강철도교의 한계상태설계법 개발을 위한 압축부재설계기준 분석 및 개정(안) 제안 :Design Evaluation of Compression Members for the Development of Limit State Design for Steel Railway Bridges

김준희

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김준희 (인천대학교, 인천대학교 일반대학원)

지도교수: 심형보

발행연도: 2021

저작권: 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수12

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2023

강철도교 압축부재의 한계상태설계법 분석

김준희 , 심형보 대한토목학회 학술대회 2023.10 학술대회자료

2021

강철도교의 한계상태설계법 개발을 위한 압축부재설계기준 분석 및 개정(안) 제안

김준희 건설환경공학과 2021.01 학위논문

2020

강철도교의 한계상태설계법 개발을 위한 국내외 압축부재 설계기준 비교·분석

김준희 , 심형보 한국강구조학회 학술대회 발표집 2020.06 학술대회자료

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현재 국내의 강철도교는 허용응력설계법을 사용하고, 일반 도로교는 한계상태설계법을 사용 중이다. 전세계적으로 가장 널리 쓰이는 설계법이 확률 및 통계이론에 근거한 신뢰도기반 한계상태설계법이며, 기존에 사용되었던 경험에 의존하는 허용응력설계법은 감소하는 추세이고 한계상태설계법으로의 전환이 요구된다. 이 연구에서는 강철도교의 한계상태설계법으로의 전환을 위해 압축부재 설계기준 분석 및 개정(안)을 제안하였다.
국내 강철도교 설계기준(허용응력설계법)은 일본의 강구조물설계기준을, 도로교 설계기준(한계상태설계법)은 미국의 강구조설계기준을 준용하였기 때문에 설계에 대한 철학이 일부 달라 이에 대한 면밀한 분석이 필요하다. 이 논문에서는 압축부재에 대한 국내외 설계기준 및 배경 이론을 비교·분석하여 강철도교의 한계상태설계법으로의 전환을 위해 필요한 전체좌굴 강도식 및 국부좌굴 관련 기준을 제안하였다.
압축부재의 주요 파괴모드인 전체좌굴의 각 설계기준별 강도식을 무차원 세장변수(λ_c)를 사용하여 분석한 결과, 강철도교는 도로교설계기준의 강도식을 준용하되 저항수정계수(0.95)를 사용하는 개정(안)을 제안하였고 이에 따른 신뢰도분석을 수행하여 그의 적정성을 확인하였다. 국부좌굴 관련 변수는 도로교 설계기준을 준용하되 상시 또는 가설시의 사용응력 수준을 고려하여 판의 최대 폭-두께 비를 늘릴 수 있는 방안으로 완화계수를 제안하였다. 또한, 국부좌굴 발생에 대한 강도감소의 방법으로, 기존의 Q저감계수방법 대신 Eurocode 및 미국 강구조 설계기준에서 사용중인 유효폭 개념을 제시하였다. 위와 같은 개정(안)의 적용으로 기존보다 더욱 합리적이고 경제적인 강철도교의 설계가 가능할 것으로 기대된다.

Currently, the steel railway bridge in Korea uses the Allowable Stress Design(ASD) method, and the general road bridge uses the Limit State Design(LSD) method. The most widely used design method in the world is the reliability-based LSD based on the probability and statistical theory. The use of ASD based on the past experience is decreasing and it is necessary to switch to the LSD approach. In this research, we proposed a revision of the compression member design criteria for the transition to the LSD of steel railway bridge.
Since the ASD design criteria of Korean steel railway bridges are based on the design criteria of Japanese steel structures and the LSD design criteria of road bridges are based on the AISC design criteria, the comparison of design criteria with different philosophy of design was performed.
In this paper, we analyzed and compared domestic and overseas design criteria as well as their background theories for compression members, and proposed a global buckling strength formula and local buckling criteria necessary for the transition to the LSD of steel railway bridges.
As a result of analyzing each design criteria about global buckling, which is the main failure mode of the compression member, using the dimensionless slenderness ratio (λ_c), we proposed a revision using the resistance correction factor (0.95) while applying the same strength formula as in the road bridge design criteria.
The local buckling-related variables are applied to the road bridge design criteria, but the relaxation factor is proposed for steel railway bridges as a way to increase the maximum width-thickness ratio of the plate considering the working stress levelin the member. In addition, as a method of reducing the strength of local buckling, the effective width concept used in Eurocode and AISC design criteria was presented instead of the Q reduction factor method. it is expected that the design of the steel railway bridge will be more rational and economical than the current ones by applying the above revision of design.

#강철도교 #한계상태설계법 #압축부재 #좌굴 #판의 폭-두께 비 #완화계수

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목적 및 범위 3
1.3 국내외 연구동향 4
제 2 장 압축부재 설계기준 분석 6
2.1 일반사항 6
2.2 전체좌굴(global buckling) 설계기준 10
2.2.1 배경이론 10
2.2.2 강교설계기준[한계상태설계법, KDS 24 14 31] 11
2.2.3 강교설계기준[허용응력설계법, KDS 24 14 30] 15
2.2.4 Eurocode 17
2.3 국부좌굴(local buckling) 설계기준 21
2.3.1 배경이론 21
2.3.2 강교설계기준[한계상태설계법, KDS 24 14 31] 23
2.3.3 강교설계기준[허용응력설계법, KDS 24 14 30] 27
2.3.4 Eurocode 32
2.4 유효좌굴길이와 제한세장비 38
제 3 장 압축부재 설계기준 비교 및 개정(안) 제안 42
3.1 개요 42
3.2 전체좌굴 강도식 43
3.2.1 설계기준별 강도식 비교 43
3.2.2 전체좌굴 강도식 보정 및 개정(안) 46
3.3 국부좌굴관련 기준 48
3.3.1 설계기준별 판의 폭-두께비 규정 비교 48
3.3.2 판 폭-두께 비 완화계수 분석 및 개정(안) 49
3.3.3 좌굴강도 산정 시 유효폭 개념 51
3.3.4 유효폭 개념 적용 개정(안)에 따른 효과 분석 53
3.4 유효좌굴길이 산정 기준 55
제 4 장 압축부재 설계기준 개정(안)에 대한 신뢰도분석 56
4.1 신뢰도분석 이론 56
4.1.1 설계 개념(ASD, SD, LSD) 56
4.1.2 신뢰도지수 산정 방법 59
4.2 신뢰도분석 결과 및 개정(안) 적정성 검토 63
4.2.1 저항강도의 통계특성 63
4.2.2 하중의 통계특성과 하중조합 64
4.2.3 개정(안)의 저항수정계수에 따른 신뢰도지수 66
제 5 장 결론 71

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