긴장재 및 차량속도 변화에 따른 콘크리트 충전 타이드 아치형 거더의 동적거동

노화성(Roh Hwasung),홍상현(Hong Sanghyun),박경훈(Park Kyunghoon),이종세(Lee Jong Seh) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 A Vol.31 No.3A

CFTA 거더는 아치형상을 갖는 콘크리트 충전 강관구조이며 초기처짐 및 공용 중 응력제어를 위해 외부긴장재를 배치한 거더 형식이다. 본 연구에서는 차량진행에 따른 거더의 동적거동에 긴장재가 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 유한요소 프로그램을 이용하여 거더 및 긴장재 등을 수치모델링하였으며 긴장재의 양과 긴장력을 다양한 값으로 변화시켰다. 차량하중은 도로교설계기준의 DB-24 하중을 고려하였으며 3축-2트랙으로 모델링하였다. 차량하중은 등가절점하중으로 적용시켰으며 차량하중의 이동은 차량통과 시간 및 절점수를 고려한 각 절점에서의 시간함수로 나타내었다. 차량속도는 40 ㎞/hr에서 100 ㎞/hr까지 20 ㎞/hr씩 증가시켰다. 해석결과 긴장재의 긴장력 변화는 거더의 동적거동에 영향을 주지않았으며 초기처짐에만 영향을 주었다. 긴장재의 양에 따라서는 거더의 동적거동이 다르게 나타났으며 긴장재의 양이 적을수록 동적처짐은 증가하였다. 이를 바탕으로 거더의 동적증폭계수(DAF)를 산출하였으며 긴장재가 없는 경우에도 AASHTO LRFD와 도로교 표준시방서에서 정한 기준값보다 매우 작은 안정적인 거동을 보였다. The CFTA girder developed is a concrete filled steel tubular system with arched shape and external post-tensioning (PT) tendons which control the initial camber and the bending stress of the girder. In the present study the effects of the PT tendons on the dynamic behavior of the girder subjected to a moving vehicle load are numerically investigated. Various levels for the tendon quantity and the tendon forces are considered, using the existing FE model of the girder. The vehicle considered is a DB-24 truck and is modeled with two tracks-three axles. Equivalent-load pulse time histories are applied to each node to simulate the moving vehicle, depending on the time of arrival and the discretization. The vehicle speeds are varied from 40 ㎞/hr to 100 km/hr with increment of 20 ㎞/hr. The analysis results show that the tendon forces do not produce any influences on the dynamic responses of the girder. However the dymamic deflection of the girder increases when a smaller amount of tendons is used. The Dynamic Amplification Factors (OAF) are evaluated based on the static and dynamic responses. Much lower values of the OAF are obtained, even no tendons applied, than those provided by the design criteria of the AASHTO LRFD and the Korea Highway Standard Specification.

PSC I 거더교 유지관리를 위한 긴장재 손상에 따른 거동 분석

박종호,최진웅 한국구조물진단유지관리공학회 2024 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.28 No.2

