Journal of the Korea Concrete Institute (콘크리트학회논문집)

Korea Concrete Institute (한국콘크리트학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Analytical Evaluation of Behavior of Precast PSC Box Curve Bridge Based on Design Variables

프리캐스트 PSC 중공 박스 곡선교의 설계변수에 관한 해석적 거동 평가

  • 김성배 ((주)바이텍코리아 기술연구소) ;
  • 김성재 ((주)브릿지테크놀러지) ;
  • 박정천 ((주)바이텍코리아 기술연구소) ;
  • 엄기하 ((주)브릿지테크놀러지) ;
  • 김장호 (연세대학교 사회환경시스템공학부)
  • Received : 2013.11.26
  • Accepted : 2014.02.26
  • Published : 2014.06.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Recently, the construction of curved bridge has increased, thus researchers perform the analytic studies on PSC curved bridge. However, the grid analysis method that are mostly used in the construction industry is not adequate to acquire the precise behavior evaluation of curved PSC briges. Therefore, the precise finite element analysis considering the effective variables were performed to establish the basis for the design method of curved PSC bridge by using 3D elements and bar element. The evaluated variables in this analysis were the number of girders, loading point, section figure, change of prestressing force. The results show the load carrying capacity of the 3 girder type bridge is 200% of that of the 2 girder type, and that applying load on outer girder makes the load resistance capacity and the deflection deviation of 2 girders smaller. The structural capacity of the bridge is improved when the section size is increased, but the efficiency of it is not sufficient enough compare to that of the change of prestressing forces. The change of prestressing forces shows that the camber and the load carrying capacity are linearly increased as PS force is increased. Moreover, when the PS force applied on outer girder is increased than that of inner girder, the deviation of deflection the girders decreases, thereby the stability of the bridge is enhanced.

최근 곡선교 사용이 증가함에 따라 기존 곡선 교량의 한계점을 극복하고자 PSC 곡선 주형을 이용한 곡선교에 대한 해석적 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존의 프레임 요소를 이용한 격자해석방법으로는 PSC 곡선교에 대한 정밀해석이 어렵다. 이에 따라 이 연구에서는 PSC 곡선교의 정밀 유한 요소 해석을 실시하여 프리캐스트 PSC 곡선교의 설계를 위한 참고자료로 사용하고자 한다. 이를 위하여 3차원 솔리드 요소를 사용한 모델링을 실시하고, 거더 수, 하중 재하 위치, 단면 변화, 긴장력 변화 및 편긴장력 도입 여부와 같은 매개변수에 대한 거동을 평가하였다. 해석 결과 경간장 50 m 3주형 교량의 항복하중과 파괴 하중이 경간장 40 m 2주형 교량에 비해 200% 이상의 성능을 보였고, 외측거더에 하중을 가하였을 경우 도심의 위치에 따라 하중저항력 및 거더 간의 처짐 편차가 낮게 평가되는 것으로 나타났다. 또한 거더 단면을 변화시킨 경우 단면의 증가에 따라 구조성능이 향상되는 것으로 나타났으나 PS도입량의 변화에 의한 효과에 비해 경제성과 시공성에서 불리한 것으로 나타났다. PS 도입량 변화에 따른 영향을 분석한 결과 PS 도입량이 증가함에 따라 솟음량과 하중저항력이 비례하여 증가하였으며 거더 간 처짐 편차가 줄어드는 경향을 보였다. 또한, 편긴장력을 도입하였을 시 도입량 증가에 비례하여 내외측 거더 모두에서 하중저항력이 증가하며, 특히 외측거더에 편긴장력이 도입되었을 때 더 우수한 성능을 보이는 것으로 나타나, PSC 곡선교의 경제성 및 안정성을 확보하는데 효율적인 것으로 나타났다.

Keywords

References

  1. Schmitt, W., Interchange Utilizes Arcwelded Horizontally Curved Span, Unpublished Paper Submitted to Lincoln Arc Welding Foundation, 1966.
  2. Nakai, H. and Yoo, C. H., Analysis and Design of Horizontally Curved Steel Bridges, McGraw-Hill, New York, 1988, 768 pp.
  3. Suros, O. and Chu, H. Y., "Reducing Airport Congestion," Modern Steel Construction, Vol. 31, No. 6, 1991, pp. 21-25.
  4. Sennah, K. M. and Kennedy, J. B., "State-of the-Art in Design of Curved Box-Girder Bridges," Journal of Bridge Engineering, ASCE, Vol. 6, No. 3, 2001, pp. 159-167. (doi: http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0702(2001)6:3(159))
  5. Amorn, W., Tuan, C. Y., and Tadros, M. K., "Curved, Precast, Pretensioned Concrete I-girder Bridges," PCI Journal, Vol. 53, No. 6, 2008, pp. 48-66. https://doi.org/10.15554/pcij.11012008.48.66
  6. Vlasov, V. Z., Thin-Walled Elastic Beam, 2nd Edition, National Science Foundation, 1961, 493 pp.
  7. Mansur, M. A. and Rangan, B. V., "Study of Design Methods for Reinforced Concrete Curved Beams," ACI Journal, Vol. 78, No. 21, 1981, pp. 226-254.
  8. Spyropoulos, and Panayiotis, J., "Circularly Curved Beams Transversely Loaded," ACI Journal, Proceedings, Vol. 60, No. 10, 1963, pp. 1457-1469.
  9. Just, D. J., "Circularly Curved Beams under Plane Loads," Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 108, No. 8, 1982, pp. 1858-1873.
  10. Nakai, H., Kitada, T., Ohminami, R., and Kawai, T., "A Study on Analysis and Design of Web Plate in Curved Girder Bridges Subjected to Bending," Journal of JSCE, Japanese Society of Civil Engineers, Vol. 368, No. I-5, 1986, pp. 235-244.
  11. Pantazopoulou, S. J., "Low-Order Interpolation Functions for Curved Beams," Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 118, No. 2, 1992, pp. 329-350. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(1992)118:2(329)
  12. Topkaya, C. and Williams, E. B., "Development of Computational Software for Analysis of Curved Girders under Construction Loads," Computer & Structures, Vol. 81, No. 21, 2003, pp. 2087-2098. (doi: http://dx.doi.org/10.1016/S0045-7949(03)00258-X)
  13. Topkaya, C., Williamson, E. B., and Frank, K. H., "Behavior of Curved Steel Trapezoidal Box Girders during Construction," Engineering Structures, Vol. 26, No. 6, 2004, pp. 721-733. (doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.engstruct.2003.12.012)
  14. Kim, H. K., Byun, Y. J., Kim, D., and Ma, S. O., "The Analysis of PSC Curved Bridges Behavior Using Qusai- Conforming Shell Element," Civil Expo 2009, Korean Society of Civil Engineers, Gangwon, 2009, pp. 130-133.
  15. Kim, K. D., Song, S., Hwang, H. J., and Park, J. G., "Development of an Assumed Strain Shell Element for the Three Dimensional Construction Stage Analysis of PSC Bridge," Magazine of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, Vol. 14, No. 3, 2010, pp. 108-117.