포스트 텐션과 포스트 컴프레션을 동시에 도입하는 긴장 시스템에 관한 연구

Abstract

일반적으로 교량에 사용되는 콘크리트 거더는 연직방향의 외력에 의해 발생하는 휨응력에 저항하기 위하여 강연선을 이용하여 인장부에 압축응력을 미리 도입하는 프리스트레스 기술을 활용한다. 편심배치된 강연선으로 축응력과 휨응력이 조합된 프리스트레스를 도입하여 교량의 저항성능을 증대시킨다. 미관 및 형하공간 활용을 위하여 교량을 저형고/장경간화 하면, 증가된 하연의 인장응력은 프리스트레스를 크게 도입하여 해소할 수 있으므로 거더 상연의 압축응력이 설계를 지배하게 된다. 이러한 거더 상연의 압축응력을 해소하기 위해 고강도 압축재를 이용하여 축응력을 상쇄하는 기술이 적용되고 있으나 추가적인 시공과정이 복잡할 뿐만 아니라 다수의 정착부에 대한 보강이 요구되는 단점이 있다. 이 연구에서는 인장재와 압축재를 일체화하여, 한 번의 긴장으로 축방향 성분은 상쇄되고 외력에 반대되는 휨 성분의 프리스트레스를 도입함으로써 구조적 효율성과 시공성을 개선할 수 있는 긴장 시스템을 제안하였다. 인장재와 압축재의 마찰력에 따른 긴장시 거동을 정식화 하였으며 사각형상의 PSC 보실험체 및 실교량 거더에 적용된 동시긴장 시스템의 긴장시 거동과 변형률을 계측하여 정식화를 검증하고 구조성능을 확인하였다. 동시긴장 시스템을 실교량에 적용하기 위한 설계법과 긴장관리법을 제안하고, 실교량 계측 데이터를 이용하여 불확실성의 전파를 고려한 긴장관리법의 적용성을 확인하였다.

Prestress, induced by tensioning steel to resist bending stresses due to external loads, is commonly used in concrete girders of bridges. Prestress is introduced by a compressive force beforehand to prevent tensile stress on the lower fiber of the bending member. In girders with a smaller height compared to span length, the compressive stress that has a harmful effect on the structural behavior is applied excessively to the girders upper fiber, limiting the reduction of girder height of the prestressed concrete girder. Existing solutions, using bulb-tee girder section or post compression technologies, have problems of constructability and serviceability. In this study, the simultaneous prestressing system of post tension and post compression with single jacking was proposed to offset the compressive force generated in the girder as a result of the introduction of prestress. For the jacking force management of this system, formula were proposed by theoretically clarifying the behavior manifested during jacking in relation to the friction coefficients. Experimental verifications of the simultaneous prestressing system were performed with two 10m-long rectangle-shaped PSC girders and 35m-long real bridge girders. This study proposed method of design and prestress control considering propagation of uncertainties.