[논문]외부강선 파단실험을 통한 노후 PSC 교량의 보강효과 평가

박창호; 이병주; 이원태; 구본성

외부강선 파단실험을 통한 노후 PSC 교량의 보강효과 평가
Evaluation of Reinforcement Effect of Deteriorated PSC Beam through Cutting Its External Tendons 원문보기

구조물진단학회지 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, v.9 no.3 = no.33, 2005년, pp.178 - 186

박창호 (한국도로공사 도로교통기술원) , 이병주 (한국도로공사 도로교통기술원) , 이원태 (한국도로공사 도로교통기술원) , 구본성 (한국도로공사 도로교통기술원)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 장기공용 중 외부강선보강공법에 의하여 보강된 PSC Beam교량에 대한 강선 파단 시험을 통하여 보강효과를 분석하였다. 외부강선 보강효과를 분석하기 위하여 기 보강된 강선을 인위적으로 절단하면서, 교량의 처짐과 변형률을 측정하였다. 또한 강선절단 전과 후에 재하시험을 실시하여 교량의 거동변화를 평가하였다. 실험결과에 의하면 외부강선 절단 전과 후의 재하시험을 통하여 보강효과가 교량의 거동특성을 크게 변화시키지는 않지만, 보강시의 긴장력에 의하여 고유진동수는 증가하였다. 외부강선 절단시의 처짐과 응력 계측결과로부터 보강효과가 충분히 유지되고 있다는 것을 확인할 수 있었으며, 구조해석 결과와도 잘 일치하였다. 따라서 외부강선을 이용하여 노후교량을 보강할 경우 정밀구조해석을 통하여 그 효과를 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the PSC girder bridge retrofitted with external tendons is tested to verify the strengthening effects. We measure the variations of the displacement and strain at mid-span of each beam as external tendons are removed in sequence. The structural behavior of the bridge are examined using controlled truck load tests for the systems before and after all external tendons were removed. From the test results, the characteristics of structural behavior of the bridge do not change significantly, but the natural frequency is decreased after the external tendons are removed. The strengthening effects of bridges can be exactly estimated by analytical methods some extent. As a result of this study, when a PSC girder bridge is deteriorated, the bridge can be retrofitted effectively by External Prestressing Strengthening Method, and the strengthening effects can be predicted through accurate structural analysis.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 외부강선보강공법이 적용된 노후 PSC Beam 교량의 거동특성과 보강효과를 분석하기 위하여 여러 가지 경우에 대한 재하시험과 구조해석을 실시하였다. 기 보강된 외부강선을 단계적으로 절단하면서 교량의 처짐과 변형률을 측정함으로써 긴장력 도입으로 인한 교량의 거동변화를 역으로 평가하였으며, 강선 절단 전과 후에 재하시험을 실시하여 마찬가지로 교량의 거동 변화를 역평가하였다.
본 연구에서는 장기공용 중 외부강선보강공법에 의하여 보강된 PSC Beam교량에 대한 강선파단시험을 통하여 보강효과를 분석하였다. 외부강선 보강효과는 보강 강선을 인위적으로 절단하면서 교량의 거동변화를 측정하여 조사하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

가설 설정

본 교량은 외부강선보강 후 약 3년이 경과되었으므로 콘크리트의 크리프영향 등 보강 후 손실량을 고려할 때 보강 시 도입된 긴장력의 약 14%가 소실되어 현재에는 약 110ton?f의 긴장력이 작용되고 있는 것으로 평가되었다.^(1),(13) 구조해석 시에는 모든 외부강선에 동일한 긴장력이 작용하고 있는 것으로 가정하였다.
11에는 재하차량에 대한 구조해석을 통하여 평가한 교량의 처짐과 응력을 나타내었다. 구조해석 시에는 받침에 마찰이 없는 것으로 가정하였다. Fig.

