초록 ▼

1. 최종목표
교량ㆍ암거ㆍ건축물 등에 사용되는 프리캐스트 콘크리트 부재를 시공 현장에서 미리 긴장(Pretension)하여 제작할 수 있도록 하는데 사용되는 이동식 프리텐션 부재 제작장치(PDPP, Portable Device for Pretension PSC girders)를 개발하는데 있다.
2. 개발내용 및 결과
최대 50m급 프리텐션방식의 PSC 거더를 생산할 수 있는 이동식 프리텐션 부재 제작장치는 대략 10MN에 이르는 큰 압축력을 받아야 하며, 제작장치의 운반을 위해 몇 개의 블록으로 제작하여야 한다.

1. 최종목표
교량ㆍ암거ㆍ건축물 등에 사용되는 프리캐스트 콘크리트 부재를 시공 현장에서 미리 긴장(Pretension)하여 제작할 수 있도록 하는데 사용되는 이동식 프리텐션 부재 제작장치(PDPP, Portable Device for Pretension PSC girders)를 개발하는데 있다.
2. 개발내용 및 결과
최대 50m급 프리텐션방식의 PSC 거더를 생산할 수 있는 이동식 프리텐션 부재 제작장치는 대략 10MN에 이르는 큰 압축력을 받아야 하며, 제작장치의 운반을 위해 몇 개의 블록으로 제작하여야 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 이동식 프리텐션 부재 제작장치(PDPP)를 고안 및 설계하고, 이를 단계적으로 검증하기 위하여 1차년도에는 10m급 거더를 제작할 수 있는 실험용 이동식 제작장치를, 2차년도에서는 본 연구의 최종 목표인 50m급 거더를 제작할 수 있는 시제품을 제작하고, 조립 및 하중재하실험과 정적 및 좌굴해석으로 진행하였다.
그 결과 본 연구를 통하여 개발한 이동식 프리텐션 부재 제작장치는 목표한 모든 성능을 만족하고 있는 것을 확인 할 수 있었다. 간단히 정리하면 다음과 같다.
? PDPP 고안 및 설계
- 제작, 운반, 조립의 용이성 확보
- 10MN의 큰 긴장력에 대한 안전성과 안정성 확보
? 10m급 PDPP 실험 및 해석 (1차년도)
- 실험체 제작, 운반, 조립을 통하여 제작성능, 운반성능, 조립성능이 우수함을 확인
- 실험을 통하여 RC 바닥판이 더블 H-형 거더의 횡방향 좌굴을 억제함을 확인
- 실험을 통하여 목표하중 2,952kN까지 선형탄성거동을 확인
- 해석모델개발 및 하중에 대한 안전성과 좌굴안정성을 유한요소해석으로 확인
? 50m급 PDPP 실험 및 해석 (2차년도)
- 실험체 제작, 운반, 조립을 통하여 제작성능, 운반성능, 조립성능이 우수함을 확인
- 실험을 통하여 RC 바닥판이 더블 H-형 거더의 횡방향 좌굴을 억제함을 확인
- 실험을 통하여 목표하중 9,230kN까지 선형탄성거동을 확인
- 안전성과 좌굴안정성을 유한요소해석으로 확인
3. 사업성과
? 기술적 성과
그동안 토목현장에서는 포스트텐션 방식의 PSC 거더만을 생산할 수 밖에 없는 실정이었으나, 본 과업 개발기술인 이동식 프리텐션 부재 제작 장치(PDPP)를 개발함에 따라 현장에서도 다양한 경간의 프리텐션 방식의 PSC 거더를 생산할 수 있게 되었다. 본 과업에 적용된 개발기술은 일반적으로 프리텐션을 위한 고정식 인장용 반력대를 현장에서 이용이 가능하도록 경량이며, 부피가 작고, 이동과 취급이 용이한 강재를 이용하여 이동식 반력대를 만드는 기술이다. 시제품 생산을 위해 이동식 인장용 반력대를 장소를 옮겨 해체 및 조립한 결과 현장 적용이 가능할 뿐 아니라 경제적 효율성 또한 증대되는 것을 확인하였다.