프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량은 긴장재 부식과 파단에 취약하며, 특히 내부 포스트텐션 형식을 사용하는 구조물은 내부 긴장재 조사의 한계로 유지관리에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 고속도로 교량의 약 35%를 차지하는 PSC I 거더교의 트럭 재하 실험을통하여 긴장재 손상에 따른 실제 거동을 분석하고 유지관리 전략을 제시하고자 하였다. 대상 PSC I 거더교는 고속도로의 폐교량이며, 상·하행교량의 공용기간은 각각 33년, 20년이다. 단부 및 중앙부 등 긴장재 손상 위치와 정적 및 동적, 거더별 하중 재하 방법에 따라 처짐과 콘크리트변형률을 계측하였다. 교량의 노후화와 관계없이 긴장재 손상이 거더 중앙부에 가까울수록 교량의 구조 성능은 감소하였다. 트럭 하중이 긴장재 절단이 발생한 거더에 근접될수록 거동의 변화가 증가하였다. 긴장재 절단 인접거더에 하중이 재하 될 경우 교량 전체 구조계의 영향으로 구조적 성능은 유지 가능할 것으로 판단된다. 거더 중앙부 긴장재가 절단된 경우 처짐의 변화량은 육안 관찰이 어려운 수준인 반면, 절단 위치의콘크리트 변형률은 균열발생 변형률을 초과하였다. 따라서 향후 PSC I 거더교의 모니터링 및 유지관리 시에 콘크리트 변형률 또는 균열에 중점을 두는 것이 효율적이라 판단된다. Prestressed concrete (PSC) bridges are vulnerable to corrosion and fracture of tendons, and in particular, structures using the internal post-tensioned with grouted system have difficulties in maintenance due to limitations of inspection. In this study, the actual behavior of PSC I girder bridge was analyzed according to tendon damage. The target PSC I girder bridge, an decommissioned highway bridge of upper and lower bridges, had the service period of 33 years and 20 years, respectively. Deflection and concrete strain were measured according to the location of damaged tendon and loading method. Regardless of the age of the bridge, its structural performance decreased when the damaged tendon was closer to the center of the girder. The change in behavior increased as the truck load approached to the girder where the tendon cut. If the load was applied to the adjacent girder where the tendon was cut, the structural performance was likely to be maintained due to the influence of the entire structural system. The change in deflection was difficult to observe visually, while the concrete strain exceeded the cracking strain. Therefore, it is recommended that future monitoring and inspection of PSC I girder bridges should focus on concrete strain or cracking.

FRP 긴장재로 외부 보강된 철근콘크리트 보의 피로거동

박상렬(Park Sang Yeol),홍성룡(Hong Sung Ryong),김창훈(Kim Chang Hoon) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.6A

최근 사용되고 있은 구조물의 보강 방법 중 내력 및 사용성 향상효과가 타 공법에 비해 월등한 외부 긴장공법이 많이 사용되고 있다. 그러나 외부 긴장재로 보강된 구조물에 대하여 반복하중에 의한 피로 성능에 대한 평가가 부족하고 이에 대한 연구도 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 FRP 긴장재로 외부 보강된 철근콘크리트 보의 반복하중에 따른 피로거동 특성을 분석함으로써 외부 긴장공법의 안전성 및 타당성을 평가하고자 하였다. 본 실험연구에서는 비교 변수로 외부 긴장재의 종류(FRP 긴장재, Steel 긴장재)와 하중범위를 채택하여 실험을 실시하였다. 하중은 FRP 보강 시험체의 항복강도를 기준으로 최소하중을 50%로 삼고 최대하중을 70~85%로 변경하여 4점 재하방식으로 sine파를 이용하여 3㎐의 주기로 실험을 실시하였다. FRP 긴장재로 외부 보강된 철근콘크리트 보에 대한 피로 실험연구 결과로부터 FRP 외부 긴장 공법은 FRP 긴장재, deviator에서의 절곡부, 정착장치 등에서 피로에 대한 충분한 안전성이 확인되었다. Recently, the external prestressing method is being much frequently used in strengthening reinforced concrete structures because of it's excellent load resistance and serviceability increases comparing to other strengthening methods. However, it is true that the research on fatigue performance of concrete structures strengthened by the external prestressing using FRP ten-dons is rare. Therefore, the purpose of this study is to evaluate the safety and feasibility of the external prestressing method by analyzing the characteristics of the reinforced concrete beam strengthening using FRP tendons under repeated loads. Test variables adopted in this experimental study are the types of external prestressing material (steel or FRP tendon) and the repeated load ranges. The repeated load range have the minimum 50% of yield load of reinforced concrete beam and the maximum 70-85%. The test beams are loaded by 4 point loadings with 3 Hz sine wave. From this experimental study, it is confirmed that the reinforced concrete beams strengthened using FRP tendons have sufficient safety against fatigue, especially in FRP tendon itself, tendon at deviators and tendon at anchorages.

