초록 ▼

이 연구에서 개발하려는 하이브리드 사장교 시스템은 200MPa급의 압축강도를 가지고 있으며 200년의 내구수명을 기대할 수 있는 초고성능콘크리트(UHPC) 를 주요 구조부재에 활용한 사장교로, 교량의 무게와 내구성을 획기적으로 향상시켜 공사비와 유지관리비를 기존 콘크리트 사장교에 비해 각각 20%씩 줄일 수 있는 새로운 사장교 시스템이다.
1차년도(2007. 1. ~ 2007. 12.)에는 UHPC를 적용한 하이브리드사장교의 타당성을 검토하기 위해 국내외 장대교량의 현황 및 그 애로 파악하였다. 여기서 하이브리드사장교에 대한

이 연구에서 개발하려는 하이브리드 사장교 시스템은 200MPa급의 압축강도를 가지고 있으며 200년의 내구수명을 기대할 수 있는 초고성능콘크리트(UHPC) 를 주요 구조부재에 활용한 사장교로, 교량의 무게와 내구성을 획기적으로 향상시켜 공사비와 유지관리비를 기존 콘크리트 사장교에 비해 각각 20%씩 줄일 수 있는 새로운 사장교 시스템이다.
1차년도(2007. 1. ~ 2007. 12.)에는 UHPC를 적용한 하이브리드사장교의 타당성을 검토하기 위해 국내외 장대교량의 현황 및 그 애로 파악하였다. 여기서 하이브리드사장교에 대한 개념설계를 통하여 기존 강합성사장교 및 강사장교에 비하여 경제성이 충분히 있음을 확인하는 성과를 거두었다. 2차년도(2008. 1. ~ 2008. 12.)에는 1차년도에 파악된 콘크리트사장교에서 해결해야 할 현안으로 부각된 콘크리트사장교 설계기준을 정립하였으며, 실교량을 대상으로 하이브리드사장교의 최적구조를 제시하고 경제성 비교 분석을 실시하였다. 여기서, 200m급 하이브리드사장교는 기존 강사장교에 비해 35%정도 공사비가 절감되고 .400m급은 25%.600m급은 26%. 800m급은 28.3% 의 공사비가 절감되는 것으로 나타났다.
당해연도 3차년도에는 하이브리드사장교의 해석 및 설계기술을 확보하기 위해 텐던요소 및 콘크리트 비선형 해석모델 등을 포함하는 하이브리드사장교 해석프로그램을 개발한다. 그리고 UHPC 부재의 휨 해석 및 설계를 위한 휩압축 거동을 파악하고, UHPC 프리캐스트 부재의 연결 이음부 설계를 위한 철근과 강재의 정착 및 부착 거동을 고려한 연결 이음부 매개 변수 해석을 수행한다. 또한 테스트베드로서 2차년도 부터 추진하고 있는 하이브리드 보도사장교를 성공적으로 완공하고 그 거동을 정기적으로 모니터링 할 수 있는 기계측시스템을 구축하고자 한다.

Abstract ▼

The hybrid cable stayed bridge system to be developed through this research is a cable stayed bridge exploiting UHPC fOr its major structural members so that durable lifetime of 200 years can be expected owing to a compressive strength of 200 MPa. Through significant improvement of the durability an

