[표지]
목차
BH거더의 분절구조시스템 확장 및 성능검증 2
요약문 3
목차 5
제1장 서론 13
1. 연구 필요성 및 목적 13
2. 연구 내용 및 범위 15
3. 연구 수행 방법 15
제2장 BH거더 분절구조시스템 확장 17
1. 개요 17
2. 분절구조시스템 도출 17
2.1. 현장시공성을 극대화하는 분절구조시스템 17
2.2. 새로운 단부구조 적용 18
3. 분절구조시스템 성능평가 19
3.1. 실험체 설계 19
3.2. 실험체 제작 20
3.3. 압축강도 측정 23
3.4. 실규모 BH거더의 동특성 계측 26
3.5. 실규모 BH거더의 극한 내하력 평가를 위한 재하실험 32
4. 특허 출원 42
4.1. 발명의 특징 42
4.2. 대표 청구항 44
4.3. 발명의 효과 45
제3장 BH거더 스마트 강연선 적용 47
1. 개요 47
2. 스마트 강연선 제작 48
3. 스마트 강연선 설치 및 긴장력 측정 50
4. 스마트 강연선을 이용한 시공단계 계측 55
5. 스마트 강연선을 이용한 마찰계수 추정 59
제4장 철도교용 BH거더 표준화 61
1. 개요 61
2. 동적안정성 해석 방법 및 검토 항목 61
3. 30m 복선 BH거더교의 동적안정성 검토 62
3.1. 교량 개요 62
3.2. 고유진동수 해석 66
3.3. KTX 열차에 대한 이동하중해석 67
3.4. HEMU 열차에 대한 이동하중해석 70
3.5. EMU 열차에 대한 이동하중해석 73
3.6. 화물열차에 대한 이동하중해석 76
3.7. 새마을 열차에 대한 이동하중해석 79
4. 40m 복선 BH거더교의 동적안정성 검토 82
4.1. 교량 개요 82
4.2. 고유진동수 해석 86
4.3. KTX 열차에 대한 이동하중해석 87
4.4. HEMU 열차에 대한 이동하중해석 90
4.5. EMU 열차에 대한 이동하중해석 93
4.6. 화물열차에 대한 이동하중해석 96
4.7. 새마을 열차에 대한 이동하중해석 99
제5장 결론 103
참고문헌 105
서지자료 106
Bibliographic Data 107
A Performance Evaluation on the Segmental BH Girder System 108
Summary 109
Contents 111
Chapter 1. Introduction 119
1. Necessity and Purpose of Research 119
2. Contents and Scope of Research 121
3. Method of Research 121
Chapter 2. Segmental System for BH Girder 123
1. General 123
2. Application of Segmental System for BH Girder 123
2.1. Segmental system for maximizing workability on site 123
2.2. Application of new end block 124
3. Performance Evaluation on Segmental System 126
3.1. Design of specimen 126
3.2. Manufacturing of specimen 127
3.3. Measurement of compressive strength 130
3.4. Measurement of dynamic characteristics of full-scale BH girder 133
3.5. Static load test for evaluation of ultimate strength of full-scale BH girder 139
Chapter 3. Application of Smart Strand to BH Girder 151
1. General 151
2. Manufacturing of Smart Strand 152
3. Installation of Smart Strand and Measurement of Prestress Force 154
4. Measurement using Smart Strand under Various Construction Stages 159
5. Estimation of Friction Coefficient using Smart Strand 163
Chapter 4. Typical Types of BH Girder for Railway Bridge 165
1. General 165
2. Dynamic Analysis and Requirement for Stability 165
3. Dynamic Stability of Double-tracked BH Girder Bridge with 30m Span 166
3.1. Bridge overview 166
3.2. Natural frequency analysis 170
3.3. Moving load analysis for KTX train 171
3.4. Moving load analysis for HEMU train 174
3.5. Moving load analysis for EMU train 177
3.6. Moving load analysis for freight train 180
3.7. Moving load analysis for Saemaul train 183
4. Dynamic Stability of Double-tracked BH Girder Bridge with 40m Span 186
4.1. Bridge overview 186
4.2. Natural frequency analysis 190
4.3. Moving load analysis for KTX train 191
4.4. Moving load analysis for HEMU train 194
3.5. Moving load analysis for EMU train 197
3.6. Moving load analysis for freight train 200
