KR100540929B1 - Girder bridge protection apparatus, sacrifice bracing, sacrifice bracing restrainer composing it and reinforcement construction method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교대(10) 또는 교각(20)의 교좌(30) 상면에 설치되어 상부구조의 바닥(40)을 지지하는 복수개의 거더(100)와; 상기 교좌(30) 위에 위치하는 것으로서 상기 거더(100)와 그 거더(100)에 인접한 거더(100a) 사이에 고정설치됨과 아울러, 심부에 희생부재 관통공(210)이 형성된 희생부재 구속기구(200)와; 상기 거더(100)의 하단부와 그 거더(100)에 인접한 거더(100a)의 하단부를 연결함과 아울러, 상기 희생부재 관통공(210)을 관통하여 설치된 희생부재(300)를; 포함하는 구조를 제시함으로써, 비지진시에는 주부재의 구조적인 거동을 향상시킬 수 있는 2차 보강부재의 역할을 수행함과 아울러, 지진시에는 소성거동에 의해 에너지 소산장치로 거동하여 교량 주부재를 보호할 수 있도록 하고, 탄성 및 소성 거동을 예측할 수 있는 구조로서 반복하중 하에서도 구조적인 안전성을 유지할 수 있도록 하며, 별도의 교통통제없이 기존교량 및 신설교량에 쉽게 적용할 수 있도록 하고, 교축방향 뿐만아니라 교축직각방향의 지진하중에 대하여도 저항할 수 있도록 하며, 별도의 유지관리 등이 없더라도 기능 발현에 문제가 없고, 2차 부재로서 손상시 용이하게 교체가 가능한 경제적인 구조의 희생부재를 적용한 교량보호장치를 제공한다.The present invention is a plurality of girders (100) installed on the upper surface of the bridge 30 of the alternating 10 or piers 20 to support the bottom 40 of the superstructure; The sacrificial member restraint mechanism 200, which is positioned on the bridge 30, is fixedly installed between the girder 100 and the girder 100a adjacent to the girder 100, and the sacrificial member through-hole 210 is formed in the core. )Wow; Connecting the lower end of the girder and the lower end of the girder (100a) adjacent to the girder (100), and the sacrificial member (300) installed through the sacrificial member through hole (210); By providing a structure that includes, it serves as a secondary reinforcing member that can improve the structural behavior of the main member during non-earthquake, and in the event of an earthquake, it acts as an energy dissipation device to protect the bridge main member by plastic behavior. As a structure that can predict elasticity and plastic behavior, it can maintain structural safety under repeated loads, and can be easily applied to existing bridges and new bridges without additional traffic control. The bridge protection device that can resist the earthquake load in the right direction and has no problem in the expression of function even if there is no separate maintenance, etc., and the economical sacrificial member that can be easily replaced when damaged as a secondary member. To provide.
교량, 형교, 거더, 보호, 지진, 히스테리시스 에너지, 희생부재Bridge, Girder Bridge, Girder, Protection, Earthquake, Hysteresis Energy, Sacrifice
Description
도 1 내지 도 16은 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서, 1 to 16 show an embodiment of the present invention,
도 1은 사시도1 is a perspective view
도 2는 I형 플레이트 거더교에 적용된 경우의 정면도2 is a front view when applied to the type I plate girder bridge
도 3은 박스 거더교에 적용된 경우의 정면도3 is a front view when applied to the box girder bridge
도 4는 희생부재의 사시도4 is a perspective view of the sacrificial member
도 5는 희생부재 구속기구의 사시도5 is a perspective view of the sacrificial member restraint mechanism;
도 6은 희생부재 및 구속기구의 횡단면도(도 2의 A-A 단면)Figure 6 is a cross-sectional view of the sacrificial member and restraint mechanism (A-A cross section in Figure 2)
도 7은 희생부재의 교축방향 거동을 도시한 평면도7 is a plan view showing the axial direction behavior of the sacrificial member;
도 8은 거더와 희생부재의 연결부가 I형 플레이트 거더교에 적용된 제1실시예의 사시도8 is a perspective view of a first embodiment in which a connection portion of a girder and a sacrificial member is applied to an I-type plate girder bridge;
도 9는 거더와 희생부재의 연결부가 박스 거더교에 적용된 제1실시예의 사시도 9 is a perspective view of a first embodiment in which a connection portion of a girder and a sacrificial member is applied to a box girder bridge;
도 10은 거더와 희생부재의 연결부가 I형 플레이트 거더교에 적용된 제2실시 예의 사시도10 is a perspective view of a second embodiment in which the connecting portion of the girder and the sacrificial member is applied to an I-type plate girder bridge
도 11은 거더와 희생부재의 연결부가 박스 거더교에 적용된 제2실시예의 사시도11 is a perspective view of a second embodiment in which a connection portion of a girder and a sacrificial member is applied to a box girder bridge;
도 12는 희생부재의 교축직각방향 거동을 도시한 종단면도(도 2의 B-B 단면)12 is a longitudinal sectional view showing the axially oriented behavior of the sacrificial member (B-B cross section in FIG. 2).
도 13은 교대 또는 교각의 교좌에 교량보호장치가 설치된 구조의 정면도13 is a front view of a structure in which a bridge protection device is installed on a bridge of bridges or bridges;
도 14는 교좌에 교량보호장치가 설치된 제1실시예의 측면도14 is a side view of a first embodiment in which a bridge protection device is installed on a bridge;
도 15는 교좌에 교량보호장치가 설치된 제2실시예의 측면도15 is a side view of a second embodiment in which a bridge protection device is installed on a bridge;
도 16은 교좌에 교량보호장치가 설치된 제3실시예의 측면도16 is a side view of a third embodiment in which a bridge protection device is installed on a bridge;
도 17 및 도 18은 본 발명에 의한 교량보호장치를 플레이트 거더교의 일부에 적용하고 그 거동을 모의실험한 결과를 도시한 것으로서, 17 and 18 show the results of applying the bridge protection device according to the present invention to a part of the plate girder bridge and simulated its behavior,
도 17은 교량보호장치를 적용하지 않은 경우의 그래프17 is a graph when the bridge protection device is not applied
도 18은 교량보호장치를 적용한 경우의 그래프18 is a graph when the bridge protection device is applied
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
1 : 교량보호장치 10 : 교대1: Bridge protection device 10: Shift
20 : 교각 30 : 교좌20: pier 30: bridge
31 : 고정단의 교좌 32 : 가동단의 교좌31: fixed end of the chair 32: movable end of the chair
40 : 상부구조의 바닥 50 : 브레이싱40: bottom of superstructure 50: bracing
60 : 수직 보강재 70 : 결합판60: vertical reinforcement 70: bonding plate
100 : 거더 110 : I형 플레이트 거더100: girder 110: I-type plate girder
120 : 박스 거더 200 : 희생부재 구속기구120: box girder 200: sacrifice member restraint mechanism
210 : 희생부재 관통공 220 : 받침판210: sacrificial member through hole 220: support plate
230 : 덮개부 300 : 희생부재230: cover 300: sacrificial member
310 : 응력집중부310: stress concentration part
본 발명은 교량을 보호하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상세하게는, 교량에 대하여 일반적으로 작용하는 사하중, 활하중 뿐만 아니라, 지진하중이 작용하는 경우에도 희생부재를 희생시킴에 따라 교량의 나머지 주요 부재를 보다 안전하게 보호할 수 있도록 하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for protecting a bridge, and in particular, not only dead and live loads generally acting on the bridge, but also the remaining main members of the bridge as the sacrificial member is sacrificed even when an earthquake load is applied. It relates to a device that can be more secure protection.