긴장재의 슬립거동을 고려한 원자로 격납건물의 비선형 해석

곽효경,김재홍,김선훈,정연석,Kwak Hyo-Gyoung,Kim Jae-Hong,Kim Sun-Hoon,Chung Yun-Suk 한국전산구조공학회 2005 한국전산구조공학회논문집 Vol.18 No.4

이 논문에서는 프리스트레스트 콘크리트 구조로 건설된 원자로 격납건물의 극한내압평가를 위해 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 특히, 상용프로그램 사용 시 콘크리트와 긴장재의 완전부착 가정으로 인해 고려할 수 없었던 콘크리트와 긴장재 사이의 슬립효과를 모사할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 부착된 긴장재의 경우 부착-슬립효과를 기초로 유도된 겉보기 항복응력으로 두 재료의 상호거동을 모사할 수 있고, 비부착된 긴장재의 경우 반복해석에 의해 긴장재 전체 길이방향으로의 슬립효과를 모사할 수 있다. 개발된 알고리즘을 이용하여 도출된 긴장재의 응력-변형률 관계를 이용하여 격납건물의 축소모델에 대한 비선형 해석을 수행하였고, 수행한 결과를 바탕으로 격납건물의 극한내압은 가압중수로형과 가압경수로형 모두 설계압력의 약 3배 이상 구조적 여유가 있음을 확인하였다. This paper concentrates on the nonlinear analysis of prestressed concrete (PSC) containment structures. Unlike a commercialized program which adopts the perfect bond assumption between concrete and tendon in the analysis of PSC structures, a numerical algorithm to consider the slip effect, simultaneously with the use of commercialized programs such as DIANA and ABAQUS, is introduced in this paper For bonded tendons, the apparent yield stress of an embedded tendon is determined from the bond slip relationship. And for unbonded tendons, Correction for the strength and stiffness of unbonded internal tendons is achieved on the basis of an iteration scheme derived from the slip behavior of tendon along the entire length. Finally, the developed algorithm is applied to two PSC containment structures of PWR and CANDU to verify its efficiency and applicability in simulating the structural behavior of large complex structures, and the obtained result shows that both containment structures represent the ultimate pressure capacity larger than about 3 times of the design pressure.

리스크 매트릭스를 활용한 PSC박스 거더교의 긴장재 평가

김형조,지승구,김훈겸,김필수,정지승,이민재,Kim, Hyungjo,Ji, Seunggu,Kim, Hunkyom,Kim, Pilsoo,Kim, Hunkyom,Lee, Minjae 한국건설관리학회 2018 건설관리 : 한국건설관리학회 학회지 Vol.19 No.5

PSC 박스교에서 긴장재에 대한 조사는 체계적인 방법에 의해서 수행되어야 한다. 대표 긴장재 유형별로 위험 요인을 분석하고 장기적으로 위험도를 낮출 수 있도록 유지관리 계획이 수행되어야 할 예방적 유지관리 활동을 도출하는 것이 중요하다. 하지만 현 유지관리체계에서는 긴장재의 조사 및 보수보강을 위한 다양한 방법론이 연구되어 지고 있으나, 현실적으로 긴장재를 전수조사하는 것에는 어려움이 있다. 따라서 긴장재 선별에 대한 리스크 평가를 국내 PSC 박스교에 적용하기 위해 상태평가 및 유지관리체계에 맞춘 리스크 매트릭스 평가 지표를 제시하였다. In particular, the investigation of tendons in PSC Box Girder Bridge should be done in a systematic way. It is important to identify preventative maintenance activities that should be carried out in order to analyze the risk factors by type of representative tensions and to reduce risks in the long term. However, in the current maintenance system, various methodologies for investigating and repairing tensions have been studied, but it is difficult to investigate precisely tensions. Therefore, to apply the risk assessment for screening of tensions to the domestic PSC Box Bridge, we presented a risk matrix evaluation index that is consistent with the state assessment and maintenance system.

