철강의 설계 및 핵심시공기술

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6626(2023) 이 기사 인용

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본 논문에서는 난징 제5양쯔강대교(주경간 600m의 3주탑 사장교)에 적용된 새로운 형태의 철근콘크리트 복합주탑을 소개한다. 이 새로운 유형의 주탑의 경우 강철 쉘은 PBL 전단 커넥터와 스터드를 통해 콘크리트와 연결되고 내부 강철 쉘은 앵글 강철로 외부 강철 쉘과 연결됩니다. 수치해석과 실물모형시험 결과 주탑구조물은 우수한 기계적 성질과 시공성능을 나타내는 것으로 나타났다. BIM 기술의 적용, 특수 스프레더 및 건설 플랫폼의 연구 개발은 구조물의 정확한 설치를 보장합니다. 강화된 강철 쉘 구조의 고도로 공장에서 제조된 모듈식 조립은 현장 작업의 강도와 어려움을 효과적으로 줄이고 건설 위험을 낮추면서 프로젝트의 품질을 향상시킬 수 있습니다. 반면, 이 철근-콘크리트-강철 샌드위치 복합 주탑의 성공적인 적용은 유사한 교량에 널리 사용될 수 있는 철근-콘크리트-강철 샌드위치 복합 주탑의 완전한 건설 기술 세트가 형성되었음을 의미합니다.

파일론은 케이블에서 교량 기초까지 하중을 전달하는 역할을 하는 케이블 지지 교량의 중요한 하중 지지 구성 요소입니다. 따라서 교량의 안정성은 주탑의 안정성과 강성에 따라 달라집니다. 개선된 기계적 특성, 산업용 조립식, 빠른 설치 및 신뢰할 수 있는 품질을 갖춘 주탑 구조의 연구 개발은 교량 엔지니어링에 있어 매우 중요합니다.

전통적으로 케이블교량의 주탑은 철골구조용 주탑이나 콘크리트구조용 주탑1을 사용하여 제작됩니다. 철골구조용 주탑은 공장 조립식 조립과 모듈식 조립의 장점을 갖고 있으나 비용이 많이 들기 때문에 콘크리트 주탑에 비해 적용 범위가 훨씬 적습니다. 주탑은 높은 강성 요구사항으로 인해 주탑의 단면적이 커야 하므로 더 많은 철근이 사용되므로 콘크리트 주탑에 비해 건설비가 약 3배 정도 소요됩니다. 콘크리트 주탑은 강성이 높고 안정성이 좋으며 건설 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다. 그럼에도 불구하고 그 시공방법은 강체골조 설치, 철근 결속, 거푸집 설치 및 조정, 콘크리트 타설 등 일련의 복잡한 단계를 거쳐야 한다. 건설 작업은 표준화와 사전 제작이 낮은 육체 노동에 주로 의존하므로 건설 기간이 길고 현장 작업 강도가 높으며 위험이 높으며 장비 사용 주기가 길어집니다.

철근 콘크리트 복합 주탑은 철근 및 콘크리트 철탑에 비해 많은 장점을 나타냅니다. 강철 구조물은 공장 사전 제작 및 모듈식 설치를 통해 많은 시간을 절약할 수 있습니다. 동시에 콘크리트 타설을 위한 템플릿으로도 사용할 수 있습니다. 강철 구조물은 콘크리트를 구속하여 지지력을 더욱 향상시킵니다. 철근과 콘크리트의 조합 역시 콘크리트 주탑의 높은 강성의 장점을 그대로 계승하고 있습니다.

철근콘크리트 복합주탑은 복잡한 기하학적 형상을 갖는 주탑에 주로 사용됩니다. 예를 들어, Alamillo 사장교의 복잡한 형상으로 인해 건설에 소요되는 시간을 단축하기 위해 철근 콘크리트 주탑의 원래 설계를 복합 구조로 변경했습니다. 따라서 콘크리트에 연결된 외부 금속 케이스는 설치하는 데 훨씬 더 오랜 시간이 걸리는 많은 강철 막대를 대체했습니다2. 복합 작용은 외부 케이스를 형성하는 메인 강판에 직접 용접된 스터드 커넥터와 강철과 콘크리트 사이의 전단력 전달에도 고려되는 메인 플레이트의 수평 보강재에 의해 달성됩니다. Hsu et al. 는 결합된 굽힘과 축 하중을 받는 이중 얇은 벽 강철 튜브와 그 사이의 콘크리트로 구성된 샌드위치 박스 기둥의 관찰된 거동을 연구했습니다. 결과는 샌드위치 부재의 강력한 성능이 상응하는 콘크리트 충전 튜브 부재보다 높다는 것을 보여줍니다. 콤팩트하지 않은 외부 튜브가 있는 샌드위치 섹션의 경우 강도가 최대 45% 향상되었습니다3. Stonecutters Bridge의 상부 주탑 기둥은 철근 콘크리트 복합 구조를 채택했습니다. 철구조물은 스테인리스강으로 제작되었으며, 철골과 콘크리트를 연결하기 위해 용접된 스터드만 사용되었습니다6. Taoet al. 축 압축을 받는 내부 또는 외부 용접 종방향 보강재가 있는 콘크리트로 채워진 강철 관형 스터브 기둥의 강도와 강성을 연구했습니다4. Xieet al. 는 두 개의 강판이 양쪽 끝에서 동시에 마찰 용접된 일련의 가로 막대 커넥터로 상호 연결되는 혁신적인 형태의 강철-콘크리트-강철 샌드위치 구조를 연구했습니다5. Zenget al. 는 축 하중과 일정한 축 하중과 주기적 측면 하중이 결합된 이중 외피 철근 콘크리트 복합 철탑의 관찰된 거동을 각각 연구하기 위해 천공 플레이트 커넥터가 있는 5개의 시편과 용접 스터드 커넥터가 있는 5개의 시편을 설계하고 제작했습니다. Leng WH는 Lichuan Bridge의 프리스트레스트 강철-콘크리트 복합 곡선 주탑의 PBL 전단 커넥터 지지력 계산 방법과 강철 쉘의 콘크리트 수축 및 크리프에 영향을 미치는 요인을 연구했습니다8. JY Richard Liew 외. 폭발, 충격, 피로 및 정적 하중을 받는 샌드위치 합성 빔, 샌드위치 합성 플레이트 및 합성 샌드위치 벽을 포함하여 J-후크 커넥터를 갖춘 혁신적인 샌드위치 합성 구조의 성능을 연구했습니다9. Weiet al. 스케일 모델 실험을 통해 철근과 콘크리트의 접합부에서 상부 철탑과 하부 콘크리트 철탑을 갖는 철근 콘크리트 복합 주탑의 힘 전달 메커니즘에 대해 연구10. 왕 외. 강-콘크리트 복합 주탑에 대한 다양한 단면 형태와 전단 연결구의 영향을 연구한 결과, 직사각형 단면에 비해 모따기가 있는 직사각형 단면이 국부 좌굴에 대한 저항력이 더 높은 것으로 나타났습니다. 전단연결재는 철근콘크리트 복합 주탑의 지지력과 연성을 크게 증가시킬 수 있습니다1.