여기서, 희생부재란 수동 에너지 소산장치의 개념을 갖는 것으로서, 비지진시에는 2차 부재로서 소정의 구조적 역할을 담당하다가, 지진하중 하에서는 구조물에 발생하는 에너지를 수동적으로 소산시켜 내진 성능을 향상시키는 역할을 하는 부재를 말한다.Here, the sacrificial member has a concept of a passive energy dissipation device, and plays a predetermined structural role as a secondary member during a non-earthquake, but passively dissipates energy generated in a structure under an earthquake to improve seismic performance. To say no.
수동 에너지 소산장치는 종래에도 여러 구조물들에 적용되어 왔으며, 현재까지 개발된 대표적인 장치로는, Metallic yield dampers, Friction dampers, Viscoelastic dampers, Viscous fluid dampers, Tuned mass dampers, Tuned liquid dampers 등을 들 수 있다.(soong et al., 2002)Passive energy dissipation devices have been applied to various structures in the past, and representative devices developed to date include metallic yield dampers, friction dampers, viscoelastic dampers, viscous fluid dampers, tuned mass dampers, and tuned liquid dampers. (soong et al., 2002)
Metallic yield dampers는 금속의 비선형 거동 특성을 통하여 지진하중에 의해 구조물에 발생하는 에너지를 소산시키는 역할을 한다. 일반적으로 사용되는 장치는 소성변형을 부재 전체에 고르게 분포시키기 위하여 X형태 또는 삼각형 형태의 강판을 사용하는 ADAS(added damping and stiffness)를 들 수 있으며, 다른 형태의 장치들은 주로 일본에서 사용되고 있는 벌집형태나 전단판넬을 이용한 장치, 또는 강재 이외에 납이나 형상기억합금 등을 이용한 장치 등을 들 수 있다.(Aiken et al., 1992)Metallic yield dampers dissipate the energy generated by the earthquake due to the nonlinear behavior of the metal. Commonly used devices include ADAS (added damping and stiffness), which uses X- or triangular steel sheets to evenly distribute plastic deformation throughout the member. Other types of devices are mainly honeycomb type used in Japan. B) devices using shear panels, or devices using lead or shape memory alloys in addition to steels (Aiken et al., 1992).
최근 Metallic yield dampers의 또 다른 형태로 미국, 일본 등에서 unbonded brace(tension/compression yielding brace)가 사용되고 있다. Unbonded brace는 축력에 의해 에너지를 소산시키는 강형부분과 압축력에 의한 좌굴에 대해 저항하는 콘크리트로 채워진 튜브로 구성되어 있다.(Wada, 1999; Clark, 1999; Kalyanaraman et al., 1998)Recently, unbonded braces (tension / compression yielding braces) have been used in the US and Japan as another type of metallic yield dampers. Unbonded braces consist of steel-filled sections that dissipate energy by axial forces and concrete-filled tubes that resist buckling by compressive forces (Wada, 1999; Clark, 1999; Kalyanaraman et al., 1998).
Friction dampers는 두 물체 사이에 발생하는 마찰력을 이용하여 지진하중에 의해 구조물에 발생하는 에너지를 소산시키는 장치로서, 압축 및 인장력에 의해 장치에 발생하는 마찰력을 통해 에너지를 소산시킨다.Friction dampers are devices that dissipate energy generated in a structure by earthquake loads by using frictional forces between two objects. Friction dampers dissipate energy through frictional forces generated in the device by compressive and tensile forces.
Friction damper의 히스테리시스는 Coulomb 마찰의 특성에 따라 사각형에 가까운 형태로 나타나게 되며, 이러한 히스테리시스 모형을 통하여 지진하중에 의한 구조물의 거동 해석이 가능해진다.(Pall et al., 1982; Gringorian et al., 1993; Pall et al., 1993)Hysteresis of Friction damper appears as a square shape according to the characteristics of Coulomb friction, and this hysteresis model makes it possible to analyze the behavior of structures due to earthquake loads (Pall et al., 1982; Gringorian et al., 1993). Pall et al., 1993)
Viscoelastic damper는 주로 copolymer나 유리질 재료 등의 전단변형을 통해 구조물에 발생하는 에너지를 소산시키는 방안이다.(Chang et al., 1994; Shen et al., 1995; Lai et al., 1995)Viscoelastic dampers mainly dissipate energy generated in structures through shear deformation of copolymers or glassy materials (Chang et al., 1994; Shen et al., 1995; Lai et al., 1995).
Viscous fluid device는 크게 viscous wall과 VE damper로 구별된다. Viscous wall은 점성 액체로 채워진 스틸 박판 사이에서 플레이트가 움직이면서 에너지를 소산시키는 장치이며, 군사용, 항공용으로 사용되어 오다가 최근 토목구조 물에 적용되고 있다.Viscous fluid devices are largely divided into viscous walls and VE dampers. Viscous wall is a device that dissipates energy as the plate moves between steel plates filled with viscous liquid. It has been used for military and aviation and has been applied to civil engineering recently.
VF damper는 실리콘이나 오일 등의 고점성 물질로 채워진 실린더 안에서 움직이는 오리피스가 내장된 피스톤으로 구성되어 있으며,(Constantinou et al., 1993) 오리피스의 작동원리에 근거한 피스톤의 움직임을 통해 지진하중에 의한 에너지를 소산시키는 역할을 한다. 이러한 VF damper는 내진분리받침(Base Isolation)과 함께 사용되는 경우가 많다.The VF damper consists of a piston with a built-in orifice moving in a cylinder filled with a highly viscous material such as silicone or oil (Constantinou et al., 1993). It serves to dissipate. These VF dampers are often used with base isolation.
Tuned mass damper, Tuned liquid damper는 특정 모드의 응답에 대해 그 응답의 크기를 줄이기 위해 특정 질량체 혹은 액체를 사용하는 방법으로 기타 다른 모드에서의 응답을 증가시킬 수 있으므로 수동 제어 시스템보다는 능동 제어 시스템의 하나인 Active mass damper에 적용되고 있다.Tuned mass dampers, tuned liquid dampers, are one of the active control systems rather than passive control systems because they can increase the response in other modes by using a specific mass or liquid to reduce the magnitude of the response for a particular mode response. Active mass damper.
상기에서 언급한 내진성능 향상장치들은 내진분리받침과 함께 사용되는 VF damper를 제외하고는 교량 구조물에서 제한적으로 사용되고 있으며, 주로 건축구조물을 대상으로 개발되고 사용되어 왔다.(Zahrai et al., 1999)The above-mentioned seismic performance enhancing devices are limited in bridge structures, except for VF dampers used with seismic separation bearings, and have been mainly developed and used for building structures (Zahrai et al., 1999).
