분절형 CFT부재를 이용한 이동식 프리텐션 제작대의 개발 및 활용

이두성,김태균,이성철,Lee, Doo Sung,Kim, Tae Kyun,Lee, Sung Chul 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.3

프리텐션 공법으로 생산되는 부재는 제작대의 대형화에 따른 문제로 일반적으로 공장에서 제작되고, 이에 따라 운반상의 문제로 프리텐션 부재의 크기에 제한을 받게된다. 본 연구에서는 현장에서 프리텐션 공법을 적용할 수 있는 이동식 프리텐션 제작시스템을 개발하였다. 프리텐션 방식의 50m급 PSC 거더를 제작하기 위해서는 높은 압축력에 대해 시스템이 지속적으로 저항해야 한다. 따라서 이동식 제작시스템은 긴장력에 대해 좌굴안정성을 확보해야 한다. 본 연구에서는 50m 길이의 프리텐션 거더를 제작할 수 있는 이동식 제작시스템을 CFT부재를 이용하여 제작하였다. 시스템의 안전성과 구성부재의 거동을 파악하기 위해 정적가력시험을 수행하여 이동식 프리텐션 제작시스템의 안정성을 입증하였다. 이동식 프리텐션 제작시스템은 다양한 프리텐션 부재 제작현장에 투입되어 시공성이 검토되었다. 공장이 아닌 현장에서 이동식 프리텐션 제작시스템을 통해서 생산되는 프리텐션 부재는 포스트텐션 공법에 비해 공정이 단순하고, 프리스트레스 손실이 적으며, 정착장치 등이 불필요하다는 장점을 현장에서 효율적으로 활용할 수 있게 되었다. Pretension PSC (Prestressed Concrete) members are subjected to a certain limit of size as they are generally produced in the off-site plant and transferred to the site due to the large scale of the product on system. In this study, a portable pretensioning production system has been developed, which allow us to apply the pretension method on site. Considering that a 50m span PSC girder using the pretension method requires a pressing device to endure a large jacking force, the portable pretension production system has to ensure safety against such a large pretension jacking force. In this study, the portable pretensioning system to produce a 50m span pretension girder was manufactured by using CFT (Concrete Filled steel Tube) members. In order to understand the stability of the system and the behavior of the elements, a static loading test was conducted and the stability of the proposed portable pretensioning production system was confirmed. The developed portable pretension system was applied to several construction sites and was investigated the problems on site. During the pretension girder and slab members that was producted by this pretension system in construction site, it has be found the several advantages such as simple fabrication processes, reduction of prestress-loss, and a decrease of 15% compared with the fabrcation cost of post-tension girder. After due consideration of the problems, this portable pretension system will be improved.

현장 프리텐션 긴장 방식 적용 PSC U형 분절 거더 제작 기술 및 구조 성능 검증

박상기(Sangki Park),김재환(Jaehwan Kim),서동우(Dong-Woo Seo),박기태(Ki-Tae Park),장현옥(Hyun-Ock Jang) 한국방재안전학회 2023 한국방재안전학회 논문집 Vol.16 No.3