제안 방법

3과 같이 산소 절단기를 사용하여 순차적으로 절단하였다. 강선 절단 시 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 변형률게이지와 처짐계를 부착하여 거더의 변형률과 처짐을 측정하였다.
강선파단과 재하시험 과정에서 측정한 결과와 비교하기 위하여 구조해석을 실시하였다. 구조해석은 범용 구조해석프로그램 Midas-Civil을 이용하였으며, 거더는 Beam으로 모형화하고 바닥판은 Plate로 모형화하였다.
구조해석 시 강선 절단의 영향은 Table 1의 계산된 긴장력을 반대로 작용시켜 고려하였으며, 재하시험은 재하 차량을 정적으로 재하하여 정적응답만을 비교하였다.
강선파단과 재하시험 과정에서 측정한 결과와 비교하기 위하여 구조해석을 실시하였다. 구조해석은 범용 구조해석프로그램 Midas-Civil을 이용하였으며, 거더는 Beam으로 모형화하고 바닥판은 Plate로 모형화하였다. 구조해석모델은 Fig.
본 논문에서는 외부강선보강공법이 적용된 노후 PSC Beam 교량의 거동특성과 보강효과를 분석하기 위하여 여러 가지 경우에 대한 재하시험과 구조해석을 실시하였다. 기 보강된 외부강선을 단계적으로 절단하면서 교량의 처짐과 변형률을 측정함으로써 긴장력 도입으로 인한 교량의 거동변화를 역으로 평가하였으며, 강선 절단 전과 후에 재하시험을 실시하여 마찬가지로 교량의 거동 변화를 역평가하였다. 또한, 처짐의 이력과 고유진동수를 분석하여 외부강선보강의 효과를 살펴보았다.
또한, 강선 절단 전과 후의 교량 구조계의 변화를 조사하기 위하여 정적, 동적재하시험을 실시하였다. 재하위치는 Fig.
기 보강된 외부강선을 단계적으로 절단하면서 교량의 처짐과 변형률을 측정함으로써 긴장력 도입으로 인한 교량의 거동변화를 역으로 평가하였으며, 강선 절단 전과 후에 재하시험을 실시하여 마찬가지로 교량의 거동 변화를 역평가하였다. 또한, 처짐의 이력과 고유진동수를 분석하여 외부강선보강의 효과를 살펴보았다.
본 연구에서는 장기공용 중 외부강선보강공법에 의하여 보강된 PSC Beam교량에 대한 강선파단시험을 통하여 보강효과를 분석하였다. 외부강선 보강효과는 보강 강선을 인위적으로 절단하면서 교량의 거동변화를 측정하여 조사하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
외부강선에 의한 보강효과를 조사하기 위하여 5개 거더의 양 측면에 위치한 외부강선을 Fig. 3과 같이 산소 절단기를 사용하여 순차적으로 절단하였다. 강선 절단 시 Fig.
외부강선의 절단 전과 후의 교량의 진동특성을 조사하기 위하여 동적재하시험을 실시하였으며, 동적재하시험을 통하여 구한 교량의 주파수 특성을 Fig. 12에 나타내었다.
외부강선의 절단 전과 후의 활하중에 의한 교량의 거동을 조사하기 위하여 재하시험을 실시하였다. 재하 시험 시 재하차량은 Fig.
외부강선의 절단 전과 후의 활하중에 의한 교량의 거동을 조사하기 위하여 재하시험을 실시하였다. 재하 시험 시 재하차량은 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 각각의 거더의 상부에 재하차량의 윤하중이 작용하도록 재하하였으며, 정적재하시험과 동적재하시험을 실시하였다. Fig.
정밀안전진단 결과⁽²⁾ 거더의 중앙부에 균열이 발생되어 교량의 안전성과 내하력을 확보하기 위하여 Fig. 2와 같이 거더의 양 측면에 강선을 긴장시켜 보강을 시행하였다. 보강설계 현황은 Table 1에 나타내었다.

대상 데이터

강선절단으로 인해 발생한 처짐값을 제외한 후 동일한 외력에 대하여 강선 절단 후 교량의 처짐이 감소한 이유는 여러 가지로 추정할 수 있겠지만, 교량의 지지조건 변화 즉 받침의 마찰력 변화가 가장 큰 요인이 될 수 있다. 본 교량은 준공 후 30년 이상이 경과된 교량으로서, 받침형식이 얇은 고무판으로 이루어진 고무받침이며, 고무의 열화가 많이 진전되었다. 받침의 열화로 인하여 상부구조와 코핑부가 거의 밀착되어 있어서 신축기능이 크게 저하된 상태인 것으로 조사되었다.
6m인 2차선 PSC Beam 교량이다. 본 교량의 거더는 5개로서, 설계도면에서의 거더 간격 2.1m과는 달리 거더의 간격이 2.0m∼2.5m로서 일정하지 않은 것으로 조사되었다.
시험대상 교량은 1970년에 준공된 교량으로써 Fig. 1과 같이 경간장이 25m이고, 폭이 11.6m인 2차선 PSC Beam 교량이다. 본 교량의 거더는 5개로서, 설계도면에서의 거더 간격 2.