한편, 상술한 바와 같이, 비지진시에는 2차 부재로서 소정의 구조적 역할을 담당하다가, 지진하중 하에서는 구조물에 발생하는 에너지를 수동적으로 소산시켜 내진 성능을 향상시키는 역할을 하는 희생부재에 관한 연구가 최근 활발히 진행되고 있다.On the other hand, as described above, in the case of non-earthquake, a study on the sacrificial member that plays a predetermined structural role as a secondary member, and serves to improve the seismic performance by passive dissipation of energy generated in the structure under the earthquake load It is actively progressed recently.
전단키(Shear key), 교량의 단부에 설치된 연성 브레이싱 등dl 지진하중에 대한 희생부재의 개념을 도입한 구조라 할 수 있다.It is a structure that introduces the concept of a sacrificial member against dl earthquake load, such as a shear key and a flexible bracing installed at the end of a bridge.
전단키는 중소교량의 교대에서 교축 직각방향으로 발생하는 횡방향력을 지지 하는 역할을 하는 장치로서, 지진 발생시 지진하중이 교대에 설치된 전단키에 집중되게 함으로써 교대와 말뚝의 손상을 제어하는 역할을 하며 SSRP(Structural Systems Research Project)를 통해 전단키의 지진응답 및 해석과 설계에 관한 연구가 진행되었다.(Megally et al., 2001)Shear key is a device that supports the lateral force generated in the right angle direction of the bridge in small and medium bridges, and controls the damage of the shifts and piles by concentrating the earthquake loads on the shear key installed on the shifts during earthquakes. The Structural Systems Research Project conducted a study on the seismic response, analysis, and design of shear keys (Megally et al., 2001).
전단키는 형태에 따라 상부구조 아래인 교대 내부에 설치되는 내부 전단키와 상부구조의 측면에 설치되는 외부 전단키로 구분된다.The shear key is divided into an internal shear key installed inside the shift under the superstructure and an external shear key installed on the side of the superstructure according to the shape.
내부 전단키의 경우, 교축 및 교축 직각 방향의 지진거동에 대하여 모두 저항할 수 있다는 장점이 있으나, 설치 후 접근이 용이하지 않다는 단점이 있고, 외부 전단키의 경우, 접근이 용이하나 교축방향의 지진거동에 저항하지 못한다는 문제점이 있다.The internal shear key has the advantage that it can resist both seismic behavior in the axial direction and the axial direction of the axial direction, but has the disadvantage that it is not easy to access after installation. There is a problem of not resisting.
단부에서의 연성 브레이싱을 희생부재로서 이용한 교량의 내진성능 향상장치는 강합성 판형교의 단부 수직 브레이싱에 EBF(eccentrically braced frames), SPS(shear panel systems) 또는 ADAS장치의 일종인 TADAS(triangular-plate added damping and stiffness devices)의 방법을 적용한 것으로 교량 하부구조에서 교축직각방향의 지진하중으로 인해 발생하는 에너지를 소산시킨다.The seismic performance enhancing device for bridges using the flexible bracing at the end as a sacrifice member is a triangular-plate added to the end vertical bracing of the composite plate-shaped bridge, which is a kind of eccentrically braced frames (ESBF), shear panel systems (SPS) or ADAS devices. damping and stiffness devices), which dissipates the energy generated by seismic loads perpendicular to the bridge in the bridge substructure.
이와 같은 연성의 브레이싱은 교량의 하부구조가 항복점에 이르기 전에 먼저 소성변형을 일으키도록 설계되어 비연성 부재나, 기초 및 교좌에서 발생할 수 있는 지진하중에 의한 손상을 방지하는 역할을 한다.Such flexible bracing is designed to cause plastic deformation before the bridge's substructure reaches yield point, thereby preventing damage due to seismic loads that may occur at non-combustible members or foundations and bridges.
그러나, 교축방향으로 발생하는 변형이나 하중은 특정한 방법으로 제한되고 있다는 가정하에 이러한 장치를 적용한 것으로서 지진하중에 의하여 교축방향으로 발생하는 에너지 및 변위에 대한 소산능력이 없다는 점에서 문제점으로 지적되어 왔다.(Zahrai et al., 1999; Bruneau et al., 2002)However, it has been pointed out as a problem in that such a device is applied under the assumption that deformation or load occurring in the axial direction is limited to a specific method, and there is no dissipation capacity for energy and displacement generated in the axial direction due to the earthquake load. (Zahrai et al., 1999; Bruneau et al., 2002)
상기와 같은 종래의 교량보호장치는 다음과 같은 문제점을 안고 있었다.Conventional bridge protection device as described above had the following problems.
첫째, 기존교량 및 신설교량에 대한 적용이 어렵고, 시공을 위해서는 교통통제 등의 부담이 있으며, 특수하게 제작된 고가의 장비의 사용이 필요하는 등 비용의 부담이 크다.First, it is difficult to apply to existing bridges and new bridges, and there is a burden of traffic control for construction, and a high burden of costs such as the use of specially manufactured expensive equipment.
둘째, 지진이 발생하지 않는 평상시에는 교량의 거동에 있어서 특정한 역할을 담당하지 못하므로, 교량의 수명기간 동안 지진이 발생하지 않는다면 아무런 역할을 수행하지 못하게 되어 상대적인 경제적 손실을 감수하여야 한다.Second, since the earthquake usually does not play a specific role in the behavior of the bridge, if the earthquake does not occur during the life of the bridge, it can not play any role and must bear the relative economic loss.
셋째, 교축방향 및 교축직각방향 등 모든 방향의 지진하중에 대하여 저항할 수 없다.Third, it cannot resist seismic loads in all directions, such as the axial direction and the perpendicular direction of the axial direction.
넷째, 희생부재의 탄성 및 소성 거동을 정확히 예측할 수 없으므로, 구조적인 안전성을 확보하기가 곤란하다.Fourth, it is difficult to accurately predict the elasticity and plastic behavior of the sacrificial member, it is difficult to ensure structural safety.
다섯째, 별도의 유지관리가 어렵고, 희생부재의 손상시 교체가 용이하지 않다.Fifth, separate maintenance is difficult, it is not easy to replace when the sacrificial member is damaged.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여, 교량을 지진 하중과 평상시의 고정 및 활하중 그리고 기타 유해한 외력으로부터 안전하게 보호하기 위하여, 다음과 같은 요건을 만족하는 희생부재를 적용한 교량보호장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention is to solve the above problems, to provide a bridge protection device applying a sacrificial member that satisfies the following requirements in order to protect the bridge from seismic loads, ordinary fixed and live loads and other harmful external forces. The purpose.
첫째, 지진하중에 의한 에너지를 효과적으로 소산시키기 위해 희생부재는 연성을 확보하여 부재에 발생하는 변위를 수용함으로써 파괴에 이르기 전에 많은 에너지를 소산시킬 수 있어야 한다.First, in order to effectively dissipate the energy due to the earthquake load, the sacrificial member must be able to dissipate a lot of energy before failure by securing the ductility to accommodate displacement occurring in the member.
