최근 손상된 부재를 원상으로 회복하면서 보강할 수 있는 프리스트레스보강공법에 대한 관심이 고조되고 있다. 손상된 부재를 보강하기 위한 기존의 포스트텐션공법은 구조부재에 추가적인 손상을 발생시킬 수 있으므로, 인접부재에 손상을 주지 않는 새로운 형태의 부분프리스트레스공법에 관한 개발 및 성능평가가 요구된다. 본 연구에서는 새로운 외부포스트텐션공법 중 하나인 아웃케이블 공법에 대한 구조성능을 평가하기 위해 휨 보강된 연속보에 관한 실험적 연구를 수행하였다. 그 결과, 기존 포스트텐션과 아웃케이블공법의 주요 파괴모드는 균열이 고르고 넓게 분포한 휨파괴의 형태를 나타냈다. 그리고, 초기의 휨균열 시 강성 및 철근항복 시 강성, 항복하중, 최대하중에서 유사한 거동특성을 보임으로써 두 공법에 의한 보강효과는 동일한 결과를 보였다.
최근 손상된 부재를 원상으로 회복하면서 보강할 수 있는 프리스트레스 보강공법에 대한 관심이 고조되고 있다. 손상된 부재를 보강하기 위한 기존의 포스트텐션공법은 구조부재에 추가적인 손상을 발생시킬 수 있으므로, 인접부재에 손상을 주지 않는 새로운 형태의 부분프리스트레스공법에 관한 개발 및 성능평가가 요구된다. 본 연구에서는 새로운 외부포스트텐션공법 중 하나인 아웃케이블 공법에 대한 구조성능을 평가하기 위해 휨 보강된 연속보에 관한 실험적 연구를 수행하였다. 그 결과, 기존 포스트텐션과 아웃케이블공법의 주요 파괴모드는 균열이 고르고 넓게 분포한 휨파괴의 형태를 나타냈다. 그리고, 초기의 휨균열 시 강성 및 철근항복 시 강성, 항복하중, 최대하중에서 유사한 거동특성을 보임으로써 두 공법에 의한 보강효과는 동일한 결과를 보였다.
A variety of techniques for strengthening have been developed, including pate bonding, external prestressing and overslabbing. Expecially, a strengthening technique for reinforced concrete beams using external unbonded reinforcement offers advantages in speed and simplicity of installation. The purp...
A variety of techniques for strengthening have been developed, including pate bonding, external prestressing and overslabbing. Expecially, a strengthening technique for reinforced concrete beams using external unbonded reinforcement offers advantages in speed and simplicity of installation. The purpose of this paper is to investigate the capabilities of a new retrofitting technique, namely external prestressing(out-cable), for flexural strengthening of beams. Results of 2 physical tests (external Post-tension and out-cable system specimen) on strengthened reinforced concrete continuous beams are reported and compared. It is shown that the out-cable system can provide strength enhancement.
A variety of techniques for strengthening have been developed, including pate bonding, external prestressing and overslabbing. Expecially, a strengthening technique for reinforced concrete beams using external unbonded reinforcement offers advantages in speed and simplicity of installation. The purpose of this paper is to investigate the capabilities of a new retrofitting technique, namely external prestressing(out-cable), for flexural strengthening of beams. Results of 2 physical tests (external Post-tension and out-cable system specimen) on strengthened reinforced concrete continuous beams are reported and compared. It is shown that the out-cable system can provide strength enhancement.
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문제 정의
본 연구에서는 기존 포스트 텐션공법 (CB-SP)과 보강되지 않은 인접 부재와 같이 새로운 구조부재에 손상이 발생하지 않은 포스트 텐션 공법인 아웃케이블공법 (CB-SB)을 사용한 연속보의 구조적인 성능을 평가하기 위하여 실험을 행하였다. 시험체는 우선 부착 긴장 재를 갖는 부재로 설계하였으며, Mn>1.
본 연구에서는 전술한 제 문제를 해결할 수 있는 방법으로 (사)한국구조물진단학회에서 개발한 새로운 외부 포스트 텐션(External Post -tension) 공법 중 하나로 제안된 공법(이하, 아웃 케이블 공법)(1)-(2)에 대한 구조적인 성능을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 기존프리스트레스 공법 및 아웃 케이블 공법을 통하여 휨 보강된 연속보에 관한 실험적 연구를 수행하였으며 이를 통하여 아웃케이블공법의 거동 및 강도 특성을 규명하고자 하였다.
성능을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 기존프리스트레스 공법 및 아웃 케이블 공법을 통하여 휨 보강된 연속보에 관한 실험적 연구를 수행하였으며 이를 통하여 아웃케이블공법의 거동 및 강도 특성을 규명하고자 하였다.