성능/효과

(1),(9),(11) 즉, 본 교량의 받침은 교축방향의 신축기능을 상실한 것으로 판단되며, 강선 절단 전과 후의 마찰계수의 증가량은 구조해석 결과로부터 B1의 경우에 최대 10%인 것으로 나타났다.
(3) 그러나 본 교량의 보강설계 시에는 교량 전체를 하나의 구조계로 간주하지 않고 저항단면인 1개의 PSC Beam 합성단면에 대하여 설계함으로써 계산 솟음량이 과다하게 예측되었다. 본 교량은 외부강선보강 후 약 3년이 경과되었으므로 콘크리트의 크리프영향 등 보강 후 손실량을 고려할 때 보강 시 도입된 긴장력의 약 14%가 소실되어 현재에는 약 110ton?f의 긴장력이 작용되고 있는 것으로 평가되었다.
1) 유효 긴장력 110tonf의 외부강선 1개를 절단할 경우 보강거더 중앙부의 처짐은 내측거더인 경우 0.8mm ˜0.94mm, 외측거더인 경우에 1.04mm˜1.33mm 정도 발생하였고, 거더 하부의 응력변동값은 약 60kgf/cm²으로 평가되었다. 이 변동값은 32ton?f 트럭이 통과할 때 발생되는 응력값의 약 2.
2) 외부강선의 긴장력을 절단과정의 역순서로 도입하여 구조해석을 실시한 결과 응력변화량은 계측결과와 유사하게 나타났으며, 최대발생응력은 62.2kgf/cm²로 계측값 60.1kgf/cm²과 거의 동일한 결과를 나타내었다. 따라서, 적절한 구조해석을 통하여 외부강선 보강효과는 충분한 정확도로 예측할 수 있음을 알 수 있었다.
3) 받침의 노후화로 인하여 기능을 상실할 경우 외력에 대하여 응력변화는 크지 않지만 처짐량은 큰 차이를 보였다. 따라서 교량의 상태평가를 위해서는 받침의 마찰정도를 충분히 고려하여 구조해석을 실시해야 한다는 것을 알 수 있었다.
4) 본 교량의 실험결과에서는 외부강선 보강 시 강선의 단면적에 의하여 교량의 진동수가 변하지는 않지만 긴장력에 의한 효과로 인하여 고유진동수가 변하며, 고유진동수가 약 5% 증가하는 것으로 조사되었다.
5) 교량의 보강효과와 안전성을 평가하기 위해서는 받침의 상태를 충분히 고려해야 한다는 것을 알 수 있었다. 또한 외부강선 보강공법에 의한 구조적인 보강효과로서 교량의 고유진동수가 변할 수 있으며, 긴장력에 의한 진동수 변화에 대한 연구가 필요한 것으로 판단된다.
강선절단 시 계측결과와 구조해석 결과를 비교해보면 거더의 응력 변화량은 외측거더의 경우에 약 19%, 내측 거더의 경우에 약 14%가 계측값이 구조해석값보다 큰 것으로 나타났다. 또한 강선절단 시 인접거더로의 하중전달은 처짐에서와 같이 구조해석에 의한 계산결과보다 계측에 의한 하중전달이 작은 것으로 평가되었다.
그러나 그림에서 알 수 있듯이 강선을 절단한 거더의 처짐과 인접 거더의 처짐 비는 차이를 보이고 있다. 계측결과에서는 인접 거더의 처짐값이 절단된 거더의 25˜52%로 나타났고, 구조해석결과에서는 53˜96%로 나타나 인접 거더의 처짐변화량은 계측결과가 구조해석결과보다 크게 나타났다.
1kgf/cm²이었다. 구조해석을 통하여 구한 응력변화량은 외측거더의 경우에 33.6˜ 35.4kgf/cm²이고, 내측거더의 경우에는 25.4˜ 27.6kgf/cm²인 것으로 나타났다.
1kgf/cm²과 거의 동일한 결과를 나타내었다. 따라서, 적절한 구조해석을 통하여 외부강선 보강효과는 충분한 정확도로 예측할 수 있음을 알 수 있었다.
강선절단 시 계측결과와 구조해석 결과를 비교해보면 거더의 응력 변화량은 외측거더의 경우에 약 19%, 내측 거더의 경우에 약 14%가 계측값이 구조해석값보다 큰 것으로 나타났다. 또한 강선절단 시 인접거더로의 하중전달은 처짐에서와 같이 구조해석에 의한 계산결과보다 계측에 의한 하중전달이 작은 것으로 평가되었다.
4배에 해당한다. 또한 거더의 상부플랜지에서 계측된 응력값은 강선을 절단하는 하부 플랜지의 응력 변동 수준으로 크게 증가하였다가 시간이 경과함에 따라 감소하였다.
따라서 응력의 관점에서 외부강선보강공법의 보강효과가 명확하다는 것을 알 수 있다. 또한 구조해석 결과가 계측결과와 유사한 값과 동일한 양상을 보이고 있으므로, 보강설계 시 구조해석을 통하여 보강효과를 충분하게 예측할 수 있음을 알 수 있다.
그러나 본 교량의 재하차량에 의한 처짐량은 강선 절단 후에 오히려 감소하였다. 즉 강선 절단 전과 후의 거동이 일반적인 거동과 상이한 것으로 계측되었다. 강선절단으로 인해 발생한 처짐값을 제외한 후 동일한 외력에 대하여 강선 절단 후 교량의 처짐이 감소한 이유는 여러 가지로 추정할 수 있겠지만, 교량의 지지조건 변화 즉 받침의 마찰력 변화가 가장 큰 요인이 될 수 있다.
본 교량에서도 재하차량에 의한 교량의 변형을 받침 고무자체의 탄성변형보다는 거더와 교대가 맞닿은 콘크리트에 마찰이 크게 작용하여 처짐이 감소한다. 특히 강선을 절단할 때 받침부에 미끄러짐이 발생된 후 초기 위치로 복귀하지 못하였으며, 이로 인하여 강선 절단후 받침부의 마찰저항이 강선 절단 전보다 증가하여, 거더의 연직처짐이 감소한 것으로 분석되었다. 이것은 Fig.