둘째, 희생부재의 탄성 및 소성 거동은 예측 가능한 것이어야 하며, 여러번의 반복하중 하에서도 구조적인 안전성을 유지할 수 있어야 한다.Second, the elasticity and plastic behavior of the sacrificial member should be predictable and should be able to maintain structural safety even under multiple repeated loads.
셋째, 희생부재는 비지진시에는 주부재의 구조적인 거동을 향상시킬 수 있는 역할을 하여야 하며, 지진시에는 에너지 소산장치로 거동할 수 있어야 한다.Third, the sacrificial member should play a role to improve the structural behavior of the main member during non-earthquake, and should be able to act as an energy dissipation device during an earthquake.
넷째, 기존교량 및 신설교량에 쉽게 적용할 수 있어야 하며, 기존교량에 설치시 별도의 교통통제없이 작업이 가능한 위치에 설치되어야 한다.Fourth, it should be easily applicable to existing bridges and new bridges, and it should be installed in the place where work can be done without additional traffic control when installed on existing bridges.
다섯째, 희생부재는 간단한 구조적 형태를 가지며, 교축방향 및 교축직각방향의 지진하중에 대하여 저항할 수 있어야 한다.Fifth, the sacrificial member has a simple structural shape and must be able to withstand seismic loads in the axial direction and the perpendicular direction of the axial direction.
여섯째, 별도의 유지관리 등이 없더라도 기능 발현에 문제가 없어야 하며, 2차 부재로서 손상시 용이하게 교체가 가능한 경제적인 구성이어야 한다.Sixth, there should be no problem in function expression even if there is no separate maintenance, etc., and it should be an economical configuration that can be easily replaced when damaged as a secondary member.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 교대(10) 또는 교각(20)의 교좌(30) 상면에 설치되어 상부구조의 바닥(40)을 지지하는 복수개의 거더(100)와; 상기 교좌(30) 위에 위치하는 것으로서 상기 거더(100)와 그 거더(100)에 인접한 거더(100a) 사이에 고정설치됨과 아울러, 심부에 희생부재 관통공(210)이 형성된 희생부재 구속기구(200)와; 상기 거더(100)의 하단부와 그 거더(100)에 인접한 거더(100a)의 하단부를 연결함과 아울러, 상기 희생부재 관통공(210)을 관통하여 설치된 희생부재(300)를; 포함하는 교량보호장치(1)를 제시한다.The present invention is a plurality of girders (100) installed on the upper surface of the
여기서, 상기 거더(100)에는 I형 플레이트 거더(110), 박스 거더(120), 플레이트 거더 등을 모두 적용할 수 있다.Here, the I-girder plate girder 110, the box girder 120, the plate girder and the like can be applied to the
또한, 상기 희생부재(300)는 상기 거더(100) 또는 타 보강용 브레이싱(50)보다 강성이 약한 재질에 의해 형성된 구조를 취하는 것이 바람직하다.In addition, the
또한, 상기 희생부재(300)의 중앙부에는 타 부분보다 좁은 단면을 갖는 응력집중부(310)가 형성되고, 상기 희생부재 구속기구(200)의 희생부재 관통공(210)에는 그 응력집중부(310)가 위치하는 구조를 취하는 것이 바람직하다.In addition, a
또한, 상기 희생부재 구속기구(200)의 희생부재 관통공(210)은 상기 희생부재(300)의 단면에 대응하는 단면을 갖도록 형성된 구조를 취하는 것이 바람직하다.In addition, the sacrificial member through-
또한, 상기 응력집중부(310)는 V자형 홈 구조로써 형성된 구조를 취하는 것이 바람직하다.In addition, the
또한, 상기 희생부재(300)는 두 개의 L형강이 결합되어 ㅗ자형 단면을 갖도록 형성된 구조를 취하는 것이 바람직하다.In addition, the
또한, 상기 거더(100)의 측면에 수직하게 결합된 수직 보강재(60)와, 그 수직 보강재(60)로부터 측방으로 연장형성된 결합판(70)이 더 구비되고, 상기 희생부재(300)의 단부가 상기 결합판(70)에 결합된 구조를 취할 수도 있다.In addition, a
또한, 상기 거더(100)의 측면에 수직하게 결합된 수직 보강재(60)가 더 구비 되고, 상기 희생부재(300)의 단부가 상기 수직 보강재(60)와 상기 거더(100)의 하부 플랜지(101)에 함께 결합된 구조를 취할 수도 있다.In addition, the
또한, 상기 희생부재 구속기구(200)는 상면에 희생부재 장착면이 형성된 받침판(220)과; 상기 받침판(200)의 상면에 결합되어 상기 희생부재 관통공(210)을 형성하는 덮개부(230)를; 구비한 구조를 취하는 것이 바람직하다.In addition, the sacrificial
또한, 상기 희생부재 구속기구(200)의 덮개부(230)는 ㅗ자형 단면 구조를 취하고, 그 덮개부(230)의 외면의 측면과 상면을 연결지지하는 지지판(240)이 더 구비된 구조를 취하는 것이 바람직하다.In addition, the
또한, 상기 희생부재 구속기구(200)의 희생부재 관통공(210)은 그 내면과 상기 희생부재(300)의 응력집중부(310)의 외면 사이가 소정 간격(d) 이격되도록 형성된 구조를 취하는 것이 바람직하다.In addition, the sacrificial member through-
여기서, 상기 간격(d)은 교량 상부구조의 온도변화, 처짐, 콘크리트의 크리이프, 건조수축, 프리스트레스에 따른 부재의 탄성변형 등으로 의한 희생부재(300)의 예상변위에 해당하는 양만큼 형성된 구조를 취하는 것이 바람직하다.Here, the gap (d) is a structure formed by the amount corresponding to the expected displacement of the
또한, 상기 교량보호장치(1)는 상기 교좌(30) 중 가동단에 해당하는 교좌(32)에만 설치될 수도 있고, 상기 교좌(30) 중 가동단에 해당하는 교좌(32) 및 고정단에 해당하는 교좌(31)에 모두 설치될 수도 있으며, 상기 교좌(30)를 모두 가동단에 해당하는 교좌(32)로서 형성하고, 그 교좌(32)에 모두 설치된 구조를 취할 수도 있다.In addition, the
한편, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 수단, 즉, 상기 교량보호장치(1)에 사용되는 희생부재(300)로서, 상기 거더(100) 또는 타 보강용 브레이싱(50)보다 강성이 약한 재질에 의해 형성되고, 중앙부에 타 부분보다 좁은 단면을 갖는 응력집중부(310)가 형성되며, 그 응력집중부(310)는 V자형 홈 구조로써 형성된 것을 특징으로 하는 희생부재(300)를 제시한다.On the other hand, the present invention is another means for achieving the above object, that is, the
본 실시예에서는 희생부재(300)가 두 개의 L형강이 결합되어 ㅗ자형 단면을 갖도록 형성된 구조를 예시하고 있으나, 상기와 같은 기능을 수행할 수 있는 구조인 한, ㄷ자형 단면, 박스형 단면 기타 어떠한 구조를 취하더라도 관계없다.In this embodiment, the
