도로교 피로하중

피로하중의 정의

도로교 피로하중은 교량 부재에 반복 작용하는 차량 하중이다.

응력 변동에 의한 피로 손상을 검토하기 위해 정한 설계하중이다.

차량 한 대의 하중이 작아도 반복 횟수가 많으면 미세 균열이 생긴다.

정하중에서는 나타나지 않으므로 별도의 검토가 필요하다.

피로가 생기는 원리

피로는 하중 크기보다 응력범위의 반복에 따라 결정된다.

응력범위는 한 주기 동안 최대 응력과 최소 응력의 차이다.

그래서 피로 검토는 최대 응력이 아니라 응력의 변동폭과 빈도를 본다.

정하중 중심의 강도 검토와 이 점이 가장 크게 다르다.

누적 손상과 Miner 법칙

피로 누적 손상은 Palmgren-Miner 법칙으로 합산한다.

응력범위별 손상 비를 더해 그 합이 1.0 이하이면 안전하다고 본다.

S-N 관계에서 상세 등급이 낮을수록 같은 응력범위에서 N이 줄어든다.

누적 손상 합 D가 1.0 이하인지 확인하는 것이 판정 절차다.

계산 예제

가상의 값으로 응력범위를 구해 보자. 휨모멘트 범위는 80 kN·m다.

응력범위는 휨모멘트 범위를 단면 계수로 나눠 구한다.

kN/m²는 kPa이며, 1,000 kPa가 1 MPa이므로 단위를 MPa로 바꾼다.

이 값은 가정일 뿐이므로 실제 검토는 기준 원문의 값으로 해야 한다.

헷갈리는 한계상태

한계상태가 달라지면 하중과 검토 목적도 달라진다.

피로한계상태는 피로설계트럭 1대를 반복 재하해 균열 진전과 파단을 막는다.

극한한계상태는 하중조합의 최대값으로 붕괴를 막는다.

피로하중은 피로한계상태 검토에만 쓴다.

핵심 정리

정리하면 피로하중은 피로한계상태 검토용 반복 하중이다.

응력범위와 누적 재하 횟수를 상세 등급의 피로 한계와 비교한다.

설계 전 상세 등급을 밝히고 충격 효과 적용 여부도 확인한다.

부족하면 단면이나 상세를 바꾸고, 실측 교통 자료로 재검토한다.