외부 긴장재에 의해 프리스트레스가 도입된 프리캐스트 콘크리트 상판의 극한하중

이우철,박종진,신수봉,정진환 부산대학교 생산기술연구소 2000 生産技術硏究所論文集 Vol.58 No.-

프리캐스트 콘크리트 상판은 시공이 용이하기 때문에 교량 건설에 대한 적용이 늘고 있다. 프리캐스트 콘크리트 상판을 사용할 경우 횡방향 조인트에 인한 상판의 구조적 불연속 때문에 내부 긴장재를 이용하여 상판에 프리스트레스를 도입하기가 어렵다. 외부 긴장재를 사용할 경우 프리스트레스의 도입과 이후에 있을 상판의 보수 작업이 용이해 지기 때문에 외부 긴장재(external cable)를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 방법이 실용적이다. 본 연구에서는 강재 거더에 정착을 시킨 외부 긴장재에 의해 프리스트레스가 도입된 세 개의 강합성교 시험체를 실험실에서 제작하여, 프리텐션과 포스트텐션의 두 가지 방법을 이용하여 시험체에 도입된 프리스트레스의 효과를 실험적으로 증명하였다. 외부 긴장재를 이용한 프리텐션과 포스트텐션의 효과를 하중 재하실험을 통하여 검증하였으며. 프리스트레스의 도입이 횡방향 조인트와 프리캐스트 상판의 극한강도에 미치는 영향도 검토하였다. Precast R.C. slabs are gaining an acceptance for the construction of bridge structures because of simplicity in their construction processes. One of the frequently encountered difficulties with precast slabs is an introducion of prestress. Deployment of internal tendons is not practical because of the existence of transverse joints between each precast slab. However, usage of the external tendons facilitates introduction of prestress on the precast slabs. Three steel-concrete composite bridge specimens, which are prestressed with the external cables, are constructed in the laboratory. Both pre-tension and post-tension methods are used to introduce prestress on the precast concrete slab. In this paper, prestressing methods using external cables are introduced and their effects in improving the ultimate loading capacity of the precast slabs and transverse joints are also reported.

긴장재 느슨해짐에 따른 해중 터널의 동적 불안정 거동

원덕희,김승준 한국강구조학회 2017 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.29 No.6

This study deals with dynamic instability of a tendon moored submerged floating tunnel (SFT) due to tendon slack. In general, environmental loadings such as wave and current govern SFT design. Especially, the wave force, whose amplitude and direction continuously change, directly induces the dynamic behavior of the SFT. The motion of the floating tube, induced by the wave force, leads dynamic response of the attached tendons and the dynamic change of internal forces of the tendons significantly affects to the fatigue design as well as the structural strength design. When the severe motion of the SFT occurs due to significant waves, tendons might lose their tension and slack so that the floating tube can be transiently instable. In this study, the characteristics of dynamic instability of the SFT due to tendon slack are investigated performing hydrodynamic analysis. In addition, the effects of draft, buoyancy-weight ratio, and tendon inclination on tendon slack and dynamic instability behavior are analytically investigated. 본 연구에서는 긴장재로 계류된 해중 터널에서 긴장재의 느슨해짐에 따른 동적 불안정 거동에 대해 다룬다. 해중 터널의 설계는파랑 및 조류 등 유체력에 의해 지배받는다. 특히 시간에 따라 지속적으로 크기 및 작용방향이 변하는 파랑은 해중 터널의 동적 거동을직접적으로 야기하게 되는데, 파랑에 의한 부유 튜브의 운동은 계류선 내력의 동적 변동을 유발하게 되고, 이 힘의 변화는 계류선의 강도설계 뿐 만 아니라 피로 설계에도 직접적인 영향을 미친다. 파랑에 의한 터널의 운동이 극심할 경우, 계류선의 장력은 모두 소실될 수 있는데, 이 때 계류선이 느슨해짐에 따라 일시적으로 부유 터널의 운동에 대한 저항성이 사라져 동적 불안정 거동이 유발 될 수 있다. 이에 본 연구에서는 유체-구조동역학 해석기법을 통해 해중 터널 긴장재의 느슨해짐 발생 시 부유 튜브의 동적 불안정 거동에 대해 분석하였다. 특히 해중터널의 중요 설계 인자인 흘수, 부력-자중 비율(Buoyancy-Weight Ratio, BWR), 긴장재 기울임이 동적 불안정 거동에 미치는 영향에 대해해석적으로 분석하였다.

