[논문]프리스트레스트 강합성 Double T-Beam의 휨거동 특성에 관한 실험적 연구

홍성남; 김광수; 한경봉; 박선규; 유병억

문제 정의

그리고, 실험 결과로부터 프리스트레스트 강합성 Double T-Beam 단면의 응려 처짐등에 따른 거동 특성을 확인하였다. 또한 긴장력 도입으로 강합성 보의 내하력이 증가됨에 따른 효과를규명하는데 중점을 두었다. 뿐만 아니라 일반적으로연속보에서 구조적으로 가장 취약하다고 하는 내부지점부 단면의 내하력을 증가시키기 위해, 압축 응력이 크게 작용하는 단면 하단에 콘크리트를 타설하였고, 이로 인한 효과를 실험적으로 규명하는데 중점을 두었다.
본 논문에서는 프리스트레스트 강합성 Double T-Beam의 휨거동 특성과 긴장 효과에 따른 효용성에대한 연구를 제한된 범위 내에서 수행한 결과 다음과같은 결론을 내리게 되었다.
이에 대하여 본 논문에서 제시하고자 하는 프리스트레스트 강합성 Double T-Beam의 역학적 거동 특성을 규명하고자 3개의 실험체를 제작하여 하중재하 실험을 실시하였다. 그리고, 실험 결과로부터 프리스트레스트 강합성 Double T-Beam 단면의 응려 처짐등에 따른 거동 특성을 확인하였다.

제안 방법

실시하였다. 그리고, 실험 결과로부터 프리스트레스트 강합성 Double T-Beam 단면의 응려 처짐등에 따른 거동 특성을 확인하였다. 또한 긴장력 도입으로 강합성 보의 내하력이 증가됨에 따른 효과를규명하는데 중점을 두었다.
이것은 긴장력을 도입한 실험체는 긴장력에 의한 편심 모멘트가 작용하였기 때문에 표준실험체보다 큰 내하력을 보유하고 있고, 긴장력에 의한 솟음량이 발생하였기 때문에 처짐이 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 일정한 하중에서의 처짐비교를 위해 표준실험체가 항복하였다고 판단되는 1,000 kN에서의 각 실험체의 하중에 대한 처짐 데이터를 비교하였다.
본 연구에서는 프리스트레스트 강합성 Double T-Beam 의 거동 특성을 실험적으로 규명하고 이를 분석하기위해 표준실험체가 항복한 하중인 1000 kN에서의 표준실험체와 PC 10 실험체, PC 20 실험체의 긴장력에 의한 솟음량, 처짐 및 항복 하중과 최대 하중에서의 처짐량 등을 비교하였다. 또한, 범용유한요소 해석프로그램을 이용하여 산정된 이론치와 실험결과를 비교하여 Table 6에 나타내었다.
또한 긴장력 도입으로 강합성 보의 내하력이 증가됨에 따른 효과를규명하는데 중점을 두었다. 뿐만 아니라 일반적으로연속보에서 구조적으로 가장 취약하다고 하는 내부지점부 단면의 내하력을 증가시키기 위해, 압축 응력이 크게 작용하는 단면 하단에 콘크리트를 타설하였고, 이로 인한 효과를 실험적으로 규명하는데 중점을 두었다.
사용성을 검토하는 방법에는 진동에 의한 평가, 외관 조사에 의한 평가, 균열 하중에 , 의한 평가등 여러 가지 방법이 있으나 본 논문에서는 범용유한요소 해석프로그램과 실험체의 처짐 데이터를 이용하여 사용성 평가를 수행하였다. 표준실험 체에서 항복하중의 60% (600 kN)를 사용하중상태로 설정하여 각각의 실험체에 대한 처짐량을 비교하였다.
떨어진 지점마다 설치하였다. 설치된 수직보강재는 부모멘트 부분에만 타설하는 콘크리트의 흘러내림을 방지하기 위하여 설치하는 격벽이 수직보강재의역할도 같이 할 수 있도록 고려하여 설계를 하였고 수평보강재를 1단으로 배치하였으며, 강합성 단면의 일체거동을 위해 허용응력을 초과하지 않는 범위에서 전단 연결재를 배치하였다(도로교설계기준, 2005).
허용 응력 설계법을 따른다. 이때 모든 하중이 재하된 이후의 단면력을 통해 가장 취약한 단면의응력을 산정하고, 이를 부재의 허용 응력과 비교하여구조물의 안정성을 검토한다. 이는, 강합성 보가 아닌다른 형식의 거더에서도 같은 방법을 사용한다.
수행하였다. 표준실험 체에서 항복하중의 60% (600 kN)를 사용하중상태로 설정하여 각각의 실험체에 대한 처짐량을 비교하였다. 사용하중에서의 해석 결과 및 실험결과는 Table 7과 같다.
프리스트레스트 강합성 Double-T Beam의 거동을분석하기 위하여 각 실험체의 복부 부분에 변형률 게이지를 설치한 후, 하중 증가에 따른 거동을 파악하였다. Fig.
하중 재하시 좌굴에 의한 파괴를 방지하기 위하여수직보강재를 중앙 지점으로부터 좌우로 각각 660 mm씩 떨어진 지점마다 설치하였다. 설치된 수직보강재는 부모멘트 부분에만 타설하는 콘크리트의 흘러내림을 방지하기 위하여 설치하는 격벽이 수직보강재의역할도 같이 할 수 있도록 고려하여 설계를 하였고 수평보강재를 1단으로 배치하였으며, 강합성 단면의 일체거동을 위해 허용응력을 초과하지 않는 범위에서 전단 연결재를 배치하였다(도로교설계기준, 2005).