프리스트레스드 콘크리트(Prestressed Concrete, PSC) 거더는 프리텐션과 포스트텐션 긴장 방식으로 구분되고, 단면 형상에서는 I형과 U형으로 구분된다. 각 긴장 방식과 단면 형상에 따른 장단점이 있고, 각각의 방식으로 교량 건설 현장에 적용되고 있다. 본 연구에서는 프리텐션 긴장 방식과 U형 단면의 단점을 극복하여 적용한 새로운 거더 형식을 제안하고 구조 성능을 검증하고자 하였다. 프리텐션 긴장 방식의 거더는 반력대가 필요한 관계로 주로 공장에서 제작되며, 이동을 위하여 무게와 경간장이 제한되는 단점이 있다. 또한 U형 단면의 경우 전도 등 시공 시 구조 안정성이 높으나, 자중이 I형에 비해 상대적으로 커서 현장 제작 후 포스트텐션 긴장 방식이 주로 적용되고 있다. 본 연구에서는 현장 프리텐션 긴장 방식을 적용한 PSC 거더 제작 방식 제시하고 40 m급 실대형 실험체를 제작하여 구조 성능을 검증하였다. Prestressed Concrete (PSC) girders are divided into pre- and post-tension types as prestressing method, and I- and U-type as cross-sectional shape. There are both advantages and disadvantages depending on each prestressing method and cross-sectional shape, and each method is applied to bridge construction sites. In this study, a new girder design was attempted to develop that overcomes its shortcomings by using the pretension method and U-type cross sectional shape. Its structural performance was verified in this study. Pretension type girders are mainly manufactured in factories because they require a reaction arm and related facilities, and have the disadvantage of being limited in weight and span length for road transportation. In addition, in the case of the U-type cross-section, structural stability is very reliable during construction against overturning, but its own weight is relatively large comparing to I-type, and the post-tension method is mainly applied after on-site production. In this study, a PSC girder manufacturing method using the field pretension was proposed and a span length of 40 m real-scale test specimen was manufactured and verified its structural performance.

프리텐션 U형 거더 현장 제작 방법 및 정착 블록 해석적 성능 검증

박상기,서동우,정규산,박기태,장현옥,김재환 한국방재안전학회 2022 한국방재안전학회 논문집 Vol.15 No.3

국내에서는 I형 거더의 장경간화를 위한 수단으로써 U형 거더 개발을 시도하였으나, 포스트텐션 긴장방식에 따라 큰 자중으로 인하여 30 m이하 철도교 적용 사례가 대표적이며, 도로교는 시공 편의성과 보급성 논리에 따라 U형 거더의 적용 사례는 많지 않다. 본 연구는 이러한 포스트텐션 방식에 제한을 두지 않고 프리텐션 방식을 적용하여 단면 감소에 따른 자중 감소와 사용재료 절감을 유도하고자 한다. 또한, U형 거더 내부 반력대를 이용한 현장 프리텐션 긴장방법을 적용하고자 한다. 프리스트레스트 콘크리트 U형 단면 거더교량은 콘크리트 바닥판 슬래브와 합성단면으로 구성된다. 단면이 폐합되어 개방형 단면인 PSC I형 대비 저항 강성 등의 구조적 성능향상과 제작 및 가설 단계에서 시공의 안전성 증대, 그리고 자중 경감에 기인하는 형고비 감소와 교량의 미적 경관성 확보가 가능하여매우 효율적이고 경제적인 교량이다. 이로 인하여 고품질의 공장제작 부재와 현장에서 일체 타설로 효율적인 시공이 가능할 것으로기대된다. 본 논문에서는 프리텐션 현장 긴장 방식 소개 및 긴장을 위한 정착블럭의 해석적 성능 검증에 대한 내용을 수록하였다.

프리텐션 현장 긴장 방식 적용 PSC U형 거더 제작 및 성능 검증

서동우 ( Seo Dong-woo ),박상기 ( Park Sangki ),박기태 ( Park Ki-tae ),장현옥 ( Jang Hyun-ock ),신연우 ( Shin Yeon-woo ) 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.27 No.1

국내에서는 I형 거더의 길이를 증대시키기 위해 U형 프리스트레스 거더 개발이 시도되었다. 다만, 포스트텐션법에 의한 자중이 크기 때문에 길이 30m 이하가 일반적이다. 본 연구에서는 단면적 감소로 인한 자중 및 사용재료의 감소를 유도하기 위해 포스트텐션 방식에 제한을 두지 않고 프리텐션 방식을 적용하였다. 또한 저자는 U형 거더의 내부 반력대를 이용한 현장 프리텐션 방법의 적용을 제안하였다. 프리스트레스트 콘크리트 U형 거더교는 콘크리트 슬래브와 합성단면으로 구성된다. PSC I형 거더에 비해 저항성, 강성 등의 구조적 성능이 향상되었다. 또한 제작 및 설치 단계에서 시공 안전성이 향상되고 거더 중량을 감소시켜, 교량의 미관과 경제성을 확보하였다. 이에 따라 고품질의 공장제작 및 현장타설 부재로 효율적인 시공이 가능할 것으로 기대된다. 본 연구에서는 프리텐션 방식을 도입하여 실대형(L=40m) 성능 검증을 수행하였다.

