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
- 본 연구에서는 조립식 교각과 기초 사이의 연결, 교각과 교각의 연결에서 강관과 프리스트레스 긴장재를 동시에 이용하는 단면을 제안하였다. 강관을 연결구조에 활용하여 강관 내부에 충전된 모르터와 강관이 함께 축력과 휨모멘트 전단력에 효율적으로 저항할 수 있도록 하였다.
- 이 논문에서는 단면의 강도를 확보함과 동시에 사용성을 함께 확보할 수 있도록 하는 접합부 상세에 대하여 실험적으로 검증하였다. 실험부재의 설계는 시공성을 고려해야 하고 부재의 제작과정을 통해서 시공오차의 원인이 될 수 있는 항목을 면밀히 검토하여 반영할 수 있도록 하였다.
제안 방법
- 단면을 제안하였다. 강관을 연결구조에 활용하여 강관 내부에 충전된 모르터와 강관이 함께 축력과 휨모멘트 전단력에 효율적으로 저항할 수 있도록 하였다. 그림 1에 제안된 조립식 교각의 단면 및 시공순서를 나타내었다.
- ⑺ 교각과 기초 사이의 연결에서는 뽑힘에 대한 저항을 위해서 강관의 하부에 앵커플레이트를 용접 연결하고 강관의 외부에 전단연결재를 용접하여 저항 강도를 확보한다. 교각과 기초 교각과 교각의 연결에서 지진하중에 의해 가장 중요한 부분인 하부의 소성힌지 구간에는 연속된 강관과 프리스트레스 긴장재를 이용하여 이 구간의 연성확보 및 전단 강도증가를 이루도록 하였다. 휨모멘트가 가장 크게 발생하는소성힌지 구간에 강관 단면이 유효하게 저항하도록 하여 소성힌지 구간의 심부 콘크리트를 확실하게 구속할 수 있도록 하는 상세를 확보할 수 있다.
- 휨모멘트가 가장 크게 발생하는소성힌지 구간에 강관 단면이 유효하게 저항하도록 하여 소성힌지 구간의 심부 콘크리트를 확실하게 구속할 수 있도록 하는 상세를 확보할 수 있다. 기초의 타설시 강관과 긴장 재를 미리 매입하여 타설하고 교각 단면의 일부가 기초 단면에 삽입되도록 블록아웃을 설치하여 이 부분에 프리캐스트 교각이 설치되고 경계면에는 에폭시 충전과 테두리면을 실링 하여 마감하도록 하였다. 교각 이음부에서 긴장재나 강관의 연결을 하지 않고 프리캐스트 부재 내에서 연결을 함으로써 이음부에서의 전단강도를 부착 및 마찰 이외에도 강관 단면이 함께 저항하여 전단강도를 증가시켰다.
- 기초의 타설시 강관과 긴장 재를 미리 매입하여 타설하고 교각 단면의 일부가 기초 단면에 삽입되도록 블록아웃을 설치하여 이 부분에 프리캐스트 교각이 설치되고 경계면에는 에폭시 충전과 테두리면을 실링 하여 마감하도록 하였다. 교각 이음부에서 긴장재나 강관의 연결을 하지 않고 프리캐스트 부재 내에서 연결을 함으로써 이음부에서의 전단강도를 부착 및 마찰 이외에도 강관 단면이 함께 저항하여 전단강도를 증가시켰다. 기존 조립식 교각 시스템이 전단키에 의한 저항이나 프리스트레스로 인한 압축으로 부착강도 증진 효과를 통해서 전단저항을 하는 것에 비해서 이 시스템의 전단저항 메커니즘은 압축력에 의한 부착 저항, 긴장재의 전단강도 이음부에 연속되어 있는 강관 및 내부 충전 모르터 단면의 전단저항으로 구성되어 단주 교각 및 중간 영역의 휨-전단 파괴 모드를 갖는 교각 단면에 효과적으로 적용될 수 있다.
- 검증하였다. 실험부재의 설계는 시공성을 고려해야 하고 부재의 제작과정을 통해서 시공오차의 원인이 될 수 있는 항목을 면밀히 검토하여 반영할 수 있도록 하였다. 준 정적실험을 통하여 교각 및 기초 연결부재의 내진성능을 평가하여 설계 기준에서 요구하는 성능의 만족여부를 평가하고 설계 제안사항을 제시하였다.