? 경제적 성과
개발기술인 이동식 프리텐션 부재 제작 장치를 사용하여 교량의 프리캐스트 거더를 제작하면 포스트텐션 공법 대비 20% 정도의 원가절감이 가능하여 국가의 사회간접시설 투자비용과 건축 구조물의 건설비용이 대폭 감소할 것이다. 본 개발기술을 이용하여 시제품 생산을 해본 결과 현장에서 포스트텐션공법을 적용할 때보다 공기단축으로 간접비용이 절감되었고, 정착구 및 단부 Diaphragm 축소 및 쉬스관 등 기본 주요자재가 10~15% 축소되므로 공사비 절감에 탁월한 효과가 있음을 검증하였다.
? 사회적 성과(일자리 창출 등)
현재 국내외 건설시장은 프리캐스트 부재를 사용하여 조립식으로 급속시공을 실현하는 공법으로 발전하고 있다. 조립식에 대한 관심은 교각과 교대, 교량 거더 바닥판도 조립식을 구현하는 등 구조물 전반에 걸쳐 조립식 부재에 대한 개발과 적용이 활발히 진행되고 있다. 따라서 PS강재가 요구되는 프리캐스트 부재를 현장에서 프리텐션 방식으로 제작할 수 있는 기술의 활용은 폭넓게 수행될 것이다.
4. 향후추진계획
본 연구를 통하여 개발한 PDPP의 설계개념을 정확히 구현한 시제품을 개발하고 실험적 방법과 해석적 방법을 이용하여 다양한 성능을 검증하고, 구조적 안전성과 좌굴안정성에 대한 검토를 완료 하였으며, 비록 50m 프리텐션 PSC 거더는 아니지만 호만천 하천 정비사업에 호만 3교 거더를 제작하고 호평을 받고 있어 충분한 사업성이 있는 것으로 판단되었다.
한편 본 연구를 통하여 다소 개선사항과 추가적으로 진행하여야할 연구주제가 도출되었다. 따라서 향후 사업화를 위한 노력을 진행함과 동시에 아래 개선사항에 대한 지속적인 연구를 진행할 계획이다.
- RC바닥판과 더블 H-형 거더의 체결을 보다 용이하게 하기 위한 개선 연구
- 이동식 프리텐션 부재 제작장치에 적합한 강연선 동시 긴장 장비의 개발
- 자중을 고려한 좌굴안정성 검토 해석모델 개발

목차 Contents

• 사업비사용실적보고서...1
• I. 총괄현황...1
• II. 과제개발비 세부집행내역...1
• 개발결과의견서...9
• 최종보고요약서(초록)...10
• 목 차...12
• 표목차...15
• 그림목차...17
• 제1장 서론...20
• 제1절 연구개발의 필요성...20
• 제2절 국내외 기술개발 현황...21
• 1.2.1 국외현황...21
• 1.2.2 국내현황...22
• 제3절 연구개발 목표...23
• 1.3.1 기술개발의 최종 목표...23
• 1.3.2 개발기술의 평가방법 및 평가항목...23
• 1.3.3 개발 내용 및 범위...24
• 가. 1차년도...24
• 나. 2차년도...24
• 제2장 과제개발 내용 및 방법...25
• 제1절 PDPP 고안 및 설계...25
• 2.1.1 더블 H-형 거더의 기본설계...26
• 2.1.2 RC 바닥판의 기본설계...27
• 2.1.3 긴장BOX의 기본설계...29
• 2.1.4 연결부 기본설계...30
• 2.1.5 이동식 프리텐션 부재 제작장치의 도면...31
• 제2절 10m급 PDPP 실험...37
• 2.2.1 실험목적...37
• 가. 각 구성요소의 제작성능...37
• 나. 부재의 이동성능...37
• 다. 부재의 조립성능...37
• 라. 하중재하실험...37
• 2.2.2 실험체 제작...38
• 2.2.3 실험체 제원...40
• 가. 긴장Box 제원...41
• 나. 단부거더 및 단부거더 RC 바닥판 제원...41
• 다. 거더부 제원...43
• 2.2.4 실험방법...45
• 가. 실험기기 및 게이지 부착...45
• 나. 하중재하와 측정...47
