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비부착 압축 프리스트레싱을 도입한 중공박스 거더의 거동
김성배(Kim Sung Bae),김장호(Kim Jang-Ho),김태균(Kim Tae Kyun),어철수(Eoh Cheol Soo) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 A Vol.30 No.3A
일반적으로 PSC 거더 교량은 철근 콘크리트 부재와 달리 전단면을 사용하여 외부하중을 저항한다. 또한 설계와 시공의 용이성, 구조적 안전성, 경제성, 유지관리의 편리성 등의 장점 때문에 30 m 이하의 중/소 경간 교량에 많이 적용되고 있다. 그러나, 최근 전세계적으로 환경, 미관 등에 관심이 높아짐에 따라, 교량의 경간은 점점 길어지는 추세이다. 이러한 추세는 케이블 교량뿐만 아니라 PSC 교량에서도 나타난다. 본 연구는 시대적 흐름에 맞춰 PSC 거더를 50 m 이상의 장경간에 적용하기 위한 연구의 일환으로 상부에 H형 강재가 도입된 중공 박스 합성거더를 개발하였다. 개발된 거더는 타설 전 상부에 H형 강재에 미리 비부착 압축 프리스트레스를 주어 거더의 성능저하 시 프리스트레스력을 제거하여 성능을 회복시키는 방법이다. 개발된 거더는 실제 교량에 사용하기위한 필수적인 정적실험을 3점 재하로 4단계로 구분하여 수행하였다. 1차 하중은 균열발생시점까지로 하였으며, 하중 제거 후 미리 상부강재에 도입된 프리스트레스력을 제거하여 거더의 성능회복력을 확인하였다 그 후, 거더가 파괴될 때까지 하중을 재하하였다. 실험 결과, 18.7 ㎜의 잔류변형이 발생하였으나, 상부 강제의 PS 제거에 의해 7.7 ㎜로 회복되었다. 즉, 상부 H형 강재에 도입된 비부착 압축프리스트레스의 제거에 의한 거더 하연의 추가 압축응력으로 하중 증가에 따른 잔류변형을 약 60%가량 회복시키는 성능향상을 보였다. 상부에 H형 강재를 시공함으로써 추후 보수보강을 용이하게 할 수 있고, 비용도 절감할 수 있다. Generally, PSC girder bridge uses total gross cross section to resist applied loads unlike reinforced concrete member. Also, it is used as short and middle span (less than 30 m) bridges due to advantages such as ease of design and construction, reduction of cost, and convenience of maintenance. But, due to recent increased public interests for environmental friendly and appearance appealing bridges all over the world, the demands for longer span bridges have been continuously increasing. This trend is shown not only in ordinary long span bridge types such as cable supported bridges but also in PSC girder bridges. In order to meet the increasing demands for new type of long span bridges, PSC hollow box girder with H-type steel as compression reinforcements is developed for bridge with a single span of more than 50 m. The developed PSC girder applies compressive prestressing at H-type compression reinforcements using unbonded PS tendon. The purpose of compressive prestressing is to recover plastic displacement of PSC girder after long term service by releasing the prestressing. The static test composed of 4 different stages in 3-point bending test is performed to verify safety of the bridge. First stage loading is applied until tensile cracks form. Then in second stage, the load is removed and the girder is unloaded. In third stage, after removal of loading, recovery of remaining plastic deformation is verified as the compressive prestressing is removed at H-type reinforcements. Then, in fourth stage, loading is continued until the girder fails. The experimental results showed that the first crack occurs at 1,615 kN with a corresponding displacement of 187.0 ㎜. The introduction of the additional compressive stress in the lower part of the girder from the removal of unbonded compressive prestressing of the H-type steel showed a capacity improvement of about 60% (7.7 ㎜) recovery of the residual deformation (18.7 ㎜) that occurred from load increase. By using prestressed H-type steel as compression reinforcements in the upper part of cross section, repair and rehabilitation of PSC girders are relatively easy, and the cost of maintenance is expected to decrease.
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