- 실험부재의 설계는 시공성을 고려해야 하고 부재의 제작과정을 통해서 시공오차의 원인이 될 수 있는 항목을 면밀히 검토하여 반영할 수 있도록 하였다. 준 정적실험을 통하여 교각 및 기초 연결부재의 내진성능을 평가하여 설계 기준에서 요구하는 성능의 만족여부를 평가하고 설계 제안사항을 제시하였다.
- 실험부재는 기초-교각 연결부, 교각-교각 연결부에 따른 분류와 이음부 개수 및 강재비 등의 변수를 통해 설계하였다. 실험체 배근 및 프리스트레스 도입량은 표 1에 나타내었다.
- 긴장재 단면적과 프리스트레스의 크기 결정이 주요한 고려사항인데 이 연구에서는 기존 축방향 철근비와 동일한 수준의 강재비를偶9)갖도록 조정하였는데 최종적으로 도입되는 프리스트레스에 의한 축력으로 인해서 P-M 상관도에서의 훰강도가감소하는 것을 최소화하기 위해 긴장재의 도입 프리스트레스의 수준은 낮추어 설정하였다. 즉, 디비닥이형강봉 직경 32mm(강종 St.
- 프리스트레스의 수준은 낮추어 설정하였다. 즉, 디비닥이형강봉 직경 32mm(강종 St. 950/1050 MPa) 6개를 매입한 부재는 기존 RC 교각과 동일한 강재비를 갖도록 설정하였고 압축력 도입수준을 축강도의 21% 수준에서 결정하였다. 강봉 8개를 매입한 부재의 경우에는 강재비를 다소 높게 설정하고 절반의 강봉만 프리스트레스를 도입하여 도입 압축력의 수준이 축강도의 14% 수준이 되도록 설정하였다.
- 5 m 이내로 가설 장비를 고려했을 때 소성 힌지 구간 외에 이음부를 둘 수 있을 것으로 판단했기 때문이다. 내진거동에서 가장 중요한 심부 구간에 이음부를 두지 않는 것이 좋을 것으로 판단해서 부재 설계에 반영하였다.
- 실험부재의 제작과정은 그림 3에 나타내었다. 먼저 기초를 타설하기 전 강관과 강봉이 앵커플레이트에 연결된 상태에서 매입되도록 하고 강관의 외부에는 스터드 연결재를 용접하여 뽑힘에 저항하는 구조를 형성하였다. 강관과 강봉의 높이는 교각단면의 직경보다 크도록 하여 소성 힌지 구간에 이음부가 생기지 않도록 하였다.
- 먼저 기초를 타설하기 전 강관과 강봉이 앵커플레이트에 연결된 상태에서 매입되도록 하고 강관의 외부에는 스터드 연결재를 용접하여 뽑힘에 저항하는 구조를 형성하였다. 강관과 강봉의 높이는 교각단면의 직경보다 크도록 하여 소성 힌지 구간에 이음부가 생기지 않도록 하였다. 이 상태에서 연직도를 맞춘 상태를 유지하도록 하고 기초 콘크리트를 타설하였다.
- 강관과 강봉의 높이는 교각단면의 직경보다 크도록 하여 소성 힌지 구간에 이음부가 생기지 않도록 하였다. 이 상태에서 연직도를 맞춘 상태를 유지하도록 하고 기초 콘크리트를 타설하였다. 첫 번째 교각 세그먼트는 기초부에 사전에 만들어 둔 공간에 삽입되도록 하는데 미리 기초 하면에 모르터를 도포하고 교각 세그먼트에 형성되어 있는 홀을 통해서 강관과 강봉이 들어오도록 하였다.
- 이 상태에서 연직도를 맞춘 상태를 유지하도록 하고 기초 콘크리트를 타설하였다. 첫 번째 교각 세그먼트는 기초부에 사전에 만들어 둔 공간에 삽입되도록 하는데 미리 기초 하면에 모르터를 도포하고 교각 세그먼트에 형성되어 있는 홀을 통해서 강관과 강봉이 들어오도록 하였다. 세그먼트가 가설된 후에는 기초부와 첫 번째 세그먼트 사이의 틈을 실링제를 이용해서 메워서 처리한다.
- 강봉은 커플러를 이용하여 연속시켰으며 이때 강관의 연결부와 강봉의 커플러 위치는 서로 같.지 않도록 하였다프리캐스트 교각 세그먼트를 차례로 가설해서 올리고 각 이음부는 접착면에 에폭시를 도포하여 연결하였으며 최종적으로 가력부에서 긴장작업을 실시하여 실험부재를 완성하였다. 도포하는 에폭시의 경우 현장 여건을 감안하여 부착 강도를 인정하지 않는 가정을 사용하는 것이 바람직하고 조립식 교각의 내구성 확보차원에서 고려되어야 한다.
