전 세계적으로 노후교량이 급증함에 따라 교량 신설 뿐만 아니라 교체 및 유지관리의 중요성이 강조되고 있다. 기존 교량의 교체 및 신설에 주로 적용되고 있는 현장타설바닥판은 초기균열로 인한 품질저하 우려, 인건비 상승, 보수 및 교체의 어려움, 공기 증가 그리고 도심지 교통체증으로 인한 간접비용 증가 등 여러 문제점을 내포하고 있다. 반면에 공장에서 사전 제작후 현장에서 조립되는 프리캐스트 바닥판 공법은 공장제작으로 품질확보, 급속시공이 가능하므로 기존 현장타설 바닥판의 효과적인 대안으로 제시되고 있다. 이러한 프리캐스트 바닥판은 바닥판간 이음부가 균열 및 누수 등으로 가장 취약하므로 소요강도와 내구성을 확보할 수 있는 바닥판 간 이음부 연결기술이 중요하다. 본 연구에서는 기존공법을 개선한 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 교량 바닥판을 제안하고 이음형식별 요소실험을 통해 휨성능을 비교 및 검증하였다.
전 세계적으로 노후교량이 급증함에 따라 교량 신설 뿐만 아니라 교체 및 유지관리의 중요성이 강조되고 있다. 기존 교량의 교체 및 신설에 주로 적용되고 있는 현장타설바닥판은 초기균열로 인한 품질저하 우려, 인건비 상승, 보수 및 교체의 어려움, 공기 증가 그리고 도심지 교통체증으로 인한 간접비용 증가 등 여러 문제점을 내포하고 있다. 반면에 공장에서 사전 제작후 현장에서 조립되는 프리캐스트 바닥판 공법은 공장제작으로 품질확보, 급속시공이 가능하므로 기존 현장타설 바닥판의 효과적인 대안으로 제시되고 있다. 이러한 프리캐스트 바닥판은 바닥판간 이음부가 균열 및 누수 등으로 가장 취약하므로 소요강도와 내구성을 확보할 수 있는 바닥판 간 이음부 연결기술이 중요하다. 본 연구에서는 기존공법을 개선한 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 교량 바닥판을 제안하고 이음형식별 요소실험을 통해 휨성능을 비교 및 검증하였다.
Due to the increasing number of deteriorated bridges worldwide, the importance of maintenance and replacement of existing bridges are being emphasized. Cast-in-place concrete deck which is mainly applied to deck replacement of existing bridges have problems such as deterioration concerns by initial ...
Due to the increasing number of deteriorated bridges worldwide, the importance of maintenance and replacement of existing bridges are being emphasized. Cast-in-place concrete deck which is mainly applied to deck replacement of existing bridges have problems such as deterioration concerns by initial crack, labor cost increase, difficulties of maintenance and replacement, construction time increase, and indirect cost increase by traffic congestion. On the contrary, a precast concrete deck is considered as an effective alternative because of its quality assurance and accelerated construction. The connection method ensuring the required strength and durability is especially important, because the connection part of the precast concrete deck is vulnerable to cracks and leakage. Therefore, this study proposes precast bridge decks with ribbed connection which are more improved than existing bridge deck joints, and flexural performance is verified through various parameter tests.
Due to the increasing number of deteriorated bridges worldwide, the importance of maintenance and replacement of existing bridges are being emphasized. Cast-in-place concrete deck which is mainly applied to deck replacement of existing bridges have problems such as deterioration concerns by initial crack, labor cost increase, difficulties of maintenance and replacement, construction time increase, and indirect cost increase by traffic congestion. On the contrary, a precast concrete deck is considered as an effective alternative because of its quality assurance and accelerated construction. The connection method ensuring the required strength and durability is especially important, because the connection part of the precast concrete deck is vulnerable to cracks and leakage. Therefore, this study proposes precast bridge decks with ribbed connection which are more improved than existing bridge deck joints, and flexural performance is verified through various parameter tests.