The hybrid cable stayed bridge system to be developed through this research is a cable stayed bridge exploiting UHPC fOr its major structural members so that durable lifetime of 200 years can be expected owing to a compressive strength of 200 MPa. Through significant improvement of the durability and remarkable reduction of the weight, this innovative cable stayed bridge system enables cost reduction of 20% compared to other existing cable stayed bridges in terms of construction and maintenance costs.
The first year of the research (2007.1.~2007.12.) focused on the survey of the worldwide stock of cable stayed bridges to examine the feasibility of the hybrid cable stayed bridge applying UHPC and grasp technological bottlenecks. The survey verified that the conceptual design of the hybrid cable stayed bridge has potentially sufficient economic efficiency compared to existing steel-concrete composite cable stayed bridges and steel cable stayed bridges.
In the second year of the research (2008.1.-2008.12.), the design guidelines for concrete cable stayed bridge has been established according to the result of the first year which stressed the design specifications as a problem to be solved. The optimal structure of the hybrid cable stayed bridge was proposed for an actual bridge and its economic efficiency was comparatively evaluated. Comparison with existing bridges also showed that the hybrid cable stayed bridge provides reduction of the construction cost by 35% for span length of 200 m, 25% for 400 m, 26% for 600 m, and 28.3% for 800 m.
In the present third year of research, an analysis program for hybrid cable stayed bridge is developed including concrete nonlinear analysis model and tendon element in order to secure the analysis and design technologies for the hybrid cable stayed bridge. The flexural compressive behavior is evaluated for the analysis and design of the UHPC members and, a parametric study of the connection joints considering the anchored and bonded behaviors of steel and rebar for the design of the connection joints of UHPC precast members. In addition, a pedestrian hybrid cable stayed bridge that was planned as a test bed since the second year of the research has been successfully completed and a long-term monitoring system enabling to monitor periodically the behavior of the bridge has been installed.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 4
• Executive Summary ... 8
• 목차 ... 14
• 표목차 ... 18
• 그림목차 ... 21
• Contents ... 30
• List of Table ... 34
• List of Figure ... 37
• 제1장 소론 ... 46
• 1. 연구의 필요성 ... 46
• 2. 연구 목표 및 내용 ... 49
• 2.1 최종목표 ... 49
• 2.2 연차별 연구 목표 및 내용 ... 49
• 2.3 기술지도 ... 52
• 2.4 추진체계 ... 53
• 2.5 기대효과 및 활용방안 ... 54
• 제2장 하이브리드사장교 설계기술 ... 56