또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 수단, 즉, 상기 교량보호장치(1)에 사용되는 희생부재 구속기구(200)로서, 상면에 희생부재 장착면이 형성된 받침판(220)과; 상기 받침판(200)의 상면에 결합되어 ㅗ자형 단면 구조를 갖는 상기 희생부재 관통공(210)을 형성하는 덮개부(230)를; 포함하는 희생부재 구속기구(200)를 제시한다.In addition, the present invention is another means for achieving the above object, that is, the sacrificial
여기서, 상기 희생부재 구속기구(200)는 덮개부(230)의 외면의 측면과 상면을 연결지지하는 지지판(240)을; 더 구비한 구조를 취하는 것이 바람직하다.Here, the sacrificial
또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 수단, 즉, 상기 교량보호장치(1)를 이용한 교량보강공법으로서, 교량이 설치된 지역의 특성을 고려한 구조해석에 의해 상기 희생부재(300)의 강도 및 상기 응력집중부(310)의 구조를 결정하는 지역특성 고려과정과; 교량 상부구조의 온도변화, 처짐, 콘크리트의 크리이프, 건조수축, 프리스트레스에 따른 부재의 탄성변형 및 지진하중으로 인한 상기 희생부재(300)의 변위를 예측하는 희생부재 변위예측과정과; 상기 희생부재(300)의 변위에 해당하는 양만큼 상기 희생부재 구속기구(200)의 희생부재 관통공(210)의 내면과 상기 희생부재(300)의 응력집중부(310)의 외면 사이가 소정 간격(d) 이격되도록 상기 희생부재(300)와 상기 희생부재 관통공(210)의 크기를 결정하는 부재규격 결정과정과; 상기 거더(100)와 그 거더(100)에 인접한 거더(100a) 사이의 교좌(30) 상면에 상기 희생부재 관통공(210)을 구비한 희생부재 구속기구(200)를 고정설치하는 구속기구 고정설치과정과; 상기 희생부재(300)를 상기 희생부재 구속기구(200)의 관통공(210)을 관통하여 양측 거더(100)의 하단부에 연결하는 희생부재 연결설치과정을; 포함하는 교량보강공법을 제시한다.In addition, the present invention is another bridge for achieving the above object, that is, the bridge reinforcement method using the
여기서, 상기 희생부재 연결설치과정은 상기 거더(100)의 측면에 상기 수직 보강재(60)를 수직하게 결합하는 과정과; 그 수직 보강재(60)의 측방으로 연장형성되도록 상기 결합판(70)을 결합하는 과정과; 상기 희생부재(300)의 단부를 상기 결합판(70)에 결합하는 과정을; 더 구비하여 구성될 수 있다.Here, the sacrificial member connection installation process is the process of vertically coupling the vertical reinforcement (60) to the side of the girder (100); Coupling the coupling plate (70) to extend to the side of the vertical reinforcement (60); Coupling an end of the
또한, 상기 희생부재 연결설치과정은 상기 거더(100)의 측면에 상기 수직 보강재(60)를 수직하게 결합하는 과정과; 상기 희생부재(300)의 단부를 상기 수직 보강재(60)와 상기 거더(100)의 하부 플랜지(101)에 함께 결합하는 과정을; 더 구비하여 구성될 수도 있다.In addition, the sacrificial member connection installation process is the process of vertically coupling the vertical reinforcement (60) to the side of the girder (100); Coupling the end of the sacrificial member (300) together with the vertical reinforcement (60) and the lower flange (101) of the girder (100); It may be further provided.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 16은 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서, 도 1은 사시도, 도 2는 I형 플레이트 거더교에 적용된 경우의 정면도, 도 3은 박스 거더교에 적용된 경우의 정면도, 도 4는 희생부재의 사시도, 도 5는 희생부재 구속기구의 사시도, 도 6은 희생부재 및 구속기구의 횡단면도, 도 7은 희생부재의 교축방향 거동을 도시한 평면도, 도 8은 거더와 희생부재의 연결부가 I형 플레이트 거더교에 적용된 제1실시예의 사시도, 도 9는 거더와 희생부재의 연결부가 박스 거더교에 적용된 제1실시예의 사시도, 도 10은 거더와 희생부재의 연결부가 I형 플레이트 거더교에 적용된 제2실시예의 사시도, 도 11은 거더와 희생부재의 연결부가 박스 거더교에 적용된 제2실시예의 사시도, 도 12는 희생부재의 교축직각방향 거동을 도시한 종단면도, 도 13은 교대 또는 교각의 교좌에 교량보호장치가 설치된 구조의 정면도, 도 14는 교좌에 교량보호장치가 설치된 제1실시예의 측면도, 도 15는 교좌에 교량보호장치가 설치된 제2실시예의 측면도, 도 16은 교좌에 교량보호장치가 설치된 제3실시예의 측면도이다.1 to 16 show an embodiment of the present invention, Figure 1 is a perspective view, Figure 2 is a front view when applied to the type I plate girder bridge, Figure 3 is a front view when applied to the box girder bridge, Figure 4 5 is a perspective view of the sacrificial member restraint mechanism, FIG. 6 is a cross-sectional view of the sacrificial member and the restraint mechanism, FIG. 7 is a plan view showing the axial direction of the sacrificial member, and FIG. 8 is a connecting portion of the girder and the sacrificial member. 9 is a perspective view of a first embodiment applied to an I-type plate girder bridge, FIG. 9 is a perspective view of a first embodiment in which a connection of a girder and a sacrificial member is applied to a box girder bridge, and FIG. 11 is a perspective view of a second embodiment in which the connecting portion of the girder and the sacrificial member is applied to a box girder bridge, FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing the axially perpendicular behavior of the sacrificial member, and FIG. 13 is a bridge of alternating or piers. 14 is a side view of a first embodiment in which a bridge protection device is installed in a bridge, FIG. 15 is a side view of a second embodiment in which a bridge protection device is installed in a bridge, and FIG. 16 is a bridge in a bridge. Side view of the third embodiment in which the protection device is installed.
