선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 지금까지의 연구들은 주로 분절 거더의 연결부에서의 국부 거동을 살펴보기 위한 이론 혹은 실험 연구로, 실물 분절 거더의 전체적인 구조 거동을 연구하지는 못하였다. 본 연구는 이러한 분절공법으로 제작된 실물 크기의철도교용 조립식 프리스트레스콘크리트 박스 교량의 정적성능을 실험적으로 검증하고자 한다. 길이 20m의 실물 조립식 콘크리트 거더를 3등분으로 분절하여 제작한 후, 정적 성능 검증을 위해 같은 제원의 일체 거더와 동일한 조건에서 재하 실험을 수행하였다.
- 본 연구에서는 분절공법으로 제작된 프리캐스트 콘크리트 박스 거더의 성능 검증을 위한 재하시험을 수행하였다. 같은 제원의 일체 거더와 동일한 조건 하에서 실험을 수행하여 중앙 처짐, 단부 회전각, 변형률, 균열 양상 등을 비교하였다.
제안 방법
- 각각의 거더를 Fig. 7과 같이 재하 프레임에 거치한 후 중앙부에서 Im 떨어진 지점에 정적 하중을 가하여 재하실험을 수행하였다. Fig.
- 같은 제원의 일체 거더와 동일한 조건 하에서 실험을 수행하여 중앙 처짐, 단부 회전각, 변형률, 균열 양상 등을 비교하였다. 또한 분절 거더의 접합부 거동을 모니터링하기 위해서 수직 상대 변위 및 수평 상대 변위를 최대 재하 하중까지 측정하였다.
- Stanton*은 중공 형태가 아닌 상부 개구 형태 분절 거더에서의 전단연결재 거동을 실험적으로 연구하여 중공 거더와 차이가 있음을 밝혔다. 공용 중인 중공 거더 교량의 접합키 거동을 살펴보기 위해 트럭 하중 하에서의 상대변위와 휨응력을 측정하여 분절 거더의 연결부의 신뢰성을 검토하였다mm. 지금까지의 연구들은 주로 분절 거더의 연결부에서의 국부 거동을 살펴보기 위한 이론 혹은 실험 연구로, 실물 분절 거더의 전체적인 구조 거동을 연구하지는 못하였다.
- 본 연구는 이러한 분절공법으로 제작된 실물 크기의철도교용 조립식 프리스트레스콘크리트 박스 교량의 정적성능을 실험적으로 검증하고자 한다. 길이 20m의 실물 조립식 콘크리트 거더를 3등분으로 분절하여 제작한 후, 정적 성능 검증을 위해 같은 제원의 일체 거더와 동일한 조건에서 재하 실험을 수행하였다. 분절 거더 및 일체 거더에 대해 중앙 처짐, 단부 회전각, 내부 변형률, 균열 양상 등을 비교하였다.
- 내부 변형률의 측정을 위해 지간중앙, 1/4지간, 3/4지간에 Fig. 5와 같이 상부, 하부 및 거더 깊이 방향으로 다수의 변형률게이지를 설치하였다.
- 설계 시 콘크리트의 마찰력은 무시하고 접합키만 전단력에 저항하는 것으로 설계 되었다. 또한 단면 전체에는 에폭시를 얇은 층으로 도포하여 연결부 표면에 부착 작용을 일으켜 세그먼트 연결을 용이하게 하고 응력 전달을 도와 강도를 증진시키며, 쉬스관의 수분 유입을 방지함으로써 강연선의 부식을 방지하는 효과를 내도록 하였다. 그 후, 프리스트레스 강연선에 긴 장력을 도입하여 거더에 압축응력을 유발하여 일체화 시킨다.
- 분절 거더 및 일체 거더에 대해 중앙 처짐, 단부 회전각, 내부 변형률, 균열 양상 등을 비교하였다. 또한 분절 거더의 접합부 거동을 모니터링하기 위해서 수직 상대 변위 및 수평 상대 변위를 최대 재하 하중까지 측정하였다.
- 재하 실험은 초기균열이 발생하기 전까지는 하중 제어 방식으로 진행되었으며 육안으로확인 가능한 균열이 확인되면 실험실의 안전을 고려하여 변위 제어 방식으로 전환하여 수행하였다. 또한 하중 재하 단계별로 거더의 균열 양상을 파악하기 위하여 균열 도를 작성하였다. 작용하중은 액츄에이터의 용량과 대형구조 실험의 안전을 고려하여 분절 거더는 3, 500kN, 일체 거더는 3, 700 kN까지 재하하였다.