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문제 정의
앞서 언급하였듯이 기존에 개발된 프리캐스트 바닥판 공법 중 현재 가장 널리 사용되고 있는 내부긴장재로 이음부를 연속화하는 공법은 종방향 텐던 관련 공정의 추가로 경제성 및 시공성이 불리하며, 루프철근을 이용한 프리캐스트 바닥 판 공법은 이음부의 현장타설 및 양생기간 증가로 급속시공이 어려운 단점이 있다. 그리하여 종방향 내부긴장재 없이 이음부의 무수축몰탈 타설로 급속시공이 가능한 프리캐스트 바닥판 이음부의 연결기술 개발을 위한 연구를 수행하였다. 그 결과 텐던 관련 비용의 절감 및 공기단축을 통해 경제성과 시공성을 개선할 수 있는 프리캐스트 바닥판 연결시스템을 제안하였고, 제안된 단면의 휨성능 검증을 위해 기존 연결기술을 포함하여 부재요소실험을 수행하였다.
이러한 기존 프리캐스트 바닥판 연결기술의 한계를 개선하고자 소요강도와 경제성을 만족하면서 부분교체 및 급속시공이 가능한 프리캐스트 교량 바닥판의 이음부 연결기술에 대한 연구를 수행하게 되었다. 본 연구를 통해 기존 노후화교량 바닥판의 경제적인 부분교체 및 급속시공 기술의 개발이 가능할 것으로 사료된다.
제안 방법
실험체의 제원은 폭 800mm, 두께 250mm, 길이 2200mm로 동일하며, 주철근과 배력철근은 H19mm, 배근간격은 모두 150mm이다. 각 실험체의 연결상세는 다르지만 외형과 제원은 동일하며 순수휨이 재하되도록 양단 단순지지 조건에서 500kN 용량의 엑츄에이터를 이용하여 4점하중을 재하하였다. 실험체의 제원 및 하중재하방법은 Fig.
본 연구에서는 총2회의 요소실험을 수행하였는데, 1차 요소실험 결과로부터 이음부의 철근겹이음 길이 확보, 이음부 횡 철근 보강, 이음단면의 부착강도 향상을 위한 요철형 이음단면 적용 등 프리캐스트 바닥판 이음부의 연결상세를 개선하였다. 그 결과 Fig. 3과 같이 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 바닥판 모듈 및 연결시스템를 제안하였고, 제안된 요철형 이음단면의 휨성능 평가를 위해 2차 요소실험을 수행하였다.
그리하여 종방향 내부긴장재 없이 이음부의 무수축몰탈 타설로 급속시공이 가능한 프리캐스트 바닥판 이음부의 연결기술 개발을 위한 연구를 수행하였다. 그 결과 텐던 관련 비용의 절감 및 공기단축을 통해 경제성과 시공성을 개선할 수 있는 프리캐스트 바닥판 연결시스템을 제안하였고, 제안된 단면의 휨성능 검증을 위해 기존 연결기술을 포함하여 부재요소실험을 수행하였다.
프리캐스트 바닥판의 거푸집을 제작하고 철근조립 후 프리캐스트 콘크리트를 타설한다. 그 후 두 개의 바닥판 모듈 사이의 이음부에 철근게이지를 설치 후 무수축몰탈을 타설하여 이음부를 일체화하였다.
기존 프리캐스트 바닥판의 연결기술을 개선하고자 종방향 내부긴장재 없이 이음부 무수축몰탈 타설로 급속시공이 가능한 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 교량 바닥판을 제안하였다. 휨성능 요소실험을 통해 제안된 프리캐스트 바닥 판의 극한거동 및 균열양상을 살펴보고 일반 RC바닥판의 거동과 비교하였다.
국내외 기준, 시방규정에 따라 후크 형태의 루프철근 겹이음 길이를 확보하면서 이음부의 몰탈타설부에 하부돌출콘크리트 단면을 적용하여 거푸집이 필요없어 급속시공이 가능하도록 하였다. 또한, 주철근 및 배력철근 배치를 고려하였으며, 사전조립된 프리캐스트 바닥판과 이음부의 무수축몰탈 타설부의 부착강도 향상을 위해 이음부의 경계면에 요철형 단면을 적용하여 부착면적을 증대하였다.
7과 같으며, 게이지의 측정항목 및 종류 등은 Table 2에 수록하였다. 이를 통해 하중재하에 따른 중앙부 처짐과 상부철근 및 하부철근 변형률, 콘크리트 변형률, 균열폭 등을 측정하였다.
8과 같다. 프리캐스트 바닥판의 거푸집을 제작하고 철근조립 후 프리캐스트 콘크리트를 타설한다. 그 후 두 개의 바닥판 모듈 사이의 이음부에 철근게이지를 설치 후 무수축몰탈을 타설하여 이음부를 일체화하였다.
기존 프리캐스트 바닥판의 연결기술을 개선하고자 종방향 내부긴장재 없이 이음부 무수축몰탈 타설로 급속시공이 가능한 요철형 이음단면을 갖는 프리캐스트 교량 바닥판을 제안하였다. 휨성능 요소실험을 통해 제안된 프리캐스트 바닥 판의 극한거동 및 균열양상을 살펴보고 일반 RC바닥판의 거동과 비교하였다. 이로부터 얻은 결론은 다음과 같다.
대상 데이터
프리캐스트 바닥판의 이음부 형식에 따른 휨성능 비교를 위해 Table 1과 같이 총 17개의 실험체를 제작하였다. 기준실험체로서 이음부가 없이 일체로 제작된 RC바닥판 실험체(RC1, RC2) 2개를 제작하였고, 프리캐스트 바닥판 이음부를 모사하여 다음과 같이 15개의 요소시험체를 제작하였다. 루프철근 형식으로 이음부폭이 200mm, 300mm이며, 직선형 이음단면을 갖는 것 (loop 200, loop 300), 일반겹이음 형식으로 이음부 폭이 200mm, 300mm, 400mm로 변화시킨 것(lap 200, lap 300, lap 400), 직선헤드철근 형식으로 이음부 폭이 200mm이고 철근간격을 등간격으로 배치한 것 (HBS1)과 직선헤드철근 형식으로 이음부 폭이 200mm이고, 철근간격을 부등간격 즉, 인접형으로 배치한 것 (HB S2), 절곡된 헤드철근 형식으로 이음부 폭이 200mm이고, 철근간격을등간격을 배치한 것 (HB C1), 절곡된 헤드철근 형식으로 이음부 폭이 200mm이고, 철근간격을 부등간격 즉, 인접형으로 배치한 것 (HB C2), 직선 헤드철근 형식으로 이음부 폭이 300mm이고, 직선형 이음단면을 갖는 것 (HB300 L1, HB300L2), 직선 헤드철근 형식으로 이음부 폭이 300mm로서 요철형 이음단면을 갖는 것 (HB300 B1, HB300 B2), 루프철근 형식으로서 이음부 폭이 300mm이고, 요철형 이음단면을 갖는 것 (LOOP300 B1, LOOP300 B2)이다.
4.2 4점재하 휨실험
실험체의 제원은 폭 800mm, 두께 250mm, 길이 2200mm로 동일하며, 주철근과 배력철근은 H19mm, 배근간격은 모두 150mm이다. 각 실험체의 연결상세는 다르지만 외형과 제원은 동일하며 순수휨이 재하되도록 양단 단순지지 조건에서 500kN 용량의 엑츄에이터를 이용하여 4점하중을 재하하였다.
제안된 요철형 프리캐스트 바닥판 연결기술의 휨성능 비교 검증을 위해 바닥판간 이음형식 (이음부 없는 일반RC 바닥판, 철근겹이음, 루프철근이음, 헤드철근이음 등), 이음부 폭 (200mm, 300mm), 철근간격 (등간격, 인접형), 이음부 단면형태 (직선형, 요철형)를 주요변수로 하여 Table 1과 같이 총 17개의 요소실험체를 제작하였다. 실험체의 프리캐스트콘크리트의 설계기준강도는 40MPa, 이형철근의 항복강도는 400MPa, 바닥판간 이음부에 채워지는 무수축몰탈의 설계기준강도는 60MPa이다.
제안된 요철형 프리캐스트 바닥판 연결기술의 휨성능 비교 검증을 위해 바닥판간 이음형식 (이음부 없는 일반RC 바닥판, 철근겹이음, 루프철근이음, 헤드철근이음 등), 이음부 폭 (200mm, 300mm), 철근간격 (등간격, 인접형), 이음부 단면형태 (직선형, 요철형)를 주요변수로 하여 Table 1과 같이 총 17개의 요소실험체를 제작하였다. 실험체의 프리캐스트콘크리트의 설계기준강도는 40MPa, 이형철근의 항복강도는 400MPa, 바닥판간 이음부에 채워지는 무수축몰탈의 설계기준강도는 60MPa이다.
프리캐스트 바닥판의 이음부 형식에 따른 휨성능 비교를 위해 Table 1과 같이 총 17개의 실험체를 제작하였다. 기준실험체로서 이음부가 없이 일체로 제작된 RC바닥판 실험체(RC1, RC2) 2개를 제작하였고, 프리캐스트 바닥판 이음부를 모사하여 다음과 같이 15개의 요소시험체를 제작하였다.
성능/효과
(1) 제안된 루프철근 이음형식의 요철형 이음단면을 갖는프리캐스트 바닥판의 극한거동이 이음부가 없는 일체형 RC바닥판과 거의 동등수준의 휨성능과 연성거동을 발휘하여 가장 양호한 거동을 보이는 것으로 판단된다.
(2) 실험체별 하중-처짐 곡선, 하중-변형률 곡선, 하중-균열폭 곡선, 하중재하시 균열양상 등의 실험 결과로부터 요철형 단면이 직선형 단면보다 우수한 휨강도와 균열거동을 보이는 것으로 판단된다. 이는 요철형상에 의하여 이음부의 부착면적 증가로 휨강도 및 균열저항성능이 높아지고 초기균열을 이음부가 아닌 전단면에 걸쳐 발생하도록 유도한 것으로 사료된다.
, 2007). 본 연구에서는 총2회의 요소실험을 수행하였는데, 1차 요소실험 결과로부터 이음부의 철근겹이음 길이 확보, 이음부 횡 철근 보강, 이음단면의 부착강도 향상을 위한 요철형 이음단면 적용 등 프리캐스트 바닥판 이음부의 연결상세를 개선하였다. 그 결과 Fig.
이음부 폭이 300mm로서 동일할 경우 루프철근 형식으로서 요철형 이음단면이 정착 및 이음 효과가 가장 양호하다고 판단되며, 철근 항복변형률 2000μm 이후에 소성거동을 보이므로 철근의 정착 및 이음이 충분히 이루어져 있는 것으로 판단된다.
14는 하중재하에 따른 이음부 하부의 균열폭을 측정한 곡선이다. 전체적으로 하중 증가에 따라 균열폭이 증가하는데 특히 사용성 설계시 중요한 균열폭 0.2mm일 때의 균열하중을 살펴보면 요철형 이음단면의 실험체 (LOOP300 B2, HB300 B2)는 176kN, 162kN이고 직선형 이음단면의 실험체 (LOOP300, HB300 L2)는 80kN, 115kN으로서 요철형이 직선형보다 균열하중이 커 보다 양호한 균열거동을 보여준다.
후속연구
(3) 향후 제안된 프리캐스트 바닥판에 대해 거더와의 합성 거동, 부모멘트 구간의 균열제어, 차량하중에 의한 바닥판의 전단거동 등에 대한 연구를 수행할 예정이다.
이러한 기존 프리캐스트 바닥판 연결기술의 한계를 개선하고자 소요강도와 경제성을 만족하면서 부분교체 및 급속시공이 가능한 프리캐스트 교량 바닥판의 이음부 연결기술에 대한 연구를 수행하게 되었다. 본 연구를 통해 기존 노후화교량 바닥판의 경제적인 부분교체 및 급속시공 기술의 개발이 가능할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
내부긴장재로 이음부를 연속화하는 공법의 장점과 단점은 무엇인가
이음부 연속화를 위한 기존 공법으로 내부긴장재를 이용하여 이음부 사이에 압축력을 도입하는 방법, 겹이음을 이용한 방법, 헤드철근이나 나선철근 등을 이용하여 인장에 저항하는 방법, 후크형태의루프철근을 이용하는 방법, 볼트나 용접 등을 이용하는 방법 등이 있다. 기존 프리캐스트 바닥판 공법 중 내부긴장재로 이음부를 연속화하는 공법은 구조성능 및 내구성은 우수하나 내부긴장 공정으로 경제성 및 시공성이 불리하며, 루프철근을 이용한 프리캐스트 바닥판은 경제성은 우수하나 이음부의 현장타설로 급속시공이 어려우며 균열, 누수 등의 우려가 있다. 그리하여 기존 공법을 개선하여 소요강도 및 경제성을 만족하면서 급속시공이 가능한 프리캐스트 교량 바닥 판의 이음부 연결기술의 개발이 필요하다.
품질확보와 급속시공이 가능한 프리캐스트 교량 바닥판 공법이 개발된 배경은 무엇인가
기존 교량 바닥판의 노후화로 인해 신설 및 교체 등 유지관리의 중요성이 증가되고 있다. 현재 바닥판 교체 및 신설에 주로 적용되고 있는 현장타설 바닥판은 인건비 상승, 보수 및 교체의 어려움, 공기지연, 부실시공 우려, 바닥판의 보수보강 및 교체시 교통체증으로 인한 간접비 증가 등 여러 문제점을 내포하고 있다. 그리하여 품질확보와 급속시공이 가능한 프리캐스트 교량 바닥판 공법이 개발되어 적용이 확대되고 있다.
이음부 연속화를 위한 기존 공법으로 무엇이 있는가
프리캐스트 교량 바닥판의 경우 바닥판간 이음부의 균열,누수 등 사용성 문제가 가장 중요하다. 이음부 연속화를 위한 기존 공법으로 내부긴장재를 이용하여 이음부 사이에 압축력을 도입하는 방법, 겹이음을 이용한 방법, 헤드철근이나 나선철근 등을 이용하여 인장에 저항하는 방법, 후크형태의루프철근을 이용하는 방법, 볼트나 용접 등을 이용하는 방법 등이 있다. 기존 프리캐스트 바닥판 공법 중 내부긴장재로 이음부를 연속화하는 공법은 구조성능 및 내구성은 우수하나 내부긴장 공정으로 경제성 및 시공성이 불리하며, 루프철근을 이용한 프리캐스트 바닥판은 경제성은 우수하나 이음부의 현장타설로 급속시공이 어려우며 균열, 누수 등의 우려가 있다.
참고문헌 (9)
AASHTO (2008), LRFD Bridge Design Specification, 4th Edition, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington D.C..
Chang, S. P., Kim, Y. J., and Ryu, H. K. (2007), Experimental Study on Static and Fatigue Strength of Loop Joints, Journal of Engineering Structures, Elsevier, 145-162.
Chang, S. P., Shim, C. S., Ryu, H. K. (2002), Application of Precast Decks to Continuous Composite Bridges, 6th International Conference of Short & Medium Bridges, 457-464.
DAEWOO Corporation E&C. (2000), Application and development of precast concrete bridge deck.
Hao, J. B. (2004), Structural Behavior of Precast Component Joints with Loop Connection, Ph.d.-thesis, Department of Civil Engineering, National University of Singapore, Singapore.
Hwang, H. H., Yeo, I. S., Cho, K. H., and Park, S. Y. (2011), Evaluation of Flexural Strength for UHPC Deck Joints with Lap-Spliced Reinforced Steel Bar, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 15(6), 92-99.
Issa, M. A., Idriss, A. T., Khayyat, S, Y., and Kaspar, I. I. (1995), Full Depth Precast, Prestressed Concrete Bridge Decks Panels, PCI journal, 39(1), 59-80.
Sameh, S. B., and Maher, K. T. (2007), Full-Depth Precast Concrete Bridge Deck Panel System, NCHRP Report 584, Washington, USA.
Shim, C. S., Choi, K. Y., and Chang, S. P. (2001), Design of Transverse Joints in Composite Bridges with Precast Decks, Journal of Korea Society of Civil Engineering, 5(1), 17-27.
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