도시된 바와 같이, 본 발명은 교대(10) 또는 교각(20)의 교좌(30) 상면에 설치되어 상부구조의 바닥(40)을 지지하는 복수개의 거더(100)와; 상기 교좌(30) 위에 위치하는 것으로서 상기 거더(100)와 그 거더(100)에 인접한 거더(100a) 사이에 고정설치됨과 아울러, 심부에 희생부재 관통공(210)이 형성된 희생부재 구속기구(200)와; 상기 거더(100)의 하단부와 그 거더(100)에 인접한 거더(100a)의 하단부를 연결함과 아울러, 상기 희생부재 관통공(210)을 관통하여 설치된 희생부재(300)를; 포함하여 구성된다.As shown, the present invention is a plurality of girders (100) installed on the upper surface of the
즉, 거더(100)와 인접 거더(100a) 사이에 희생부재 관통공(210)을 구비한 희생부재 구속기구(200)를 설치하고, 그 거더(100)와 인접 거더(100a) 사이에 희생부재(300)를 상기 관통공(210)을 관통하여 설치함으로써, 희생부재(300)의 교축방향 거동을 희생부재 구속기구(200)에 의해 구속하도록 한 것이다.That is, the sacrificial
희생부재(300)는 구조물의 횡방향 지지조건을 만족하도록 거더(100)와 인접 거더(100a)의 하단부를 연결하는 구조로 설치되므로, 지진 하중에 이르지 못한 외력이 작용하는 경우, 그 희생부재(300)가 2차부재로서 작용하여, 교량 단면 형상의 유지, 강성의 확보, 횡하중의 교좌로의 원활한 전달 등의 역할을 하게 된다.The
또한, 희생부재(300)는 희생부재 구속기구(200)의 관통공(210)을 통과하여 설치됨으로써 그 횡방향 거동이 구속되므로, 지진 하중에 이르는 큰 외력이 작용함으로써, 교량 상부구조와 하부구조의 상대적 거동이 증가하는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 희생부재(300)는 구속기구(200)의 구속에 의해 휨거동을 일으키게 되는데, 이는 희생부재(300)가 탄성영역을 벗어나 소성거동을 일으킴을 의미하며, 이와 같은 반복적인 히스테리시스거동에 따라 지진하중에 의해 교량에 유입된 에너지가 소산되는 것이다.In addition, the
본 발명에 의한 교량보호장치는 거더(100)와 인접 거더(100a)의 하단부를 브레이싱의 일종인 희생부재(300)에 의해 연결하는 구성을 취하므로, 거더에 의해 상부구조와 하부구조를 연결하는 구조의 교량이면 어느 것이나 적용이 가능한 바, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 I형 플레이트 거더(110)가 적용된 I형 플레이트 거더교의 경우도 적용이 가능하고, 도 3에 도시된 바와 같이 박스 거더(120)가 적용된 박스 거더교의 경우도 적용이 가능하며, 이와 같이 형교(girder bridge)의 구조를 취하는 한, 단순교, 연속교, 강교, 콘크리트교에 모두 적용이 가능하다.Bridge protection device according to the present invention takes the configuration to connect the lower end of the
본 발명에 있어서 희생부재(300)는 지진하중 하에서 히스테리시스거동에 의해 그 하중을 소산시키는 희생부재의 역할을 수행할 뿐만 아니라, 평상시 사용하중 하에서는 2차 보강부재의 역할을 동시에 수행하므로, 어느 정도 이상의 강도를 갖출 것이 요구되지만, 지나친 강성을 가질 경우 그 희생부재(300)의 양측에 연결된 거더(100)에 손상을 입힐 우려가 있는 바, 상기 거더(100) 또는 타 보강용 브레이싱(50)보다 강성이 약한 재질에 의해 형성된 구조를 취하는 것이 바람직하다.In the present invention, the
또한, 지진하중시 희생부재(300)의 히스테리시스거동이 보다 용이하게 일어나도록 하기 위해서는, 희생부재(300)의 중앙부에 타 부분보다 좁은 단면을 갖는 응력집중부(310)가 형성되고, 희생부재 구속기구(200)의 희생부재 관통공(210)에 그 응력집중부(310)가 위치하는 구조를 취하는 것이 바람직하다.In addition, in order for the hysteresis behavior of the
여기서, 응력집중부(310)는 V자형 홈 구조로써 형성된 구조를 취하는 것이 제조 및 시공의 용이성 측면, 구조 해석의 명확화 측면 등에서 보다 바람직하다.Here, the
이와 같은 희생부재(300)의 재질이나 단면 형상 등은 임의 변형이 얼마든지 가능한 것이므로, 실제 교량이 설치되는 지역의 지질학적 특성에 적합한 보호장치의 설계 및 시공이 가능한 것이다.Since the material or the cross-sectional shape of the
예컨대, 우리나라와 같은 중약진 지역의 경우는 2차 보강부재의 역할이 강조되도록 설치하는 것이 바람직하며, 일본과 같은 강진 지역의 경우는 희생부재 본래의 역할이 강조되도록 설치하는 것이 바람직한 것이다.For example, it is preferable to install the reinforcing member to emphasize the role of the secondary reinforcing member, such as in Korea, and in the case of a strong earthquake region such as Japan, it is preferable to install the original role of the sacrificial member.
또한, 지진하중시 희생부재 구속기구(200)에 의해 희생부재(300)의 거동을 보다 확실하게 구속하기 위해서는, 희생부재 구속기구(200)의 희생부재 관통공(210)이 희생부재(300)의 단면에 대응하는 단면을 갖도록 형성된 구조를 취 하는 것이 바람직하다.In addition, in order to more reliably restrain the behavior of the
즉, 도 12(도 2의 B-B 단면)에 도시된 바와 같이, 희생부재(300)의 응력집중부(310)가 V자형 홈 구조로서 형성되고, 희생부재 구속기구(200)의 희생부재 관통공(210)이 상기 희생부재(300)의 단면(V자형 홈 구조)에 대응하는 단면을 갖도록 형성될 경우, 희생부재 구속기구(200)는 희생부재(300)의 교축방향(횡방향) 거동을 구속하여 응력집중부(310)의 소성파괴를 유도할 뿐만 아니라, 희생부재(300)의 교축직각방향(종방향) 거동도 함께 구속하므로, 리스트레이너(restrainer)의 역할도 함께 수행하게 되는 것이다.That is, as shown in FIG. 12 (BB cross section in FIG. 2), the
또한, 희생부재(300)가 2차 보강부재로서의 역할을 보다 확실히 수행하도록 하기 위해서는, 교축방향으로 양방향의 상대거리의 움직임에 저항할 수 있도록, 두 개의 L형강이 결합되어 ㅗ자형 단면을 갖도록 형성된 구조를 취하는 것이 바람직하다.In addition, in order to ensure that the
이러한 구조는 희생부재(300)의 면의 좌굴 및 국부좌굴에 대한 저항력을 높이는 역할도 기대할 수 있도록 한다.This structure can also be expected to increase the resistance to buckling and local buckling of the surface of the
또한, 거더(100)와 희생부재(300)를 연결함에 있어서도, 교량이 설치되는 지역의 지질학적 특성을 고려하여, 거더(100)가 부담하는 하중의 양을 최소화하여 손상을 방지하는 구조를 취할 수 있다.In addition, even when connecting the
즉, 중약진 지역의 경우는 희생부재(300)의 변형량이 크지 않을 것인 바, 일반적으로 교량에 보강 브레이싱을 설치하는 방식에 따라, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 거더(100)의 측면에 수직하게 결합된 수직 보강재(60)와, 그 수직 보강 재(60)로부터 측방으로 연장형성된 결합판(70)이 더 구비되고, 상기 희생부재(300)의 단부가 상기 결합판(70)에 결합된 구조를 취하는 것이 바람직하다.That is, in the case of the weakly weakened area, the deformation amount of the
그러나, 강진 지역의 경우 희생부재(300)의 변형량이 클 것이므로, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 거더(100)의 측면에 수직하게 결합된 수직 보강재(60)가 더 구비되고, 희생부재(300)의 단부가 수직 보강재(60)와 거더(100)의 하부 플랜지(101)에 함께 결합된 구조를 취함으로써, 지진하중시 거더(100)에 비해 상대적으로 강성이 약한 재질에 의해 형성된 희생부재(300) 만이 소성변형을 일으키도록 하고, 거더(100)에는 탄성영역 내의 변형만 발생하도록 하는 것이 바람직하다.However, since the deformation amount of the