프리텐션 방식의 PSC 거더 이동식 제작장치 개발에 관한 실험적 기초연구

이규세,윤기용,김종석,김용혁 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.6

In general, pretensioning PSC members are manufactured at the factory. To assemble, they are transported to the site. Due to road conditions, their size is limited. Therefore, until now pretensioning method is only applied to small PSC members. In order to produce large scale PSC members using pretensioning method, they shall be made on site. In this study, a portable prestressing device to produce pretensioning PSC girders on site has been developed. In order to develop a portable prestressing device it shall be safe and stable about jacking force. In this paper, the portable prestressing device to produce 10 m-span pretensioning PSC girders was made. The static loading test was performed to analyze the resisting mechanism of each component of that device. The jacking force was introduced by stretching and anchoring the tendons at its both ends. In the static loading test, the structural characteristics of the developed device are investigated. 현재 사용되는 프리텐션 방식의 PSC 부재는 공장에서 제작, 운반하여 현장에서 가설하는 방식이므로, 도로주행 여건에 의해운반 가능한 부재의 크기가 제한된다. 따라서 현재까지 소규모 PSC 부재에만 프리텐션 방식이 적용되고 있다. 이에 본 연구에서는 현장에서 프리텐션 방식으로 PSC 거더를 제작할 수 있는 이동식 긴장대를 개발하고자 한다. 개발하고자 하는 이동식 긴장대에는 큰 긴장력에 대한 안전성과 안정성을 갖추어야 한다. 본 논문에서는 10 m 정도의 프리텐션 방식의 PSC 거더를 생산할 수 있는 이동식 긴장대를 제작하였다. 정적하중재하 실험을 통하여 작용하는 긴장력에 대하여 각 구성요소가 긴장력에 저항하는 메카니즘을 분석하여 개발하고자 하는 이동식 긴장대의 구조적 특성을 파악하고자 하였다.

초고성능 콘크리트 프리텐션부재의 응력전달길이

김지상,최동훈 한국건설순환자원학회 2018 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.6 No.4

프리텐션 콘크리트 부재에서 긴장재에 도입된 프리스트레싱힘은 긴장재와 콘크리트의 직접 부착에 의하여 콘크리트에 전달되므로 응력전달길이를 합리적으로 산정하는 것이 중요하다. 프리텐션부재 또는 프리캐스트 부재에 UHPC를 사용하는 경우품질관리 측면에서 많은 장점이 있다. 따라서, 이 논문은 초고성능 콘크리트를 사용한 프리텐션 부재에 있어서 PS 강연선의응력전달길이를 구하기 위하여 초고성능 콘크리트의 압축강도, 피복두께, 긴장재의 지름 및 긴장력을 변수로 하여 실험을진행하고 그 결과를 분석한 내용을 정리한 것이다. 실험 결과에 따르면 초고성능 콘크리트를 사용한 경우 일반 콘크리트에비하여 응력 전달길이가 크게 감소하였으며, 압축강도 수준이 증가할수록 응력전달길이가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 초고성능 콘크리트의 높은 부착강도에서 비롯되는 것으로 판단된다. 또한, 실험결과와 기존 설계기준의 응력전달길이산정식을 비교하고, 초고성능 콘크리트 프리텐션 부재의 응력전달길이를 산정할 수 있는 새로운 공식을 제안하였다.