- 어렵다. 본 연구에서는 실험에서 측정된 변형률을 이용하여 직접 중립축의 위치를 찾아내므로 프리스트레싱과 콘크리트 균열의 영향을 모두 고려한 중립축 위치를 측정하였다.
- 길이 20m의 실물 조립식 콘크리트 거더를 3등분으로 분절하여 제작한 후, 정적 성능 검증을 위해 같은 제원의 일체 거더와 동일한 조건에서 재하 실험을 수행하였다. 분절 거더 및 일체 거더에 대해 중앙 처짐, 단부 회전각, 내부 변형률, 균열 양상 등을 비교하였다. 또한 분절 거더의 접합부 거동을 모니터링하기 위해서 수직 상대 변위 및 수평 상대 변위를 최대 재하 하중까지 측정하였다.
- 3은 하중 프레임에 설치되기 전의 제작 완료된 일체 거더 및 분절 거더의 모습이다. 분절 거더와 일체 거더의 처짐 및 단부 회전각을 측정하기 위해 Fig. 4와 같이 지간 중앙, 1/4지간, 단부 등에 다수의 변위계를 설치하였다.
- 12와 13은 분절 거더 연결부의 상대 변위를 나타낸 것이다. 분절 거더의 연결부는 하중 증가에 따라 과도한 하부 분리 (opening) 현상을 나타낼 수 있으므로 이를 측정하기 위해서 2개의 연결부 좌우측에서 4개의 수평 상대 변위계를 설치하였다. 그 결과, Fig.
- 전단연결재는 외경 80mm, 내경 50mm인 SS400 강으로 제작되었으며 전단연결재의 근입 깊이는 54 mm이다. 설계 시 콘크리트의 마찰력은 무시하고 접합키만 전단력에 저항하는 것으로 설계 되었다. 또한 단면 전체에는 에폭시를 얇은 층으로 도포하여 연결부 표면에 부착 작용을 일으켜 세그먼트 연결을 용이하게 하고 응력 전달을 도와 강도를 증진시키며, 쉬스관의 수분 유입을 방지함으로써 강연선의 부식을 방지하는 효과를 내도록 하였다.
- 8은 하중 프레임에 설치 완료된 실험체의 모습이다. 재하 실험은 초기균열이 발생하기 전까지는 하중 제어 방식으로 진행되었으며 육안으로확인 가능한 균열이 확인되면 실험실의 안전을 고려하여 변위 제어 방식으로 전환하여 수행하였다. 또한 하중 재하 단계별로 거더의 균열 양상을 파악하기 위하여 균열 도를 작성하였다.
대상 데이터
- 그 후, 프리스트레스 강연선에 긴 장력을 도입하여 거더에 압축응력을 유발하여 일체화 시킨다. 각각의 세그먼트는 설계기준강도 40MPa의 콘크리트를 사용하였다.
- 분절 거더는 길이 20m인 실물 프리캐스트 콘크리트를 3 개의 세그먼트로 나누어 제작한 후, 포스트텐션 방식으로 각각의 세그먼트에 긴장력을 도입하게 되면 각각의 세그먼트가 결합되고, 완전히 연결된 후에 필요한 양의 긴 장력을 추가로 도입하는 방식으로 제작된다. 강연 선의 제원은 SWPC7BN PS 강연선 15.2mm를 1개의 쉬스관에 12개씩 배치하여 총 48개의 SMPC7BN PS 강연 선이 배치되었다. 각 텐던 (tendon)의 긴장력은 2, 340kN이며긴장력에 의한 늘음량은 130 mm이고 솟음량은 13.
- 대상 교량의 등급은 LS22 표준 하중으로 설계된 경간 20m의 1급선 철도교용 거더이다. 단면의 자세한 제원은 Fig.
- 4 mm로 제작되었다. 분절 거더와의 비교를 위해 제원이 같은 길이 20m의 일체 거더를 제작하여 동일한 조건에서 재하 실험을 수행하였다.
- 실험 대상 거더는 철도교 조립식 프리캐스트 프리스트레스 콘크리트 거더로 단면은 형고가 1.4m이고 폭이 2.05m인 중공 박스 형태이다.