- 5〃까지이므루 기초-교각 접합부로부터 600mm이내의 횡방향 철근과 강봉 및 강관에 변형률 게이지를 부착하였다. 부재 제작 시강 봉의 변형률 값을 이용하여 초기 도입 프리스트레스 크기를 측정하였다. 하중 재하점의 수평변위와 수평하중은 가력기에 설치된 변위계와 로드셀에 의해 취득하였다' 가력부및 교각 중앙부와 하중 재하시 예상치 못한 기초부위의 수평 변위나 들림을 변위계를 이용하여 측정하였다.
- 조립식 교각의 내진성능을 평가하기 위하여 준정적(Quasi-Static) 실험을 수행하였다. 준정적 실험은 구조물의 내진 성능평가를 위해 서로 다르게 설계된 구조물의 하중-이력, 비탄성 에너지 소산능력과 파괴상태를 비교, 평가하기에 비교적 경제적이고 유용한 실험 기법으로 알려져 있다.
- 교각 횡 방향 하중은 최대변위 ±250mm인 l, 000kN 가력기를 이용하여 변위제어로 재하하였다. 변위제어는 그림 5에 나타냈듯이 기둥유효길이에 대한 비율(Drift Ratio)로써 각 단계별로 2회씩 반복 재하하여 동일 하중 진폭에 대한 교각의 거동특성의 차이를 살펴보았다. Drift Ratio는 기등의 유효 길이에 대한 가력된 변위의 퍼센트(%)로 기초상단에서 가력지점 높이인 2.
- 단계로 점점 증가되는 변위이력을 파괴 시까지 도입하였다. 재하초기에는 0.25%부터 실험체의 급작스런 파괴방지를 위하여 0.5%씩 증가시켰으며 2% 이후로는 1%씩 증가시켜 재하하였다. 그림 6에 실험장면을 나타내었다.
- 조립식 교각의 거동에 영향을 미치는 요인중에 주요한 것이 프리스트레스의 크기이기 때문에 각 부재마다 2개씩의 강봉에 변형률을 도입시기부터 실험시기까지 측정하여 유효 프리스트레스의 크기를 산정하였다. 표 1의 설계값과 차이는 피할 수 없기 때문에 실험결과 분석을 위해서 표 2에
-
2> 실험결과
실험시기의 변형률 측정값을 기준으로 프리스트레스의 크기를 산정하였다
. 표 2에서 프리스트레스의 크기에 따른 휨강도의 변화가 반영되었음을 알 수 있다. - 구조물 또는 어떤 부재의 총 에너지량에 있어서 지진 응답해석에 의한 변위이력으로부터 실제로 흡수 및 소산되는 에너지를 계산하고 총에너지량과 비교하여 구조물의 안전성 여부를 검토할 수 있다. 따라서, 에너지 소산능력을 분석하기 위하여 누적에너지 흡수능력(Cumulative energy absorption capacity)을 분석하였으며, 그림 10과 같은 하중-변위 이력 곡선의 내부면적으로 정의하였다.
- 구조물 또는 어떤 부재의 총 에너지량에 있어서 지진 응답해석에 의한 변위이력으로부터 실제로 흡수 및 소산되는 에너지를 계산하고 총에너지량과 비교하여 구조물의 안전성 여부를 검토할 수 있다. 따라서, 에너지 소산능력을 분석하기 위하여 누적에너지 흡수능력(Cumulative energy absorption capacity)을 분석하였으며, 그림 10과 같은 하중-변위 이력 곡선의 내부면적으로 정의하였다.강재비와 이음 부수에 대한 누적에너지 소산능력을 분석하여 그림 11에 나타내었다.
대상 데이터
- 이는 단면 강도 확보를 위해서 충분한 양의 긴장재를 배치할 경우에 지나친 수준의 압축력 도입으로 휨강도의 저하를 가져올 수 있기 때문에 긴장재와 긴장하지 않는 강재의 조합 배치의 효과를 살펴보기 위한 고려에서 설정되었다. 강관의 경우 내력 계산에 포함되지는 않았지만 일반구조용 강관(SPS400)으로 외경이 76.3mm 이고 두께가 2.8mm이었다. 실험부재의 상세단면은 그림 2에 나타내었다.
성능/효과
- 실험체 배근 및 프리스트레스 도입량은 표 1에 나타내었다. 프리캐스트 세그먼트의 제작이 일시에 이루어지지 않아서 5회에 걸쳐 제작된 콘크리트의 평균강도를 산정한 결과 55 MPa이었다.