제안 방법
공법 적용성 평가를 위하여 아웃케이블공법에 의하여 보강된 부재의 보강 효과를 확인하는 실험과정에서 나타난 문제점을 분석하였다. 프리스트레싱을 위한 정착구 (Wedge) 의 경우 초기 긴 장력 도입 시 긴장기의 장치에 따라 나사산이 뭉그러지는 파괴가 발생하였다.
7에 나타낸 것과 같이 경간의 중간부 중앙부에서 30cm 떨어진 부위 및 단부에 각각 다이얼 게이지를 설치하였다. 그리고, 철근과 콘크리트의 변형률과 응력을 측정하기 위하여 인장 및 압축철근에 스트레인 게이지(Wire strain gauge)를 부착하였으며, 콘크리트 게이지를 중앙부와 단부에 부착하여 변형률을 측정하였다. 마지막으로, 시험체에 사용된 긴장재의 응력은 각각의 긴장재에 로드 셀(Lad cell)을 이용하여 측정하였다.
그리고, 철근과 콘크리트의 변형률과 응력을 측정하기 위하여 인장 및 압축철근에 스트레인 게이지(Wire strain gauge)를 부착하였으며, 콘크리트 게이지를 중앙부와 단부에 부착하여 변형률을 측정하였다. 마지막으로, 시험체에 사용된 긴장재의 응력은 각각의 긴장재에 로드 셀(Lad cell)을 이용하여 측정하였다.
시험체에 도입하는 유효프리스트레스는 소정의 각각 응력이 시험체에 작용할 수 있도록 단부에서 긴 장력을 수회에 걸쳐 가력하였으며, 크기는 단부에 설치되어 있는 긴장력 측정용 로드 셀 값으로 결정하였다.
6에 나타낸 것과 같이 단순지지되어 있는 보의 상부에서 1,000kN용량의 오일잭을 이용하여 가력하였다. 실험의 종료는 최대하중 이후 가력하중이 감소될 때와 긴장 재의 응력이 항복하중에 근접될 때로 하였다.
수 있도록 압축재를 신설한 공법이다. 제안된 공법은 Fig. 2와 같이 기존의 포스트 텐션공법에 의하여 발생된 축력이 보강 부재에 전달되지 않고 자체 시스템에서 흡수할 수 있기 때문에 추가적인 구조문제를 발생시키지 않으며, 기존 포스트 텐션공법과 동일한 보강 효과를 가지게 된다.
6Fpu 이다. 즉, 모든 조건이 동일한 연속보에서 보강 방법에 따른 보강 효과를 분석하도록 하였다.
하중재하에 따른 변위와 단부의 회전각을 측정하기 위하여 Fig. 7에 나타낸 것과 같이 경간의 중간부 중앙부에서 30cm 떨어진 부위 및 단부에 각각 다이얼 게이지를 설치하였다. 그리고, 철근과 콘크리트의 변형률과 응력을 측정하기 위하여 인장 및 압축철근에 스트레인 게이지(Wire strain gauge)를 부착하였으며, 콘크리트 게이지를 중앙부와 단부에 부착하여 변형률을 측정하였다.
대상 데이터
정착 구는 Fig. 5(a)에서와 같이 쐐기와 고정구로 구성되어 있으며 독일에서 생산되는 제품을 사용하였다. 긴장 장치는 Fig.
긴장 장치는 Fig. 5(b)와 같이 긴 장력을 정확하게 가력할 수 있는 장치로 결정하였는데, 독일 Paul사에서 제작된 소형 긴장장치로 60kN~200kN용량의 수동펌프를 사용하였다.
위하여 실험을 행하였다. 시험체는 우선 부착 긴장 재를 갖는 부재로 설계하였으며, Mn>1.2Mr을 만족하도록 하였다. 시험체 일람 및 상세는 각각 Table 1 및 Fig.
3.3 재료시험
시험체에 사용된 긴장재는 ;6mm인 3연선(3-wire strand) 으로 단면적은 0.1982㎠이며 KS D 7002 (ASTM A 416)와 PTI 위원회의 규정에 따라 국내의 K제강에서 생산되는 제품으로서 제작사 제시자료를 참고하였다. 주근으로 사용된 D16 철근의 재료적 특성과 인장강도를 알아보기 위하여 KS B 0802에 준하여 시험을 실시하였다.
이론/모형
1982㎠이며 KS D 7002 (ASTM A 416)와 PTI 위원회의 규정에 따라 국내의 K제강에서 생산되는 제품으로서 제작사 제시자료를 참고하였다. 주근으로 사용된 D16 철근의 재료적 특성과 인장강도를 알아보기 위하여 KS B 0802에 준하여 시험을 실시하였다. 철근의 기계적 성질은 Table 2와 같다.
