강합성 교량 스터드 전단연결재의 피로 설계식 평가 및 제안

Assessment and Recommendation of Fatigue Design Codes for Stud Shear Connectors in Composite Bridge

AASHTO LRFD 설계 기준에 따른 합성형 교량 전단연결재 설계는 주로 강도보다는 피로에 의해 지배되는 것으로 알려져 있다. 이 피로 설계는 1966년 Slutter와 Fisher의 연구에 근거하고 있다. 당시의 시험은 1면으로 수행되었기 때문에 편심이 작용하였고, 이로 인하여 전단연결재에 별도의 인장력이 가해지게 되어 피로 강도가 감소되는 결과를 낳은 것으로 보인다. 또한, 피로 S-N 곡선은 응력변동폭과 하중반복 횟수 각각의 로그 스케일에 대하여 선형 관계를 보이는 것으로 Fisher에 의해 후에 밝혀졌으나, 전단연결재의 경우에 대해서만은 아직도 응력변동폭에 로그를 취하지 않고 있다. 이 연구는 현재 미국, 영국, 유럽, 일본에서 사용 중인 피로 설계 곡선을 비교 검토한 결과 미국 설계 기준이 비교적 보수적인 설계를 하고 있음을 확인하였다. 나아가, 당시의 실험 세팅과 데이터를 재분석하고 최근까지 전 세계에 공개된 피로 실험 데이터를 수집하여 분석 비교하고, 이를 바탕으로 적절한 설계식을 추천하고자 한다.

The design of the stud shear connector of a bridge structure is mostly controlled by the fatigue resistance not by the strength, if it is followed by AASHTO LRFD Bridge Design Specification. This fatigue design code in AASHTO LRFD is based on the research work done by Slutter and Fisher in 1966. These tests seemingly underestimated the fatigue resistance of connectors because of the inherent eccentricity of the one-face test setup which results additional tension forces to the stud. In addition, the stress ranges were not plotted in the log scale, because it was not known at that time that the fatigue resistance of the welded steel structures has a linear relationship of log scales of stress range and number of loading cycles. This study evaluates the test data produced by the Slutter and Fischer, and plot the data on the proper manner. The fatigue push-out test data produced recently by many other researches all around the world are gathered and analyzed, furthermore a design curve is recommended.