- 1(c), (d)와 같은 전단연결재를 각각의 단면에 배치한다. 전단연결재는 외경 80mm, 내경 50mm인 SS400 강으로 제작되었으며 전단연결재의 근입 깊이는 54 mm이다. 설계 시 콘크리트의 마찰력은 무시하고 접합키만 전단력에 저항하는 것으로 설계 되었다.
데이터처리
- 16은 분절 거더 및 일체 거더의 하중별 깊이 방향 변형률 분포를 나타낸 그림이다. 여기서 평면은 휨변형을 이룬다는 가정 하에 비선형으로 분포된 측정 변형률의 선형 회귀분석을 실시하였다. Fig.
성능/효과
- 또한 분절 거더의 접합부 거동을 모니터링하기 위해서 수직 상대 변위 및 수평 상대 변위를 최대 재하 하중까지 측정하였다. 그 결과 구조물 의사용 범위인 선형 구간에서는 분절 거더가 일체 거 더 와 매우 유사한 거동을 보였으며 파괴에 이르기까지 전단파괴가 아닌 휨 파괴 모드로 균열이 진전되고 있음을 확인하였다. 따라서 분절공법으로 제작된 대상 거더는 파괴 거동 및 균열 양상 등을 고려한 결과 정적 성능이 우수한 것으로 판단된다.
- 그 결과 구조물 의사용 범위인 선형 구간에서는 분절 거더가 일체 거 더 와 매우 유사한 거동을 보였으며 파괴에 이르기까지 전단파괴가 아닌 휨 파괴 모드로 균열이 진전되고 있음을 확인하였다. 따라서 분절공법으로 제작된 대상 거더는 파괴 거동 및 균열 양상 등을 고려한 결과 정적 성능이 우수한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 정적 재하 실험을 통해 성능을 검토한 것으로 향후 시공된 교량의 장기 모니터링을 통한 내구성 및 사용성 검토가 추가로 필요하다고 판단된다.
- 8 mm 이하의 분리를 보였다. 또한 분절 부의 과도한 전단변형 여부를 조사하기 위해 수직 상대 변위 (sliding)를 측정한 결과, 최종 재하 하중인 3, 500 kN 까지 약 0.015mm 이내의 센서 잡음 범위 내의 결과를 보였다. 즉, 분절 거더는 전단에 의한 구조 변형이 발생하지 않고 있음을 확인하였다.
- 모형 실험을 수행하였다. 실험 변수는 연결주 전 단연 결재의 형상 및 구속응력의 도입 유무로, 저면/돌출 높이 비가 1/3일 때 최대 전단저항력을 보이고 있음을 보였으며 구속응력이 도입되었을 때 강성과 강도에서 큰 증가를 보임을 확인하였다. Kaneko 등切은 전단 연결 재의 거동해석을 위한 파괴역학모델을 제시하고 이를 실험적으로 검증하였으며, Annamalai*는 건물에서 사용되는 전 단연 결재의 거동을 연구하였다.
- 18과 같이 구조물의 휨 균열이 구조물의 내부에 발생하기 시작하여 진전되고 있음을 의미한다. 육안으로 식별 가능한 균열은 분절 거더의경우는 2, 000 kN, 일체 거더의 경우는 2, 500 kN까지 급격히 전파되어 중립축이 심하게 천이되고 있음을 확인할 수 있다.
- 1/4지간의 처짐과 단부회전각의 거동은 지간 중앙부의 처짐 거동과 비슷한 거동 양상을 보였다. 즉, 균열이 육안으로 확인되는 1, 200 kN 이상부터 비선형거동이 시작되어 하중 증가에 따른 균열전파의 영향으로 뚜렷한 비선형거동을 보이고 있음을 확인할 수 있었다.
- 015mm 이내의 센서 잡음 범위 내의 결과를 보였다. 즉, 분절 거더는 전단에 의한 구조 변형이 발생하지 않고 있음을 확인하였다. 따라서 분절 거더의 취약 부분인 연결부는 정적 하중 하에서는 연결부 전단파괴와 같이 급격한 파괴에 이르지 않고 있음을 알 수 있다.
후속연구
- 따라서 분절공법으로 제작된 대상 거더는 파괴 거동 및 균열 양상 등을 고려한 결과 정적 성능이 우수한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 정적 재하 실험을 통해 성능을 검토한 것으로 향후 시공된 교량의 장기 모니터링을 통한 내구성 및 사용성 검토가 추가로 필요하다고 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.