- 그림 7(b)에서 일부 하중이 급격히 떨어지는 모습을 보이다가 다시 회복되는 양상을 가진 부재의 경우 강봉 커플러 혹은 강관 연결부에서의 변위의 영향으로 추측되는데 전체적인 내진성능이나 극한강도에는 큰 영향을 미치지 않고 있다. 파괴 양상은 모든 부재가 휨 파괴를 보였고 이음부의 수에 상관없이 소성힌지 구간의 손상으로 나타났다. 교각과 교각이음부를 갖는 부재에서 이음부의 심각한 손상은 발생하지 않았기 때문에 실제 이음부 설계가 교각과 기초 이음부에 대해서 이루어져야 함을 알 수 있다.
- 강재비와 이음 부수에 대한 누적에너지 소산능력을 분석하여 그림 11에 나타내었다. 결과를 살펴보면 강재비가 33% 증가함에 따라 에너지 소산 능력이 약 20%정도 증가하는 것을 관찰할 수 있고 기초-교각 부재보다 이음부의 수가 많은 교각-교각 부재의 경우에서 20%정도 에너지 소산능력이 뛰어남을 정량적으로 평가할 수 있다. 이는 횡호}중에 대해 부재의 손상부위가 많아짐으로써 에너지 소산을 많이 하기 때문이다.
- 준정적 실험으로부터 구한 프리캐스트 교각의 정적성능은 사용한 강봉의 강재비에 따라 설계된 값을 잘 반영하고 있고 탄성구간을 벗어나는 횡하중 작용 초기에도 프리스트레스 효과로 인해서 변형의 회복이 이루어지고 있음을 확인하였다. 설계를 위한 검증 항목에서 중요한 내진성능의 경우에 강재비가 낮은 부재(RC교각과 동일 강재비의 1/2 수준)도 요구연성도를 만족함을 보였고 강재비가 높아지면 서연 성도와 강도가 모두 증가함을 검증하였다.
- 설계를 위한 검증 항목에서 중요한 내진성능의 경우에 강재비가 낮은 부재(RC교각과 동일 강재비의 1/2 수준)도 요구연성도를 만족함을 보였고 강재비가 높아지면 서연 성도와 강도가 모두 증가함을 검증하였다. 연성도는 횡 철근의 효과가 크기 때문에 기존 현장타설 RC 교각에 준해서 설계하는 것이 타당함을 확인하였다.
- 설계를 위한 검증 항목에서 중요한 내진성능의 경우에 강재비가 낮은 부재(RC교각과 동일 강재비의 1/2 수준)도 요구연성도를 만족함을 보였고 강재비가 높아지면 서연 성도와 강도가 모두 증가함을 검증하였다. 연성도는 횡 철근의 효과가 크기 때문에 기존 현장타설 RC 교각에 준해서 설계하는 것이 타당함을 확인하였다. 실험결과를 요약하면 다음과 같다.
- (2) 교각과 교각 이음부를 갖는 부재에서 이음부의 위치가소성 힌지 구간에 없다면 이음부의 심각한 손상은 발생하지 않았기 때문에 실제 이음부 설계가 교각과 기초 이음부에 대해서 이루어져야 함을 알 수 있다.
- (3) 프리스트레스를 도입하는 조립식 교각에서 연성 확보를 위한 내진 상세는 비록 실험에서 내진설계의 1/2에 해당하는 경우에도 요구연성도는 만족하지만 안전측으로 고려할 때 기존의 현장타설 RC 교각에서 요구하는 횡 철근 비를 만족하도록 설계하는 것이 바람직하다.
- (4) 에너지 소산능력의 경우에는 강재비가 33% 증가함에 따라 에너지 소산능력이 약 20%정도 증가함을 보였고 이음부의 수가 많은 교각-교각 부재의 경우에서 20% 정도 에너지 소산능력이 뛰어남을 볼 수 있다.
후속연구
- 향후, 도심지 교각 뿐 아니라 급속시공이 요구되는 다양한 여건에서 개발된 조립식 하부구조 시스템이 적용되어 시공 기간 단축 및 민원 감소 등의 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 圧한, 교량의 시공에서 중요한 하부구조에 대한 요소기술을 확보함으로써 기술경쟁력에 기여할 것으로 판단된다.
- 기대된다. 圧한, 교량의 시공에서 중요한 하부구조에 대한 요소기술을 확보함으로써 기술경쟁력에 기여할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.