대상 데이터

긴장력에 의한 효과를 검증하기 위하여 우선, 일체의 긴장력을 도입하지 않은 표준실험체와 긴장력을 각각 100 kN, 200 kN씩 도입한 실험체 2개 등 총 3개의실험체를 제작하였으며, 효율적인 긴장력이 실험체에도입될 수 있도록 긴장재는 절곡 배치하였다(조두용, 2001).
본 실험의 실험체에 사용된 강재는 SS400, 강연선은 지름 12.7 mm의 7연선(B종)을 사용하였다. 또한, 단면 주형 상 .
실험 대상 구조물은 지간 2700 mm, 총 길이 5800 mm의 2경간 연속보로 제작하였다. 실험체 단면의 높이는 430 mm, 강재 두께는 4 mm를 각각사용하였다.
mm의 2경간 연속보로 제작하였다. 실험체 단면의 높이는 430 mm, 강재 두께는 4 mm를 각각사용하였다. 정.
또한, 단면 주형 상 . 하부에 타설된 콘크리트의 설계기준강도는 35 MPa이며 상부 콘크리트 부분에 배치한 철근은 D13(SD40)을 사용하였다. 실험에 사용된 강재, 강연선, 철근의 물성치, 콘크리트의 강도 실험 결과를 Table 1~4에 각각 나타내었다.