후속연구

5) 교량의 보강효과와 안전성을 평가하기 위해서는 받침의 상태를 충분히 고려해야 한다는 것을 알 수 있었다. 또한 외부강선 보강공법에 의한 구조적인 보강효과로서 교량의 고유진동수가 변할 수 있으며, 긴장력에 의한 진동수 변화에 대한 연구가 필요한 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PSC Beam 교량의 거더 보강에는 무엇이 널리 적용되고 있는가?	부착식 보강공법은 내하력이 저하된 거더의 하부 또는 측면에 보강재를 부착하는 방법으로서 보강재는 사하중에 의한 영향을 분담하지 않고 활하중에 의한 영향만을 분담하기 때문에 보강효율이 떨어지는 단점이 있다. 따라서 PSC Beam 교량의 거더 보강에는 외부강선 보강공법이 널리 적용되고 있으며 일반화되어 있다고 할 수 있다. 외부강선보강공법은 인위적으로 외부에서 프리스트레스를 도입하기 때문에 활하중뿐만 아니라 사하중의 영향까지도 분담할 수 있기 때문에 보강효율이 우수하다.
	외부강선 보강공법의 보강효율이 우수한 이유는 무엇인가?	따라서 PSC Beam 교량의 거더 보강에는 외부강선 보강공법이 널리 적용되고 있으며 일반화되어 있다고 할 수 있다. 외부강선보강공법은 인위적으로 외부에서 프리스트레스를 도입하기 때문에 활하중뿐만 아니라 사하중의 영향까지도 분담할 수 있기 때문에 보강효율이 우수하다. 그러나 노후교량의 보강설계 시에는 보강으로 인한 구조적인 거동 특성을 충분히 고려하지 못하고 있으며, 보강 공사시의 품질관리도 엄밀하게 수행하지 못하고 있다.
	교량의 성능개선이나 손상으로 인한 내하력 보강을 위해서 사용되는 대표적인 보수보강방법으로 무엇이 있는가?	따라서 교량의 안전성 확보와 내구성을 증진을 위하여 여러 가지 보수보강방법들이 적용되고 있으며, 이중 교량의 성능개선이나 손상으로 인한 내하력 보강을 위해서는 긴장재를 이용하여 외부에서 프리스트레스를 도입하는 외부강선보강공법(External Prestressing Strengthening Method)이나 강판이나 섬유(탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등)를 부착하는 부착공법 등이 대표적으로 사용되고 있다. 부착식 보강공법은 내하력이 저하된 거더의 하부 또는 측면에 보강재를 부착하는 방법으로서 보강재는 사하중에 의한 영향을 분담하지 않고 활하중에 의한 영향만을 분담하기 때문에 보강효율이 떨어지는 단점이 있다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

외부강선 파단실험을 통한 노후 PSC 교량의 보강효과 평가
Evaluation of Reinforcement Effect of Deteriorated PSC Beam through Cutting Its External Tendons 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

외부강선 파단실험을 통한 노후 PSC 교량의 보강효과 평가 Evaluation of Reinforcement Effect of Deteriorated PSC Beam through Cutting Its External Tendons 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

박창호 (9) 이병주 (11) 이원태 (3) 구본성 (3)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

외부강선 파단실험을 통한 노후 PSC 교량의 보강효과 평가
Evaluation of Reinforcement Effect of Deteriorated PSC Beam through Cutting Its External Tendons 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper