PSC 구조물에 사용되는 긴장재의 마찰계수는 긴장작업시 긴장력 관리를 위한 기본적인 정보가 된다. 그러나, 마찰계수는 국내외 설계기준별로 큰 차이가 있어 실무자들에게 혼란을 주어 왔다. 이 연구에서는 먼저 국내외의 관련 설계기준을 비교분석하여 현재 통용되고 있는 마찰계수의 범위를 파악해보았다. 그리고 긴장시의 신장량과 긴장력과 같은 실측값과 마찰계수에 대한 이론식을 조합하여 파상 및 곡률 마찰계수값을 역으로 유추할 수 있는 절차를 제안하였다. 예제로서 국내 PSC 교량을 2개 선정하여 다양한 형상을 가진 텐던들에 제안된 절차를 적용하여 마찰계수값들을 계산하고 국내외 설계기준의 값들과 비교하였으며, 이를 바탕으로 합리적인 마찰계수값의 범위에 대해 논하였다. 파상 마찰계수의 경우 AASHTO 기준을 비롯한 해외의 몇몇 기준에서 국내에서 통용되는 값보다 매우 작은 값을 제시하고 있어 국내 기준이 파상 마찰계수를 과대평가하고 있다는 지적이 있어 왔지만, 분석 대상교량에서 도출한 값들은 국내 기준의 하한치에 가까운 정도였다. 한편, 곡률 마찰계수는 국내 기준의 상한치에 가깝거나 이를 다소 상회하는 것으로 나타났다.
PSC 구조물에 사용되는 긴장재의 마찰계수는 긴장작업시 긴장력 관리를 위한 기본적인 정보가 된다. 그러나, 마찰계수는 국내외 설계기준별로 큰 차이가 있어 실무자들에게 혼란을 주어 왔다. 이 연구에서는 먼저 국내외의 관련 설계기준을 비교분석하여 현재 통용되고 있는 마찰계수의 범위를 파악해보았다. 그리고 긴장시의 신장량과 긴장력과 같은 실측값과 마찰계수에 대한 이론식을 조합하여 파상 및 곡률 마찰계수값을 역으로 유추할 수 있는 절차를 제안하였다. 예제로서 국내 PSC 교량을 2개 선정하여 다양한 형상을 가진 텐던들에 제안된 절차를 적용하여 마찰계수값들을 계산하고 국내외 설계기준의 값들과 비교하였으며, 이를 바탕으로 합리적인 마찰계수값의 범위에 대해 논하였다. 파상 마찰계수의 경우 AASHTO 기준을 비롯한 해외의 몇몇 기준에서 국내에서 통용되는 값보다 매우 작은 값을 제시하고 있어 국내 기준이 파상 마찰계수를 과대평가하고 있다는 지적이 있어 왔지만, 분석 대상교량에서 도출한 값들은 국내 기준의 하한치에 가까운 정도였다. 한편, 곡률 마찰계수는 국내 기준의 상한치에 가깝거나 이를 다소 상회하는 것으로 나타났다.
Friction coefficients of the prestressing tendon are the basic information required to control the prestressing force introduced to PSC structure during jacking. However, the friction coefficients show considerable differences depending on the specifications, causing much confusion to designers. In ...
Friction coefficients of the prestressing tendon are the basic information required to control the prestressing force introduced to PSC structure during jacking. However, the friction coefficients show considerable differences depending on the specifications, causing much confusion to designers. In this study, a procedure is proposed that can be used to estimate the wobble and curvature friction coefficients from field data and classical theory related to the friction. The procedure is applied to two PSC girder bridges with various tendon profiles. The resulting values are compared with those presented in some specifications and assumed in jacking. The resulting wobble friction coefficients are not as small as those presented in AASHTO specifications but are more or less similar to the lower limit of domestic standards, while the curvature friction coefficients approach or slightly exceed the upper limit of the same standards.
Friction coefficients of the prestressing tendon are the basic information required to control the prestressing force introduced to PSC structure during jacking. However, the friction coefficients show considerable differences depending on the specifications, causing much confusion to designers. In this study, a procedure is proposed that can be used to estimate the wobble and curvature friction coefficients from field data and classical theory related to the friction. The procedure is applied to two PSC girder bridges with various tendon profiles. The resulting values are compared with those presented in some specifications and assumed in jacking. The resulting wobble friction coefficients are not as small as those presented in AASHTO specifications but are more or less similar to the lower limit of domestic standards, while the curvature friction coefficients approach or slightly exceed the upper limit of the same standards.
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문제 정의
이 연구에서는 긴장시 실측하는 신장량과 긴장력값을 활용하여 파상 및 곡률 마찰계수값을 역으로 유추할 수 있는 절차를 제안하였다. 제안된 식은 마찰계수에 대한 이론식, 신장량과 긴장력의 관계식, 긴장력 분포에 대한 가정으로부터 유도하였다.
가설 설정
또한, 긴장재의 형상이 직선 또는 포물선과 같이 긴장재를 따라 각변화가 거의 없거나 일정하고, x = l 위치가 긴장작업시 임시 또는 영구적인 고정단에 해당되며, μα+kl값이 충분히 작은 경우에는 긴장력의 분포가 선형에 가까우므로 Pm = (P0 +Pl)/2로 가정할 수 있다.
제안 방법
에서는 먼저 국내외의 관련 설계기준을 비교분석하여 현재 통용되고 있는 마찰계수의 범위를 파악해 보았다. 그리고 긴장시의 실측값과 마찰계수에 대한 이론식을 조합하여 파상 및 곡률 마찰계수값을 역으로 유추할 수 있는 절차를 제안하였다. 이러한 절차를 국내 PSC 교량에 배치된 다양한 유형의 텐던들에 적용하여 마찰계수값들을 계산하고 이를 국내외 설계기준의 값들과 비교하였으며, 이를 바탕으로 합리적인 마찰계수값의 범위에 대해 논하였다.
2개의 교량은 모두 ILM 방식으로 시공되었으며 긴장재는 곡률 변화가 크지 않은 1차 텐던과 포물선 형상에 가까워 곡률 변화가 큰 2차 텐던으로 이루어져 있다. 기록된 신장량과 긴장력을 식 (2)에 대입하고 분석하여 표 2와 같이 마찰계수값을 도출하였으며, 이를 실제 현장에서 적용할 긴장력을 산정할 때 고려했던 마찰계수값 및 설계기준상의 마찰계수값과 비교하였다. 교량 A에 대한 분석에는 총 34가지의 긴장재 조합이 사용되었고, 교량 B에는 총 114가지의 조합이 사용되었다.
확보된 자료는 각 긴장재 및 시스의 제원, 길이, 각변화량, 신장량, 긴장력이다. 실제 긴장작업시에 기록되는 값은 압력값이므로 여기에 잭(피스톤)의 단면적을 곱해 긴장력을 산출하였다. 2개의 교량은 모두 ILM 방식으로 시공되었으며 긴장재는 곡률 변화가 크지 않은 1차 텐던과 포물선 형상에 가까워 곡률 변화가 큰 2차 텐던으로 이루어져 있다.
그리고 긴장시의 실측값과 마찰계수에 대한 이론식을 조합하여 파상 및 곡률 마찰계수값을 역으로 유추할 수 있는 절차를 제안하였다. 이러한 절차를 국내 PSC 교량에 배치된 다양한 유형의 텐던들에 적용하여 마찰계수값들을 계산하고 이를 국내외 설계기준의 값들과 비교하였으며, 이를 바탕으로 합리적인 마찰계수값의 범위에 대해 논하였다.
이 연구에서는 긴장시 실측하는 신장량과 긴장력값을 활용하여 파상 및 곡률 마찰계수값을 역으로 유추할 수 있는 절차를 제안하였다. 제안된 식은 마찰계수에 대한 이론식, 신장량과 긴장력의 관계식, 긴장력 분포에 대한 가정으로부터 유도하였다. 실교량에 대한 분석 결과 파상 마찰계수는 국내 설계기준의 하한치에 가까운 값을 산출하였으며 이는 일반적으로 가정하는 값보다 현저히 작은 값이다.
제안된 식을 다양한 형상의 텐던에 대해 검증하고자 국내에서 시공된 PSC 교량을 2개 선정하여 긴장관리 자료를 확보하였다. 확보된 자료는 각 긴장재 및 시스의 제원, 길이, 각변화량, 신장량, 긴장력이다. 실제 긴장작업시에 기록되는 값은 압력값이므로 여기에 잭(피스톤)의 단면적을 곱해 긴장력을 산출하였다.
대상 데이터
기록된 신장량과 긴장력을 식 (2)에 대입하고 분석하여 표 2와 같이 마찰계수값을 도출하였으며, 이를 실제 현장에서 적용할 긴장력을 산정할 때 고려했던 마찰계수값 및 설계기준상의 마찰계수값과 비교하였다. 교량 A에 대한 분석에는 총 34가지의 긴장재 조합이 사용되었고, 교량 B에는 총 114가지의 조합이 사용되었다.
제안된 식을 다양한 형상의 텐던에 대해 검증하고자 국내에서 시공된 PSC 교량을 2개 선정하여 긴장관리 자료를 확보하였다. 확보된 자료는 각 긴장재 및 시스의 제원, 길이, 각변화량, 신장량, 긴장력이다.
성능/효과
제안된 식은 마찰계수에 대한 이론식, 신장량과 긴장력의 관계식, 긴장력 분포에 대한 가정으로부터 유도하였다. 실교량에 대한 분석 결과 파상 마찰계수는 국내 설계기준의 하한치에 가까운 값을 산출하였으며 이는 일반적으로 가정하는 값보다 현저히 작은 값이다. 한편, 곡률 마찰계수는 국내 설계기준의 상한치 또는 이를 다소 초과하는 값을 산출하였다.
00066만큼 작지는 않았지만, 국내 설계기준의 하한치에 가까운 비교적 작은 값이 산출되었다. 이 값은 현장 긴장작업시 가정한 값, 즉, 설계 긴장력을 산출할 때 적용한 k보다 교량 A는 30～53%, 교량 B는 73%가 작은 현저한 차이를 나타냈다. 한편, μ는 국내 기준의 상한치와 비슷하거나 다소 큰 값을 산출하였으며, 교량 A의 경우 현장 가정값보다 20%가 컸고, 교량 B는 반대로 15%가 작았다.
후속연구
한편, 곡률 마찰계수는 국내 설계기준의 상한치 또는 이를 다소 초과하는 값을 산출하였다. 추후 좀 더 많은 수의 교량에 대한 심층적인 분석을 통하여 합리적인 마찰계수의 범위를 추정하는 연구가 필요할 것으로 생각된다.
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