A Numerical Analysis on the Diaphragm Structures for Improving Fatigue Performance in Orthotropic Steel Decks

강바닥판의 피로성능 향상을 위한 다이아프램 구조상세

Orthotropic steel decks are manufactured by welding thin plates therefore it is inevitable that there are abundant works of welding process. On connection of transverse rib web, crossing point of longitudinal rib, transverse rib and deck plate and cut-out parts of transverse rib are the significant position of stress concentration because of out of plane and oil-canning deformation caused by longitudinal rib distortion with shear force and distortion. At the current research, the crossing point where the orthotropic steel decks's effect of improving fatigue performance are high, not placing scallop and diaphragm which have same plane with transverse rib placed inside of longitudinal rib at the same time, the reduce effects of stress concentration at the cut-out section and the crossing are high. Especially the installation of the diaphragm causing great effects based on research results to stress concentration appearance reduce effects at the cut-out section, putting radius of curvature of the diaphragm's top and bottom as a target, as a result of carrying out the parametric analysis an optimal diaphragm form that has great effects in fatigue performance came to a conclusion. Also based on optimal diaphragm form, an advantage of the diaphragm optimal setting position for improvement of the fatigue performance came to a conclusion.

강바닥판 교량은 비교적 얇은 강판을 서로 용접에 의해 연결한 구조물로서 많은 양의 용접을 피할 수 없다. 강바닥판의 횡리브 복부판에서는 전단력과 비틀림 모멘트가 작용하는 동시에 종리브의 비틀림으로 인한 면내 면외 변형이 작용하기 때문에 종리브-횡리브 복부판-데크플레이트 교차부 및 횡리브복부판 컷아웃(슬릿)부에서 응력집중 현상이 두드러지게 발생하게 된다. 본 연구에서는 강바닥판 구조형식의 피로성능 향상 효과가 큰 교차부에 스캘럽을 두지 않는 동시에 종리브 내부에 횡리브 복부판면과 일치되게 다이아프램을 설치하면 컷아웃부 및 교차부에서의 응력집중 감소효과가 크며, 특히 다이아프램의 설치가 컷아웃부에서의 응력집중 감소효과에 큰 영향을 미치고 있는 연구결과를 바탕으로 다이아프램 상하부면 곡률반경을 대상으로 매개변수해석을 수행한 결과 피로성능에 영향이 큰 응력집중 감소효과가 큰 최적 다이아프램형상을 도출하였다. 또한 최적 다이아프램 형상을 바탕으로 피로성능 향상에 유리한 다이아프램 최적 설치위치를 도출하였다.