• 2.2.5 실험결과...48
• 가. 거더부...49
• 나. 긴장Box(정착부)...56
• 다. 10m급 PDPP 실험결과 정리...57
• 제3절 10m급 PDPP 해석...59
• 2.3.1 해석개요...59
• 가. 해석목적...60
• 나. 해석방법...60
• 2.3.2 정착부의 해석...60
• 가. 정착부 해석모델...60
• 나. 해석모델의 경계조건...61
• 다. 해석모델의 가력하중...61
• 라. 상부판 해석 결과...62
• 마. 내부보강재의 해석 결과...63
• 바. 정착부 긴장 Box 해석 결과의 정리...64
• 2.3.3 거더부의 선형탄성해석...64
• 가. 이론적인 해석방법...65
• 나. 거더부의 해석모델...67
• 다. 해석모델의 경계조건...67
• 라. 해석모델의 가력하중...68
• 마. 정적해석결과...69
• 바. 거더부 해석 결과의 정리...71
• 2.3.4 거더부의 좌굴해석...72
• 가. 선형탄성좌굴해석(Linear Elastic Buckling Analysis)...72
• 나. 기하비선형 해석(Geometry Nonlinear Analysis)...74
• 다. 비탄성 기하비선형 해석(Material and Geometry Nonlinear Analysis)...75
• 라. 좌굴해석 결과의 정리ㆍ분석...75
• 제4절 50m급 PDPP 실험...77
• 2.4.1 실험개요...77
• 가. 각 구성요소의 제작성능, 이동성능 및 조리성능...77
• 나. 하중재하 실험목적...77
• 2.4.2 실험체(시제품) 제작...78
• 2.4.3 실험체 제원...80
• 2.4.4 실험방법...81
• 가. 실험기기 및 게이지 부착...81
• 나. 하중재하와 측정...83
• 2.4.5 실험결과...84
• 가. 거더부...84
• 나. 긴장Box(정착부)...92
• 다. 50m급 PDPP 실험결과 정리...93
• 제5절 50m급 PDPP 해석...95
• 2.5.1 해석개요...95
• 가. 해석목적...95
• 나. 해석방법...95
• 2.5.2 정착부의 해석...96
• 가. 정착부 해석모델...96
• 나. 해석모델의 경계조건...96
• 다. 해석모델의 가력하중...97
• 라. 상부판 해석 결과...97
• 마. 내부보강재의 해석 결과...98
• 바. 정착부 긴장Box 해석 결과의 정리...99
• 2.5.3 거더부의 선형탄성해석...99
• 가. 이론적인 해석방법...99
• 나. 거더부의 해석모델...102
• 다. 해석모델의 경계조건...103
• 라. 해석모델의 가력하중...104
• 마. 정적해석결과...105
• 바. 거더부 해석 결과의 정리...108
• 2.5.4 거더부의 좌굴해석...108
• 가. 선형탄성좌굴해석(Linear Elastic Buckling Analysis)...109
• 나. 기하비선형 해석(Geometry Non linear Analysis)...109
• 다. 비탄성 기하비선형 해석(Material and Geometry Nonlinear Analysis)...109
• 라. 좌굴해석 결과의 정리ㆍ분석...110
• 제3장 사업성과...112
• 제1절 기술적성과...112
• 제2절 경제적성과...112
• 제3절 기타성과...112
• 제4장 결론...113
• 제1절 PDPP 고안 및 설계...113
• 제2절 성능검증...114
• 가. 실험을 통한 성능검증...114
• 나. 해석을 통한 성능검증...115
• 제3절 향후계획...116
• 참고문헌...117
• 부록...118