3.7. Moving load analysis for Saemaul train 203
Chapter 5. Conclusion 207
Reference 209
Bibliographic Data 210
표 2.1. 콘크리트 공시체 시험 결과(거더 본체) 23
표 2.2. 콘크리트 공시체 시험 결과(슬래브) 24
표 2.3. 반발경도시험 결과(거더 본체) 24
표 2.4. 반발경도시험 결과(슬래브) 25
표 2.5. 인적가진시 대상 실험체의 주요 고유진동수 30
표 2.6. 대상 실험체의 감쇠비 결과 31
표 2.7. 단부절취형상 관련 자문의견 40
표 3.1. BH거더교 스마트 강연선 적용 현황 50
표 3.2. 긴장력 도입 순서 및 긴장력 도입 수준 정리 52
표 3.3. T1 텐던의 직선구간에서 긴장력 계측값 60
표 4.1. 동적 검토 항목 요약 61
표 4.2. 거더 단면 상수 - 30m 복선 64
표 4.3. 고유진동수 - 30m 복선 콘크리트궤도 66
표 4.4. 속도별 최대 응답 - 30m 복선(KTX열차) 67
표 4.5. 해석 결과 검토 - 30m 복선(KTX열차) 68
표 4.6. 속도별 최대 응답 - 30m 복선(HEMU열차) 70
표 4.7. 해석 결과 검토 - 30m 복선(HEMU열차) 71
표 4.8. 속도별 최대 응답 - 30m 복선(EMU열차) 73
표 4.9. 해석 결과 검토 - 30m 복선(EMU열차) 74
표 4.10. 속도별 최대 응답 - 30m 복선(화물열차) 76
표 4.11. 해석 결과 검토 - 30m 복선(화물열차) 77
표 4.12. 속도별 최대 응답 - 30m 복선(새마을열차) 79
표 4.13. 해석 결과 검토 - 30m 복선(새마을열차) 80
표 4.14. 거더 단면 상수 - 40m 복선 84
표 4.15. 고유진동수 - 40m 복선 콘크리트궤도 86
표 4.16. 속도별 최대 응답 - 40m 복선(KTX열차) 87
표 4.17. 해석 결과 검토 - 40m 복선(KTX열차) 88
표 4.18. 속도별 최대 응답 - 40m 복선(HEMU열차) 90
표 4.19. 해석 결과 검토 - 40m 복선(HEMU열차) 91
표 4.20. 속도별 최대 응답 - 40m 복선(EMU열차) 93
표 4.21. 해석 결과 검토 - 40m 복선(EMU열차) 94
표 4.22. 속도별 최대 응답 - 40m 복선(화물열차) 96
표 4.23. 해석 결과 검토 - 40m 복선(화물열차) 97
표 4.24. 속도별 최대 응답 - 40m 복선(새마을열차) 99
표 4.25. 해석 결과 검토 - 40m 복선(새마을열차) 100
그림 1.1. BH거더 형상 14
그림 1.2. 연구 필요성 14
그림 2.1. BH거더 분절구조시스템 개념도 18
그림 2.2. 새로운 단부적용의 BH거더 분절구조시스템 18
그림 2.3. 35m BH거더 분절구조시스템 19
그림 2.4. 실험체 설계도면 20
그림 2.5. 실험체 제작 21
그림 2.6. 제작된 압축강도 공시체(거더 본체) 23
그림 2.7. 압축강도 시험 모습 23
그림 2.8. 반발경도시험 25
그림 2.9. 가진기 설치 위치 26
그림 2.10. 가진기 가진 26
그림 2.11. 인적 가진 26
그림 2.12. 가속도계 및 변위계 설치 위치 27
그림 2.13. 가속도계 및 변위계 단면 설치 위치 27
그림 2.14. 가속도계, 변위계 설치 사진(1/2위치) 27
그림 2.15. 가속도계 설치 사진(1/4 위치) 27
그림 2.16. 가속도 응답(가진기-1회)[원문불량;p.16] 28
그림 2.17. 가속도 응답(가진기-2회)[원문불량;p.16] 28
그림 2.18. 가속도 응답(가진기-3회)[원문불량;p.16] 28
그림 2.19. 가속도 응답(가진기-4회)[원문불량;p.17] 29
그림 2.20. 가속도 응답(가진기-5회)[원문불량;p.17] 29
그림 2.21. FFT 결과...[원문불량;p.17] 29
그림 2.22. FFT 결과...[원문불량;p.17] 29
그림 2.23. FFT 결과...[원문불량;p.17] 29
그림 2.24. 가진기 작동 종료 후 측정된 변위 시간이력 응답 30
그림 2.25. 감쇠비 산정 방법 31
그림 2.26. 4점 재하 정적실험 개요도 32
그림 2.27. 정적재하실험 전경 32
그림 2.28. 정적재하시 변위계 설치위치 33
그림 2.29. 설치된 변위계 33
그림 2.30. 철근게이지 부착 단면 구분 34
그림 2.31. 철근게이지 부착위치 단면 type A & B 34
그림 2.32. 철근게이지 부착위치 단면 type C & D 34
그림 2.33. 콘크리트 게이지 부착 단면 35
그림 2.34. 콘크리트게이지 부착위치 단면 type C & D 35
그림 2.35. 균열계 설치 단면 36
그림 2.36. 균열계 단면 설치 위치 36
그림 2.37. 하중-변위 응답 37
그림 2.38. 내하력 평가 후 기념사진 37
그림 2.39. 실물 실험체 분절면 위치 38
그림 2.40. 균열게이지 설치 위치 38
그림 2.41. 설치된 균열게이지(CR2) 38
그림 2.42. 설치된 균열게이지(CR3) 38
그림 2.43. 하중-균열폭 관계 39
그림 2.44. 분절면에서의 상대처짐 39
그림 2.45. 실험 종료 후 단부절취부 41
그림 2.46. 단부절취형 분절 프리캐스트 콘크리트 거더의 개략적인 분해사시도 43
그림 2.47. 단부절취형 분절 프리캐스트 콘크리트 거더의 개략적인 횡방향... 43
그림 2.48. 단부절취형 분절 프리캐스트 콘크리트 거더를 형성한 상태를 보여주는... 44
그림 2.49. 단부절취형 분절 프리캐스트 콘크리트 거더를 형성한 상태를... 44
그림 3.1. 일반 강연선과 스마트 강연선 47
그림 3.2. 스마트 강연선 제작과정 48
그림 3.3. BH거더교 강연선 배치도 49
그림 3.4. BH거더교 적용 스마트 강연선 FBG센서 디자인 49
그림 3.5. 스마트 강연선 배치 모습 50
그림 3.6. 스마트 강연선 설치모습 51
그림 3.7. 스마트 강연선 설치완료 모습 51
그림 3.8. 스마트 강연선 계측준비 모습 52
그림 3.9. 긴장력 도입 모습(텐던 T1) 53
그림 3.10. 스마트 강연선 긴장력 변화 그래프(텐던 T1) 53
그림 3.11. 스마트 강연선 긴장력 도입 그래프(텐던 T5) 54
그림 3.12. 바닥판 타설 55
그림 3.13. 바닥판 타설 중 긴장력 변화 계측 55
그림 3.14. 휨실험 모습 56
그림 3.15. 휨실험에 따른 액추에이터 하중- 스마트 강연선 변형률 곡선 56
그림 3.16. 긴장력 - 시간이력 곡선(텐던 T1) 57
그림 3.17. 긴장력 - 시간이력 곡선(텐던 T2) 57
그림 3.18. 긴장력 - 시간이력 곡선(텐던 T3) 58
그림 3.19. 긴장력 - 시간이력 곡선(텐던 T4) 58
그림 4.1. 30m 복선 콘크리트 궤도 62
그림 4.2. 평면도 및 측면도 - 30m 복선 63
그림 4.3. 거더 정면도 64
그림 4.4. 거더 단면도 64
그림 4.5. 모델도 - 30m 복선 콘크리트 궤도 65
그림 4.6. 모드 형상 - 30m 복선 콘크리트궤도 66
그림 4.7. 주요 속도에 대한 응답 - 30m 복선 콘크리트궤도 - KTX열차 69
그림 4.8. 주요 속도에 대한 응답 - 30m 복선 콘크리트궤도 - HEMU열차 72
그림 4.9. 주요 속도에 대한 응답 - 30m 복선 콘크리트궤도 - EMU열차 75
그림 4.10. 주요 속도에 대한 응답 - 30m 복선 콘크리트궤도 - 화물열차 78
그림 4.11. 주요 속도에 대한 응답 - 30m 복선 콘크리트궤도 - 새마을열차 81
그림 4.12. 40m 복선 콘크리트 궤도 82
그림 4.13. 평면도 및 측면도 - 40m 복선 83
그림 4.14. 거더 정면도 84
그림 4.15. 거더 단면도 84
그림 4.16. 모델도 - 40m 복선 콘크리트 궤도 85
그림 4.17. 모드 형상 - 30m 복선 콘크리트궤도 86
그림 4.18. 주요 속도에 대한 응답 - 40m 복선 콘크리트궤도 - KTX열차 89
그림 4.19. 주요 속도에 대한 응답 - 40m 복선 콘크리트궤도 - HEMU열차 92
그림 4.20. 주요 속도에 대한 응답 - 40m 복선 콘크리트궤도 - EMU열차 95
그림 4.21. 주요 속도에 대한 응답 - 40m 복선 콘크리트궤도 - 화물열차 98
그림 4.22. 주요 속도에 대한 응답 - 40m 복선 콘크리트궤도 - 새마을열차 101
Table 2.1. Test results of concrete cylinders(girder) 130
Table 2.2. Test results of concrete cylinders(slab) 131
Table 2.3. Results of rebound hardness test(girder) 131
Table 2.4. Results of rebound hardness test(slab) 132
Table 2.5. Dominant frequencies of test specimen by human excitation 137
Table 2.6. Damping ratios of test specimen 139
Table 2.7. Consultation on girder with dapped-end(end block-out) 149
Table 3.1. Application details of smart strands 154
Table 3.2. Sequence of jacking and corresponding prestress forces 156
Table 3.3. Prestress force in the straight section of T1 tendon 164
Table 4.1. Summary of dynamic reviews 165
Table 4.2. Section properties - 30m double track 168
Table 4.3. Natural frequency - 30m double concrete track 170
Table 4.4. Maximum response for train speeds - 30m double track(KTX train) 171
Table 4.5. Analysis results - 30m double track(KTX train) 172
Table 4.6. Maximum response for train speeds - 30m double track(HEMU train) 174
Table 4.7. Analysis results - 30m double track(HEMU train) 175
Table 4.8. Maximum response for train speeds - 30m double track(EMU train) 177
Table 4.9. Analysis results - 30m double track(EMU train) 178
Table 4.10. Maximum response for train speeds - 30m double track(freight train) 180
Table 4.11. Analysis results - 30m double track(freight train) 181
Table 4.12. Maximum response for train speeds - 30m double track(Saemaul train) 183
Table 4.13. Analysis results - 30m double track(Saemaul train) 184
Table 4.14. Section properties - 40m double track 188
Table 4.15. Natural frequency - 40m double concrete track 190
Table 4.16. Maximum response for train speeds - 40m double track(KTX train) 191
Table 4.17. Analysis results - 40m double track(KTX train) 192
Table 4.18. Maximum response for train speeds - 40m double track(HEMU train) 194
Table 4.19. Analysis results - 40m double track(HEMU train) 195
Table 4.20. Maximum response for train speeds - 40m double track(EMU train) 197
Table 4.21. Analysis results - 40m double track(EMU train) 198
Table 4.22. Maximum response for train speeds - 40m double track(freight train) 200
Table 4.23. Analysis results - 40m double track(freight train) 201
Table 4.24. Maximum response for train speeds - 40m double track(Saemaul train) 203
Table 4.25. Analysis results - 40m double track(Saemaul train) 204
Figure 1.1. Shape of BH girder 120
Figure 1.2. Necessity of research 120
Figure 2.1. Segmental system for BH girder 124
Figure 2.2. Application of new end block to segmental BH girder system 125
Figure 2.3. Segmental BH girder system with 35m span 126
Figure 2.4. Drawings for specimen 127
Figure 2.5. Manufacturing of specimen 128
Figure 2.6. Concrete cylinders(girder) 130
Figure 2.7. Compressive strength test 130
Figure 2.8. Rebound hardness test 132
Figure 2.9. Position of excitation 133
Figure 2.10. Dynamic excitation(shaker) 133
Figure 2.11. Human excitation 133
Figure 2.12. Position of accelerometer and displacement gauge 134
Figure 2.13. Cross-sectional view of position of accelerometer and displacement gauge 134
Figure 2.14. Installation of accelerometer... 134
Figure 2.15. Installation of accelerometer... 134
Figure 2.16. Response of acceleration(excitation test-1)[원문불량;p.17] 135
Figure 2.17. Response of acceleration(excitation test-2)[원문불량;p.17] 135
Figure 2.18. Response of acceleration(excitation test-3)[원문불량;p.17] 135
Figure 2.19. Response of acceleration(excitation test-4)[원문불량;p.18] 136
Figure 2.20. Response of acceleration(excitation test-5)[원문불량;p.18] 136
Figure 2.21. FFT analysis...[원문불량;p.19] 137
Figure 2.22. FFT analysis...[원문불량;p.19] 137
Figure 2.23. FFT analysis...[원문불량;p.19] 137
Figure 2.24. Measured displacement time history response 138
Figure 2.25. Calculation method of damping ratio 138
Figure 2.26. Schematic diagram of four-point static load test 140
Figure 2.27. Static load test 140
Figure 2.28. Position of displacement gauge for static load test 141
Figure 2.29. Installation of displacement gauges 141
Figure 2.30. Position of steel gauge 142
Figure 2.31. Cross-sectional view of position of steel gauge(type A & B) 142
Figure 2.32. Cross-sectional view of position of steel gauge(type C & D) 142
Figure 2.33. Position of concrete gauge 143
Figure 2.34. Cross-sectional view of position of concrete gauge 143
Figure 2.35. Position of crack gauge 144
Figure 2.36. Cross-sectional view of position of crack gauge 144
Figure 2.37. Load versus displacement response 145
Figure 2.38. Photograph after experiment 146