철근의 기계적 성질은 Table 2와 같다. 콘크리트의 압축 특성을 파악하기 위하여 KS규격에의거하여 시험체 제작과 동시에 공시체를 제작하였으며, 시험결과는 Table 3과 같다.
성능/효과
1) 기존 포스트 텐션에 의하여 보강한 경우와 아웃 케이블 공법에 의하여 보강한 경우에서의 주요 파괴모드는 균열이 고르고 넓게 분포한 휨파괴로써 시험체의 형태나 보강방법과는 무관하게 기존의 철근콘크리트구조에서와 비슷한 휨 파괴의 형태를 나타냈다
2) 아웃 케이블 공법은 긴 장력에 의한 압축력이 발생하지 않도록 하는 공법으로 철근의 압축병현도가 현저히 작음을 알 수 있었다 또한 초기 휨 균열 시 강성 및 철근 항복 시 강성, 항복 하중, 최대하중에서도 기존 포스트 텐션공법과 동일한 결과를 보였다.
3) 아웃 케이블 공법의 적용에 있어 긴장 재를 부재의 중앙에서 지지하는 새들의 정착장치(세트앵커)가 뽑히지 않도록 주의해야 하며 초기 긴 장력을 도입할 때 긴장 장치나 긴장재의 길이에 따라 정착손실 발생의 정도가 다르기 때문에 사용 긴장기의 특성을 명확하게 파악하고, 긴장기 및 긴장 재의 길이에 따른 정착손실의 양을 사전에 명확하게 결정한 후 긴 장력을 도입하여야 한다.
프리스트레싱을 위한 정착구 (Wedge) 의 경우 초기 긴 장력 도입 시 긴장기의 장치에 따라 나사산이 뭉그러지는 파괴가 발생하였다. 따라서 정착 구는 1회 사용을 원칙으로 하며 나사산이 뭉그러지지 않도록 긴장 장치를 선택하여야 함을 알 수 있었다. 또한 초기긴장력 도입 시 긴장 장치 및 긴장재의 길이에 따라 정착손실 발생의 정도가 다르기 때문에 사용 긴장기의 특성을 명확하게 파악하고 긴장 장치 및 긴장 재의 길이에 따른 정착손실량을 사전에 명확하게 결정한 후긴장력을 도입하여야 할 것으로 판단되었다.
88% 감소하였다. 철근항복 이후 부재는 강성이 급격하게 감소하였고 완만한 내력 상승을 보이다가 최대하중 237.06kN에 도달한 후에 내력이 급격하게 감소하며 콘크리트 압축연단에서 압괴파괴가 발생하는 취성적인 경향을 보였다. 한편, CB-SB 시험체의 경우는 초기 휨 균열 시 강성 및 철근 항복 시 강성은 CB-SP 시험체에 비하여 0.
06kN에 도달한 후에 내력이 급격하게 감소하며 콘크리트 압축연단에서 압괴파괴가 발생하는 취성적인 경향을 보였다. 한편, CB-SB 시험체의 경우는 초기 휨 균열 시 강성 및 철근 항복 시 강성은 CB-SP 시험체에 비하여 0.90배 범위로 나타났고, 항복하중은 9.56% 정도 감소하였지만, 초기휨균열시 하중 및 최대하중은 각각 21.68%, 14.09% 증가 하는 것으로 나타났다. 그러나 전반적인 실험결과에 의하면 두 공법에 의한 보강 효과는 동일한 결과를 나타내고 있다고 판단된다.
후속연구
(3)-(10) 기존의 포스트 텐션공법이 손상된 부재를 보강하기 위하여 직접 사용되는 경우에는 손상되지 않은 구조부재에 추가적으로 구조적 손상을 발생시킬 수 있으므로, 인접 부재에 손상을 주지 않는 새로포스트 텐션공법에트텐션공법에 관한 개발 및 성능평가가 요구된다.
따라서 정착 구는 1회 사용을 원칙으로 하며 나사산이 뭉그러지지 않도록 긴장 장치를 선택하여야 함을 알 수 있었다. 또한 초기긴장력 도입 시 긴장 장치 및 긴장재의 길이에 따라 정착손실 발생의 정도가 다르기 때문에 사용 긴장기의 특성을 명확하게 파악하고 긴장 장치 및 긴장 재의 길이에 따른 정착손실량을 사전에 명확하게 결정한 후긴장력을 도입하여야 할 것으로 판단되었다.
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