여기서, 거더(100), 수직 보강재(60) 및 희생부재(300)의 결합은 볼팅 결합, 용접 결합 기타 어느 구조를 선택하더라도 관계없으며, 본 실시예에서는 볼팅 및 용접이 모두 이루어진 구조를 제시하였다.Here, the coupling of the
희생부재 구속기구(200)는 심부에 희생부재 관통공(210)이 형성되어 이를 관통하는 희생부재(300)의 거동을 구속할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하며, 도 5에서는, 상면에 희생부재 장착면이 형성된 받침판(220)과; 상기 받침판(200)의 상면에 결합되어 상기 희생부재 관통공(210)을 형성하는 덮개부(230)를; 구비한 구조를 실시예로서 제시하였다.The sacrificial
또한, 상술한 바와 같이, 두 개의 L형강이 결합되어 ㅗ자형 단면을 갖도록 형성된 구조의 희생부재(300)를 적용할 경우, 희생부재 구속기구(200)의 구성도 이에 대응하도록 하는 것이 바람직한 바, 상기 희생부재 구속기구(200)의 덮개부(230)가 ㅗ자형 단면 구조를 취하고, 그 덮개부(230)의 외면의 측면과 상면 을 연결지지하는 지지판(240)이 더 구비된 구조를 취하는 것이 효과적이다.In addition, as described above, when applying the
한편, 도 6(도 2의 A-A 단면)에 도시된 바와 같이, 희생부재 구속기구(200)의 희생부재 관통공(210)은 그 내면과 상기 희생부재(300)의 응력집중부(310)의 외면 사이가 소정 간격(d) 이격되도록 형성됨으로써, 교량 상부구조의 온도변화, 처짐, 콘크리트의 크리이프, 건조수축, 프리스트레스에 따른 부재의 탄성변형 등으로 의한 희생부재(300)의 예상변위를 확보할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Meanwhile, as shown in FIG. 6 (AA section of FIG. 2), the sacrificial member through
즉, 지진하중이 발생하지 않은 상황 하에서 희생부재(300)는 2차 보강부재의 역할을 수행해야 하는 것이므로, 상기와 같은 일반적 하중의 재하시 희생부재(300)가 희생부재 구속기구(200)에 의해 구속되어 소성변형을 일으키는 것은 오히려 교량의 보호를 위해 바람직하지 않은 바, 희생부재(300)와 희생부재 관통공(210) 사이의 간격이 소정 이격되어 있는 것이 효과적인 것이다.That is, since the
다만, 그 이격 거리가 지나칠 경우, 지진하중이 발생한 상황에서도 희생부재 구속기구(200)가 희생부재(300)를 구속하여 소성변형을 일으키지 못할 우려가 있으므로, 상기 이격 거리는 지진하중 이하의 일반적 하중에 의해 발생할 수 있는 희생부재(300)의 예상변위에 해당하는 양을 초과하지 않도록 하는 것이 바람직하다.However, if the separation distance is excessive, since the sacrificial
본 발명에 의한 교량보호장치(1)는 도 13에 도시된 바와 같이, 교대(10) 또는 교각(20)의 교좌(30) 위에 위치하는 것으로서 복수개의 거더(100)의 사이에 설치되는데, 여기서 교좌(30)가 고정단(31)인가 가동단(32)인가에 따라 3가지 설치방법이 있을 수 있다.
첫째, 도 14에 도시된 바와 같이, 교량보호장치(1)는 교좌(30) 중 가동단에 해당하는 교좌(32)에만 설치될 수 있다.First, as shown in FIG. 14, the
즉, 고정단의 교좌(31)에는 교량보호장치(1)를 설치하지 않고, 가동단의 교좌(32)에만 이를 설치한 구조로서, 기존교량에 교량보호장치를 적용하는 경우 가장 적합한 방식이라 할 수 있다.In other words, the bridge 31 of the fixed end is installed in the bridge 32 of the movable end without installing the bridge protection device (1), it is the most suitable way to apply the bridge protection device to the existing bridge Can be.
둘째, 도 15에 도시된 바와 같이, 교량보호장치(1)가 가동단의 교좌(32)와 고정단의 교좌(31)에 모두 설치될 수 있다.Second, as shown in FIG. 15, the
이는 교량 상부구조의 관성력이 과도하게 발생함에 따라 고정단의 교좌(31)의 전단파괴 우려가 있는 경우 적합한 방식이라 할 수 있다.This may be a suitable method when there is a fear of shear failure of the bridge 31 of the fixed end due to excessive inertia of the bridge superstructure.
지진이 발생하면 먼저 가동단의 교좌(32)의 교량보호장치(1)가 교량 상부구조와 하부구조의 상대거리차에 의해 항복하게 되고, 이후 하중의 증가에 따라 고정단의 교좌(31)도 항복에 이르게 되는데, 본 발명에 의한 교량보호장치(1)는 희생부재(300)의 소성변형에 의해 교량의 취성 파괴를 방지하도록 하는 바, 결과적으로 고정단의 교좌(31)의 급격한 파괴에 의한 교량의 낙교 등을 방지할 수 있게 된다.When an earthquake occurs, first, the
셋째, 도 16에 도시된 바와 같이, 교량의 양 교좌(30)를 모두 가동단의 교좌(32)로서 설치하고, 교량보호장치(1)를 그 가동단의 교좌(32)에 모두 설치할 수도 있다.Third, as shown in FIG. 16, both
이러한 구조는 상부구조의 내진분리효과와 교량보호장치에 의한 에너지 소산효과를 모두 기대할 수 있도록 한다.This structure makes it possible to expect both the seismic separation effect of the superstructure and the energy dissipation effect by the bridge protection device.
또한, 이와 같은 가동단 구조의 교량에 있어서는 상부구조의 교축방향 변위가 문제될 수 있는데, 본 발명에 의한 교량보호장치(1)가 설치될 경우, 희생부재(300)가 상부구조의 교축방향 변위를 일정량 구속하게 되는 바, 인접한 진동계 간의 상부구조의 충돌을 방지하는 역할도 함께 수행하게 된다.In addition, in the bridge of such a movable end structure, the axial displacement of the superstructure may be a problem. When the
또한, 종래의 일반적인 교량에 있어서는, 지진하중으로 인하여 교축직각방향으로 발생한는 관성력이 교축직각방향으로 구속되어 있는 특정 받침에 집중되어 그 특정 받침의 손상 및 파손이 문제시되고 있었음에 비해, 본 실시예와 같은 구조를 취할 경우, 교축직각방향에 대한 특정 받침의 구속없이 교량보호장치(1)에 의해서만 교축직각방향에 대한 거동을 제어하게 되므로, 상기와 같은 교량의 손상을 방지할 수 있는 것이다.In addition, in the conventional general bridge, the inertia force generated in the perpendicular direction of the bridge due to the earthquake load is concentrated on the specific bearing which is restrained in the perpendicular direction of the bridge, and the damage and the damage of the specific bearing have been considered. In the case of the same structure, since the behavior in the perpendicular direction of the bridge is controlled only by the
또한, 상기 도 12에서는 희생부재(300)의 응력집중부(310)가 V자형 홈 구조로서 형성되고, 희생부재 구속기구(200)의 희생부재 관통공(210)이 희생부재(300)의 단면(V자형 홈 구조)에 대응하는 단면을 갖도록 형성된 구조를 제시한 바 있는데, 이러한 구조가 본 실시예에 적용되는 경우, 상부구조의 교축직각방향의 거동을 구속하는 리스트레이너(restrainer)의 역할을 보다 효과적으로 수행할 수 있는 것이다.In addition, in FIG. 12, the
이하, 본 발명에 의한 교량보호장치를 이용한 교량보강공법에 관하여 설명한다.Hereinafter, a bridge reinforcement method using the bridge protection device according to the present invention will be described.