성능/효과

1) 프리스트레스트 강합성 Double T-Beam의 실험결과 긴장력의 도입으로 인한 편심 모멘트의 작용과 긴장재의 절곡배치로 인한 상향력과 긴장력 도입에 따른 솟음으로 인해 실험체의 처짐을 감소시켜 결과적으로 사용성이 증가하는 것으로 나타났다.
2) 긴장재를 절곡 배치하여 적절한 긴장량을 도입할 경우 일반적으로 연속보에서 모멘트가 가장 크게 작용하는 중앙 지점부의 내하 성능을 향상시켜 구조물의 항복하중을 높일 수 있을 뿐 아니라 변형에 저항하는 정도가 커져 변형률이 크게 감소하는 것으로 나타났다.
3) 연속보에서 단면 하부에 압축 응력이 작용하는 곳에 압축력에 저항하는 힘이 큰 콘크리트를 타설할 경우 강재와 콘크리트의 합성 작용과 적절한긴장량의 도입으로 인해 변형에 저항하는 정도가커져 연속보에서 일반적으로 가장 취약하다고 알려진 구조물 내부 지점부의 내하력 향상 효과를가져올 수 있다고 판단되었다.
4) 실험 단면의 상부에 부착한 게이지로부터 얻은 데이터 분석을 통하여 교량에 있어 상부 슬래브에 타설 된 콘크리트의 허용 인장 응력 하에서 적절한 긴장력의 도입은 상부 슬래브의 균열 하중을 증가시키고 내하력을 증진시켜 사용성이 우수해지는 효과를 가져 올 수 있다고 판단되었다.
20~30%정도 작게 나왔다. 또한 범용 유한요소해석 프로그램을 이용하여 이론적으로 계산한 결과도 10~20%정도 작게 나왔다. 이는 사용하중상태 하에서 긴장력에 의해 처짐이 감소하며, 결국 긴 장력의 도입이 구조물에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
1000 kN에서 항복한 것으로 나타났다. 또한, 초기 변형률의 차이만 있을 뿐 비슷한 거동 현상을 보이는 표준실험체와 PC 10 실험체에 비해 긴장력을 증가시킨 PC 20 실험체의 내하 성능이 보다 좋음을 알 수 있다. 압축 응력에 저항하기 위해 하단에 콘크리트를 타설 하고 적절한 크기의 긴장력을 도입할 경우, 연속보에서 가장 취약한 내부 지점부의 내하력이 크게 향상될 것으로 예상되었다.
실험을 통해 얻은 처짐 데이터에 의한 분석결과, 긴장력의 도입으로 인해 처짐량이 약 20~30%정도 감소하는 것으로 나타났다. 이것은 긴장력을 도입한 실험체는 긴장력에 의한 편심 모멘트가 작용하였기 때문에 표준실험체보다 큰 내하력을 보유하고 있고, 긴장력에 의한 솟음량이 발생하였기 때문에 처짐이 감소하는 것으로 나타났다.
또한, 초기 변형률의 차이만 있을 뿐 비슷한 거동 현상을 보이는 표준실험체와 PC 10 실험체에 비해 긴장력을 증가시킨 PC 20 실험체의 내하 성능이 보다 좋음을 알 수 있다. 압축 응력에 저항하기 위해 하단에 콘크리트를 타설 하고 적절한 크기의 긴장력을 도입할 경우, 연속보에서 가장 취약한 내부 지점부의 내하력이 크게 향상될 것으로 예상되었다. 중앙 지점부 상 .
5와 같다. 표준실험체 (STD)가 항복했다고 판단되는 1000 kN의 하중에서 실험체별로 처짐을비교하였을 때, 표준실험체(STD)에 비해 긴장력을 도입하여 내하 성능을 높인 실험체 PC 10과 PC 20의실험체의 처짐량이 약 20%~30%정도 감소한 것으로 나타났다. 이는 긴장력의 도입으로 인해 실험체의 내하력이 증가되어 변형에 저항하는 힘이 커졌을 뿐 아니라 긴장력의 도입으로 인한 솟음량의 발생과 강연선을 절곡 배치하여 긴장하였기 때문에 강연선에 의한 상향력 등의 영향으로 처짐이 감소하는 것으로 사료된다.
중앙 지점부 상 . 하부의 변형률을 살펴 보았을 때, PC 10의 경우 단순히 긴 장력의 도입으로 인한 초기 변형으로 인해 내하 성능이 좋아진 것으로 판단되나, 보다 긴장력을 크게 도입한 PC 20의 경우 초기 변형과 더불어 긴장력의 도입이구조적 안정성에 크게 작용하는 것으로 판단되었다.

후속연구

5) 제안된 프리스트레스트 강합성 Double T-Beam 의 장점을 충분히 살린다면 매우 실용적이고 경제적인 교량 가설공법이 될 수 있을 거라 판단된다.
이러한 Double T-Beam의 교량 형식에 역학적 저항능력의상대적 취약성이 보완되고, 제한된 시공방법이 개선된다면 심미성이 가미된 세련된 형식의 교량으로 일반교량뿐만 아니라 고속도로와 도심지의 고가교에 적극활용될 것으로 기대된다.

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