있으며 특히 다음과 같은 구조적, 환경적 요인이 있는 경우에 매우 유용하게 활용될 수 있다.
- 지반조건이 열악한 지역에서의 교량건설
- 형고제약이 심한 지역(다주식 교각 적용시 코핑부 생략 가능)
- 급속시공 등이 필요한 지역(응급복구 및 급속교체 가능)
- 경관성과 투시성이 강조되는 도심지 구조물
- 상부구조의 자중을 감소로 하부 구조물의 단면을 감소시켜야 하는 경우
본 연구과제가 종료되면 해당 기술은 도로교의 설계 및 시공에 보다 활발하게 적용될 것으로 판단된다.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 초간편 시공 H형강 거더 거더구조 최적화 강합성바닥판 가로거더
영문 Fast and Handy Construction H-rolled Girder Optimization of Girder System Steel-Concrete Composite Bridge Deck Cross Girder
최종보고서
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최종보고서 0661_초간편 H형강 교량개발 최종보고서.pdf   다운로드

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