상술한 바와 같이, 본 발명은 교량의 설치된 지역의 특성을 고려하여 그에 적합한 구조의 교량보호장치를 시공할 수 있다는 특징을 갖는 바, 우선 교량이 설치된 지역의 특성을 고려한 구조해석에 의해 희생부재(300)의 강도 및 그 희생부재(300)의 응력집중부(310)의 구조를 결정한다.As described above, the present invention is characterized in that it is possible to construct a bridge protection device having a suitable structure in consideration of the characteristics of the area in which the bridge is installed, firstly by the structural analysis considering the characteristics of the area in which the bridge is installed, The strength of the 300 and the structure of the
희생부재(300)가 희생부재 구속기구(200) 내에서 적절한 간격(d)만큼 이격되어 구속되는 구조를 취할 수 있도록, 교량 상부구조의 온도변화, 처짐, 콘크리트의 크리이프, 건조수축, 프리스트레스에 따른 부재의 탄성변형 및 지진하중에 의한 희생부재(300)의 변위를 예측한다.According to the temperature change, deflection, creep of concrete, dry shrinkage and prestress of the bridge superstructure so that the
예측된 희생부재(300)의 변위에 해당하는 양만큼 희생부재 구속기구(200)의 희생부재 관통공(210)의 내면과 희생부재(300)의 응력집중부(310)의 외면 사이가 소정 간격(d) 이격되도록 희생부재(300)와 희생부재 관통공(210)의 크기를 결정한다.A predetermined interval is formed between the inner surface of the sacrificial member through
이와 같이 희생부재(300) 및 희생부재 구속기구(200)의 규격이 결정되면, 이를 교량에 설치하게 되는데, 우선 거더(100)와 그 거더(100)에 인접한 거더(100a) 사이의 교좌(30) 상면에 상기와 같은 과정에 의해 결정된 크기의 희생부재 관통공(210)을 구비한 희생부재 구속기구(200)를 고정설치한다.As such, when the size of the
다음, 상기 희생부재(300)를 희생부재 구속기구(200)의 관통공(210)을 관통하여 양측 거더(100)의 하단부에 연결한다.Next, the
여기서, 희생부재(300)를 거더(100)에 연결하는 방식은 2가지가 있을 수 있다.Here, there may be two ways of connecting the
첫째, 희생부재(300)의 변형량이 크지 않은 중약진 지역의 경우, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 거더(100)의 측면에 수직 보강재(60)를 수직하게 결합하고, 그 수직 보강재(60)의 측방으로 연장형성되도록 결합판(70)을 결합한 후, 희생부재(300)의 단부를 상기 결합판(70)에 결합하는 방식을 취한다.First, in the case of a weak weak area where the amount of deformation of the
둘째, 희생부재(300)의 변형량이 클 것으로 예상되는 강진 지역의 경우, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 거더(100)의 측면에 수직 보강재(60)를 수직하게 결합하고, 희생부재(300)의 단부를 수직 보강재(60)와 거더(100)의 하부 플랜지(101)에 함께 결합하는 방식을 취함으로써, 지진하중 발생시 거더(100)에 비해 상대적으로 강성이 약한 재질에 의해 형성된 희생부재(300) 만이 소성변형을 일으키도록 하고, 거더(100)에는 탄성영역 내의 변형만 발생하도록 한다.Second, in the case of the strong earthquake area where the deformation amount of the
지진하중에 의해 발생하는 교각의 히스테리시스 에너지와 지반에 대한 상대변위는 지진에 의한 교각의 손상정도를 결정짓는 중요한 요소가 된다. 과대한 히스테리시스 에너지와 상대변위는 교각의 손상을 야기시키며 교량 전체의 안전을 위협하기 때문이다.The hysteresis energy of the bridge piers caused by the earthquake load and the relative displacement of the ground are important factors in determining the damage of the piers due to the earthquake. Excessive hysteresis energy and relative displacement cause damage to the bridge and threaten the safety of the bridge as a whole.
도 17 및 도 18은 본 발명에 의한 교량보호장치를 플레이트 거더교의 일부에 적용하고 그 거동을 모의실험한 결과를 도시한 그래프로서, 도 17은 교량보호장치를 적용하지 않은 경우이고, 도 18은 교량보호장치를 적용한 경우이다.17 and 18 are graphs showing the results of applying the bridge protection device according to the present invention to a part of a plate girder bridge and simulating its behavior, FIG. 17 is a case in which the bridge protection device is not applied, and FIG. This is the case when the bridge protection device is applied.
최대지반가속도 0.2g의 지진하중을 받는 교량 시스템의 교각에서 교량보호장치의 적용에 따른 히스테리시스 에너지의 총입력 에너지에 대한 비율을 나타낸 것으로서, 교량보호장치를 적용한 경우, 교각의 히스테리시스 에너지 및 변형율이 현저히 감소하고 있음을 알 수 있다.The ratio of the total input energy of hysteresis energy according to the application of the bridge protection device in the bridge system of the bridge system subjected to the earthquake load with the maximum ground acceleration of 0.2 g. It can be seen that the decrease.
본 발명은 비지진시에는 주부재의 구조적인 거동을 향상시킬 수 있는 2차 보강부재의 역할을 수행함과 아울러, 지진시에는 소성거동에 의해 에너지 소산장치로 거동하여 교량 주부재를 보호할 수 있도록 하고, 탄성 및 소성 거동을 예측할 수 있는 구조로서 반복하중 하에서도 구조적인 안전성을 유지할 수 있도록 하며, 별도의 교통통제없이 기존교량 및 신설교량에 쉽게 적용할 수 있도록 하고, 교축방향 뿐만아니라 교축직각방향의 지진하중에 대하여도 저항할 수 있도록 하며, 별도의 유지관리 등이 없더라도 기능 발현에 문제가 없고, 2차 부재로서 손상시 용이하게 교체가 가능한 경제적인 구조의 희생부재를 적용한 교량보호장치를 제공한다.The present invention serves to serve as a secondary reinforcing member to improve the structural behavior of the main member during non-earthquake, and to protect the bridge main member by acting as an energy dissipation device by plastic behavior during an earthquake. As a structure that can predict elasticity and plastic behavior, it can maintain structural safety even under repeated loads, and can be easily applied to existing bridges and new bridges without additional traffic control. It provides resistance to load, and there is no problem in function expression even if there is no separate maintenance, etc., and provides a bridge protection device applying a sacrificial member of economical structure that can be easily replaced when damaged as a secondary member.
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