긴장재 적용조건에 따른 셀프센터링 접합부의 구조성능에 관한 연구

정미진,윤성기,Jung, Mi Jin,Yoon, Sung Kee 한국강구조학회 2017 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.29 No.1

In this study, cyclic loading analysis was conducted in order to understand the behavior of self-centering connections based on the number of PT(posttensioning) strands and initial posttensioning force. The initial posttensioning force needs to be above the yield moment of an angle for obtaining noticeable self-centering effect and it is proper that decompression moment ratio needs to be below 0.35 to minimize the residual displacement of major elements. As the number of PT strands increased, self-centering capacity also improved since initial posttensiong force in each PT strand has been decreased. It is also appropriate that initial posttensiong force needs to be less than or equal to 75% of yield strength of PT strands. 잔류변형이 효과적으로 제어되어 곧은 상태를 유지시켜주는 셀프센터링 접합부에 대하여 반복가력 해석을 시행했으며 초기 긴장력과 긴장재의 개수에 따른 구조적 거동을 분석하였다. 셀프센터링 효과를 발휘하기 위해서 초기 긴장력은 ㄱ형강의 항복모멘트보다 커야하며 주요부재의 손상을 최소화 하기 위해서 압축상쇄모멘트는 보의 전소성모멘트의 0.35이하로 하는 것이 타당하다고 판단된다. 또한 긴장재 개수가 증가할수록 단일 긴장재에 작용하는 초기 긴장력이 감소하여 셀프센터링 성능을 확보할 수 있으므로 긴장재의 초기 긴장응력은 항복응력의 75% 이하로 하는 것을 제안하였다.

외부긴장재로 보강된 강합성보의 극한거동에 대한 실험적 연구

최동호,나호성,이진호 한국구조물진단유지관리공학회 2008 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.12 No.6

외부 긴장재를 이용한 보강공법은 효과적인 보강기술의 하나로써 연구되고 있으며 그 적용사례가 증가하고 있다. 본 논문에서는 실험적 연구를 수행하여 외부긴장재로 보강된 강합성교량의 항복하중 및 극한하중에 대한 효과를 살펴보았다. 또한 긴장력, 편향부, 편심거리와 긴장재의 배치형상 등의 다양한 실험변수를 설정하여 외부긴장재를 이용한 공법의 보강효과를 정량적으로 분석하였다. Strengthening method of steel-concrete composite bridges using external tendons has been found as one of the most effective techniques of reinforcement and its application is increasing. In this paper, experimental test was carried out to show the effects on the yield loading and ultimate loading of steel-concrete composite beams strengthened with various configurations of external tendons. Quantitative analysis is carried out to evaluate the effects of experimental variables such as tendon force, deviator, tendon eccentricity and the shape of strands.

외부 긴장재로 보강된 2경간 연속 강합성보의 초기 긴장력 결정

최동호,유동민,정재동,김은지 한국구조물진단유지관리공학회 2006 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.10 No.4

본 논문은 외부 긴장재로 보강된 2경간 연속 강합성보의 내하력을 향상시키기 위한 방법을 제시하였다. 긴장재를 정모멘트 구간의 강주형 하부에 설치하였다. 이 방법은 정모멘트 뿐만 아니라 부모멘트도 감소시킬 수 있다. 강합성보를 긴장재로 보강함으로써 내하율 식에서 목표 내하율을 만족시키기 위한 긴장재 개수와 초기 긴장력의 결정방법을 기술하였다. 본 방법을 실교량의 강합성보에 적용하여 타당성을 입증하였다. This paper presents a method to enhance the load carrying capacity for a two-span continuous steel-concrete composite beam strengthened with external tendons. The tendon is placed at the bottom of steel beam where the positive bending moment occurs. This results in the reduction of the negative bending moment as well as the positive bending moment. This paper describes the procedure to determine the number of tendon and the initial tendon force for the target rating factor in the rating factor equation. An example beam is given to demonstrate the proposed procedure, and it validity is confirmed.