• 1. 개요 ... 56
• 2. 하이브리드사장교 설계지침(안) ... 56
• 제3장 하이브리드 사장교 해석 기술 개발 ... 58
• 1. 서론 ... 58
• 1.1 연구필요성 및 연구목표 ... 58
• 1.2 국내외 기술 현황 ... 60
• 1.3 연구방법론 ... 61
• 1.4 연구 목표 및 내용 ... 62
• 2. 개방형 유한요소 프레임워크 ... 63
• 2.1 프레임워크의 특징 ... 63
• 2.2 프레임워크의 구조 ... 68
• 2.3 프레임워크의 성능 검증 ... 69
• 3. 해석 이론 연구 ... 75
• 3.1 탄성현수선 요소 ... 75
• 3.2 보 요소용 embedded rebar 요소 ... 82
• 3.3 불연속 면을 갖는 솔리드 요소 ... 88
• 3.4 Drucker-Prager 모델 수치알고리즘 개선 ... 92
• 3.5 콘크리트 소성손상모델의 점소성정규화 모형 ... 102
• 3.6 조기형상 해석기법 연구 ... 106
• 4. 사장교 해석 예제 ... 109
• 4.1 해석 개요 ... 110
• 4.2 설계 케이블 장력을 이용한 시공단계해석 ... 112
• 4.3 초기형상해석 ... 118
• 4.4 초기형상해석 결과를 이용한 시공단계해석 ... 121
• 4.5 극한해석 ... 123
• 4.6 기존 해석 결과와의 비교 ... 125
• 5. 소결론 ... 128
• 제4장 UHPC 휨압축부재의 강도해석 모델 ... 130
• 1. 연구 필요성 및 목적 ... 130
• 2. 콘크리트 압축응력분호에 관한 연구 동향 분석131
• 2.1 Habel 등(2006) ... 131
• 2.2 Graybeal (2007) ... 132
• 2.3 Graybeal 등(2008) ... 134
• 3. 콘크리트 압축응력분포 ... 135
• 3.1 응력분포계수 연구 ... 135
• 3.2 콘크리트 압축응력분포 실험 ... 136
• 3.3 UHPC 압축응력분호 ... 138
• 4. C형 압축시편 편심하중 실험 ... 139
• 4.1 실험개요 ... 139
• 4.2 실험변수 ... 140
• 4.3 실험체 제작 ... 146
• 4.4 재료실험 ... 147
• 4.5 C형 압축강도 실험 방법 ... 174
• 4.6 실험결과 ... 174
• 5. UHCP 압축응력분포 제안 ... 203
• 5.1 압축응력분포 모델 제안 ... 203
• 5.2 제안 압축응력분포 모델 비교 ... 208
• 6. 소결론 ... 210
• 제5장 UHPC 프리캐스트 세그먼트 연결부 매개변수 연구 ... 212
• 1. 연구 ... 212
• 2. UHCP 프리캐스트 세그먼트 연결부 매개변수 검토 ... 213
• 2.1 부착강도 영향 매개변수 도출 ... 213
• 2.2 도출 매개변수에 따른 부착강도 영향 해석 ... 216
• 2.3 매개변수에 따른 부착강도 예측 결과 ... 221
• 3. 연결부 정부착 해석 ... 230
• 3.1 주요재료 해석모델 ... 230
• 3.2 UHCP와 이형철근의 부착거동 해석 ... 239
• 3.3 UHCP와 강연선의 부착거동 해석 ... 243
• 4. 예제 사장교 해석을 통한 연결부 구조성능 평가 ... 247
• 4.1 종방향 해석 ... 247
• 4.2 횡방향 해석 ... 249
• 4.3 가로보 해석 ... 251
• 4.4 연결부 해석 결과 ... 252
• 4.5 연결부 정착 이음 방법별 효율성 평가 ... 253
• 4.6 연결부 이음 방법별 분석 ... 261
• 5. 연결부 방법론 도출 ... 263
• 5.1 UHCP 프리캐스트 연결부 철근 배치 형상 제안 ... 267
• 6. 소결론 ... 271
• 제6장 테스트베드(보도사장교)의 완공 및 장기 모니터링 시스템 구축 ... 272
• 1. 개요 ... 272
• 2. 하이브리드 보도사장교(Super Bridge I)의 완공 ... 273
• 2.1 공사개요 ... 273
• 2.2 설계변경 사항 ... 274
• 2.3 하이브리드 보도사장교 주요 시공단계 ... 275
• 2.4 준공 후 Cable의 최종 장력 ... 284
• 3. 장기 계측시스템 구축 ... 285
• 3.1 개요 ... 285
• 3.2 계측기기 설치 ... 291
• 4. 소결론 ... 301
• 제7장 테스트베드/보도사장교의 진동제어방안 ... 302
• 1. 보도사장교 초기 진동실험 ... 302
• 1.1 보도교 실험 개요 ... 302
• 1.2 보도교 실험 목적 ... 303
• 1.3 보도교 연구 동향 ... 303
• 1.4 보도교 진동실험 ... 304
• 2. 진동제안방안 ... 313
• 2.1 진동제어장치 설치 ... 313
• 2.2 수직진동 제어장치(TMD)의 기술개요 ... 314
• 2.3 보도육교에 대한 허용 진동기준 ... 318
• 2.4 보도 사장교의 특성 분석 ... 320
• 2.5 보도 사장교의 동적 특성 실험 ... 326
• 2.6 고유 진동수에 대한 분석 ... 330
• 2.7 보도 사장교 진동 저감장치(FTMD)의 설계 ... 330
• 2.8 보도교 진동제어장치 제작 ... 334
• 2.9 보도교 진동제어장치의 설치 ... 338
• 2.10 성능 검증 실험 ... 347
• 2.11 계측결과 ... 351
• 2.12 진동제어장치의 유지관리 ... 356
• 3. 소결론 ... 357
• 제8장 결론 ... 358
• 참고문헌 ... 362
• 부록A 하이브리드 사장교 설치지침(안) ... 370
• 부록B 유럽의 사장교 현황 및 물량 분석 ... 464