아이오컨스텍

BR GIRDER 개발배경

사교/곡선교에 대한 비틀림 저항성 하락지상동바리 배제
시공 시 뒤틀림(warping) 저항성능 확보를 위해 과도한 보강재 및 2차부재 사용지상동바리 배제
사교에서 거더-단(지점)가로보 연결부 성능 확보 어려움

BR GIRDER 공법개요

뒤틀림(warping torsion) 저항성능을 향상시키고, 사각에 관계없이 단부가로보를 강거더에 견고하게 연결할 수 있으며, 지압보강재의 구조성능을 향상시킬 수 있는 반원기둥 지압보강재가 형성된 강판형교 (특허 10-2051255)

시안전성 검증이 완료된 전통적인 강편형교 (LRFD 설계 준수)
자중의 증가 없이 간단한 공정으로 좌굴성능 향상
사교/곡선교에서 횡비틀림 저항성능 향상

주요특징

구조안전성 증대
- - 반원기둥 보강재의 뒤틀림 구속(torsional warping restraint) 효과로 시공 중 안전성 증대
- - 사교에서 Bent Plate 없이 가로보가 항상 수직으로 연결되어 연결강성 확보
- - 반원기둥 보강재 내부에 Mortar 채움으로 성능향상 및 안전성 증대
제작 및 시공 용이
- - 다양한 사각에도 일관된 상세 제공
- - 좌굴성능 증대로 총 가로보 수 감소
- - 사각에 관계없이 가로보가 반원기둥 지압보강재에 수직으로 연결되어 시공 용이
Lateral Bracing System
- - 풍하중에 저항하는 Lateral Bracing System은 완성된 교량에서 역할 상실
- - 평면곡선교와 장대교에서 시공 중 횡방향 안전성 위해 검토 필요
- - 하연에 설치되는 Lateral Bracing은 피로에민감, 제조단가 상승, 설치 및 유지보수 비용 증대로 미설치 권장 [Bridge Engineering Handbook(2nd, CRC Press), Bridge Design Practice (4th, Caltrans)]

BR GIRDER 공법개요

기존 공법 개선

뒴변형(warping deformation) 발생 시 연결판 변형가로보 좌굴 발생
사교에서 지압보강재 및 받침에 뒤틀림 발생
사각이 심한 교량(15 ˚ 이상) 굽힘판 적용연결 강성 저하
폐합형 반원기둥 보강재가 뒤틀림 변형 방지
사각과 관계없이 가로보가 반원기둥 보강재에 수직으로 연결굽힘판 불필요
콘크리트 충전으로 뒤틀림 저항성능 향상

주요특징

제작 및 시공 용이
- - 사각에 관계없이 가로보가 반원기둥 보강재에 수직 연결
- - Bent Plate 불필요
- - 좌굴성능 향상으로 가로보 개소 감소
구조안전성 증대
- - 거더의 뒤틀림 구속 향상
- - Bent Plate로 인한 강성 저하 없이 견고한 연결부 제공 ▶ 반원기둥 변형 방지 및 뒤틀림 강성 향상
- - 반원기둥 내부에 콘크리트 충전
가설시 안전성 증대
- - 좌굴성능 증가로 가설시 횡비틀림 좌굴 방지

연구 사례 (해외)

연구 수행 기관 : Center for Transportation Research at The University of Texas at Austin
실험체 제원(2본) : 유효지간 = 56ft(17m), 거더 간격 = 10ft(3m), 비지지 길이 = 28ft(8.5m)
비틀림 강성 70% 이상 향상
좌굴성능 50% 향상

성능검증

기존 공법 개선

18.3m 교량에서 Half Pipe Type(BR Girder)은 Bent Plate Type에 중간가로보를 추가한 모델과 동등 이상의 성능 확인
횡방향 변위 및 회전각을 감소시켜 횡비틀림 좌굴에 대한 안전성 확보에 유리