Figure 2.39. Position of segmental interfaces 146
Figure 2.40. Position of crack gauge 147
Figure 2.41. Installation of crack gauge(CR2) 147
Figure 2.42. Installation of crack gauge(CR3) 147
Figure 2.43. Load versus crack width 148
Figure 2.44. Relative displacement at segmental interfaces 148
Figure 2.45. Dapped-end section after experiment 150
Figure 3.1. Traditional 7-wire strand and smart strand 151
Figure 3.2. Manufacturing process of smart strand 152
Figure 3.3. Arrangement of tendons for BH girder specimen 153
Figure 3.4. FBG sensor design for BH girder bridge 153
Figure 3.5. Arrangement of smart strand in tendons 154
Figure 3.6. installation of smart strand 155
Figure 3.7. Photograph after installing smart strand 155
Figure 3.8. Photograph of preparation for measurement... 156
Figure 3.9. Introduction of prestress force(Tendon T1) 157
Figure 3.10. Prestress force measured by smart strand in tendon T1 157
Figure 3.11. Prestress force for tendon T5 158
Figure 3.12. Casting slab concrete 159
Figure 3.13. Measurement of prestress force during... 159
Figure 3.14. Flexural test 160
Figure 3.15. Actuator force(by flexural test) - strains(by smart strands) curve 160
Figure 3.16. prestress force - time history curve for tendon T1 161
Figure 3.17. prestress force - time history curve for tendon T2 161
Figure 3.18. prestress force - time history curve for tendon T3 162
Figure 3.19. prestress force - time history curve for tendon T4 162
Figure 4.1. Typical section- 30m double concrete track 166
Figure 4.2. Plan and side view - 30m double concrete track 167
Figure 4.3. Front view of girder 168
Figure 4.4. Girder sections 168
Figure 4.5. Modeling of 30m double concrete track 169
Figure 4.6. Mode shape - 30m double concrete track 170
Figure 4.7. Response at resonance speed - 30m double concrete track(KTX train) 173
Figure 4.8. Response at resonance speed - 30m double concrete track(HEMU train) 176
Figure 4.9. Response at resonance speed - 30m double concrete track(EMU train) 179
Figure 4.10. Response at resonance speed - 30m double concrete track(freight train) 182
Figure 4.11. Response at resonance and maximum speed - 30m double concrete track... 185
Figure 4.12. Typical section- 40m double concrete track 186
Figure 4.13. Plan and side view-40m double concrete track 187
Figure 4.14. Front view of girder 188
Figure 4.15. Girder sections 188
Figure 4.16. Modeling of 40m double concrete track 189
Figure 4.17. Mode shape -40m double concrete track 190
Figure 4.18. Response at resonance speed - 40m double concrete track(KTX train) 193
Figure 4.19. Response at resonance speed - 40m double concrete track(HEMU train) 196
Figure 4.20. Response at resonance speed - 40m double concrete track(EMU train) 199
Figure 4.21. Response at resonance speed - 40m double concrete track(freight train) 202
Figure 4.22. Response at resonance and high speed - 40m double concrete track... 205