구분	단부 수평변위(mm)	중앙부 수평변위(mm)	단부 회전각( ˚ )	중앙부 회전각( ˚ )
MODEL Ⅰ	13.477	25.922	1.00	2.54
MODEL Ⅱ	0.615 (Model Ⅰ의 4.6%) (Model Ⅲ의 11.9%)	8.565 (Model Ⅰ의 33.0%) (Model Ⅲ의 97.2%)	0.10 (Model Ⅰ의 10.0%) (Model Ⅲ의 26.3%)	0.74 (Model Ⅰ의 29.1%) (Model Ⅲ의 97.4%)
MODEL Ⅲ	5.147	8.815	0.38	0.76

※ 경간 : 18.3m, 거더 간격 : 2.4m, 사각 : 60°, 형고 : 787mm, 하중(거더 중앙부 편심하중) : 35.6kN

사각에 따른 연결부 성능 검증

Bent Plate Type은 사각 15° 증가에 따라 약 18% 응력 증가 (굽힘판 응력 집중)
Half Pipe Type은 사각에 따른 응력 증가 없음 (Bent Plate Type 대비 응력 44% ~ 64% 감소)

콘크리트 충전 성능 검증

크리트 충전 시 Half Pipe 응력 약 74% 감소
콘크리트 충전 시 접합부 응력 약 82% 감소

BR GIRDER 공법개요

표준 형고

단경간
경간(m)	Steel Box	SBarch	HDBox	BR거더
40	2.2	-	2.0	1.7
50	2.5	2.0	2.2	2.1
60	3.0	2.4	2.6	2.5
70	3.7	3.0	3.0	2.9
80	4.4	3.5	-	3.3

연속경간
경간(m)	DCB	HDBox	PUS	BR거더
40+50+40=130	1.8/1.8	1.8/2.4	1.8	1.7
50+60+50=160	1.8/2.1	2.0/2.6	2.2	2.1
55+70+55=180	2.0/2.5	2.1/3.0	2.4	2.3
65+80+65=210	2.3/2.9	2.3/3.0	2.8	2.4
70+90+70=230	2.6/3.2	2.5/3.2	3.0	2.9

교량 면적당 강중

단경간

연속경간

공법비교

구분	아치 형태 콘크리트 충전 강판형교	전통적 강(개구제)박스 거더교	BR거더교
교량전경
공법개요	U형 단면과 I형 단면이 결합된 변단면 강재 거더의 내부에 아치형태의 콘크리트를 충전 하여 사용성을 개선시킨 강판형 교량 공법	상하플랜지와 복부판들을 폐단면으로 용접 결합하여 비틀림에 대한 저항성을 향상시킨 박스거더 교량 공법	강판형 단부와 지점부에 콘크리트가 충전된 반원기둥 보강재를 설치하여 뒤틀림에 대한 저항성을 향상시킨 강판형 교량 공법
장단점	- 강판형교로서 직선교 또는 큰 곡선반경 가진 교량에 적합 (ex. L=60m→R=1,000m) - 콘크리트 충전으로 처짐 감소 및 진동 완화 - 콘크리트 충전용 U형 단면이 일자 형태 단면적보다 커 강판형교에 비해 강재량 증가 - U형 플랜지가 얇아 횡비틀림 좌굴 우려 - 거더 전체 길이에 걸쳐 콘크리트를 충전 해야 되므로 수축균열 억제 등 시공관리 필요 - 아치형태의 변단면으로 내부 점검통로 협소로 유지관리 어려움	- 곡선교, 사교 등 적용성 우수 - 폐단면으로 비틀림 저항성 우수 - 시공실적이 풍부하고 특허 불필요 - 보강재가 많아 강재량 및 용접량 과다 - 폐단면으로 용접환경 불량, 유지관리 및 재도장 어려움 - 박스 형상으로 플랜지가 연결되고 복부가 2개이므로 강판형교에 강재량이 많아 곡선교에 제한적으로 적용	- 강판형교로서 직선교 또는 큰 곡선반경 가진 교량에 적합 (ex. L=60m→R=1,000m) - 반원기둥 보강재 설치로 거더 뒤틀림 성능 향상 및 가로보 개수 감소 - 가설 시 횡비틀림 좌굴에 대한 안전성 향상 - 사교에도 가로보가 거더 보강재에 직각으로 연결되어 튼튼한 연결부 제공 및 시공성 향상 - 특이 공정 없어 빠른 제작 및 가설 가능 - 전통적 강판형교로서 처짐과 진동이 콘크리트교 대비 불리