프리텐션 거더교의 공정 시기에 따른 장기거동에 관한 연구

이주하(Lee Joo Ha),이경찬(Lee Kyoung Chan),권형철(Kwon Hyung Cheol),임광모(Lim Kwang Mo),민경환(Min Kyung Hwan) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.3

프리텐션 거더는 콘크리트의 크리프 및 건조수축, 긴장재의 이완에 따른 장기변형이 발생한다. 철도교량은 가설 이후 장기변형으로 인한 수직 변형이 교량 궤도에 틀림을 유발하여 열차의 주행 안전성 및 승차감에 영향을 줄 수 있기 때문에, 정확한 장기거동 예측이 필요하다. 본 연구에서는 수치해석을 통해 프리텐션 거더교의 시공 공정에 따른 하중재하 변수별 장기거동 발생 요인에 따른 거동 특성을 파악하고자 하였다. 표준공정을 기준으로 텐던의 디텐션 시기, 거더 가설시기, 슬래브 타설시기, 그리고 2차 고정하중 재하시기를 변수로 하중별 재하시기에 따른 프리텐션 거더교의 장기거동을 분석하였다. 해석 결과 디텐션이 지연될수록 수직 방향으로 큰 솟음 변형이 발생하였고, 다른 공정 변수는 실행 시기가 지연될수록 더 작은 변형을 유발하는 것으로 확인되었다. Pretension girders behave long-term deformation due to creep and shrinkage of concrete, relaxation of tendon, and loading phase times. Since railway bridges must secure safety and riding comfort stability of trains as well as the structural stability of the bridges itself, it is necessary to predict the exact long-term behavior precisely in order to minimize vertical level (profile) irregularity of the track after the girder and track construction. Therefore, in this study, the long-term behavior of pretension girder bridges for railway bridges was analyzed according to variable construction phase time. The long-term behavior of pretension girder bridges was analyzed according to a standard construction phase times; detensioning of prestress tendon, girder erection, slab placing, and secondary superimposed weight. As a result of the analysis, it was found that delaying detension time results a larger vertical camber displacement. For the other construction phase variables, delaying the phase results smaller cambers.

2,400 MPa PS 강연선을 이용한 프리텐션 부재의 전달길이에 대한 실험적 연구

임홍재,김진국,양준모 한국방재학회 2015 한국방재학회논문집 Vol.15 No.2

Steel strand for prestressing (PS strand) has higher strength than any other structural steel used in infra-structures because it is used for prestressing concrete. Higher strength strand can be more effectively used in structures. Recently, newly developed 2,400 MPa PS strand is increasing its application by substituting for 1,860 MPa grade in the post-tensioned structures. However, there has not been regulation nor research on the use of 2,400 MPa strand in pretensioned prestressed concrete structures. In this study, 28 pretensioned prestressed concrete specimens were fabricated using 2,400 MPa strand. From the release test, the influence on the transfer length with respect to compressive strength of concrete, steel fiber volume ratio, reinforcement of stirrup, and pretension loading type was analyzed. 최근 2,400 MPa의 고강도 PS 강재 개발에 따라 기존의 1,860 MPa 강도의 PS 강재를 대체한 구조물 적용 사례가 증가하고 있다. 특히고강도 긴장재를 사용한 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 경우 현재 고성능 재료 적용에 따른 규정이 마련되어 있지 않아, 향후 시공 타당성을 위한 현행 규준 개선이 필요한 시점이다. 본 연구에서는 2,400 MPa 고강도 PS 강연선 사용에 따른 프리텐션 콘크리트 부재의 응력 전달 영역의 길이 평가를 위한 실험 연구를 수행하였다. 부재 양단의 긴장력 도입 방법을 달리한 프리텐션 부재를 전달길이에 영향을 미치는 변수에 따라 총 28개 제작하였으며, 콘크리트 압축강도, 강연선의 인장강도, 강섬유 보강 여부, 스트럽 보강 및 배치길이 등 주요 변수를 달리한 전달길이 측정 실험 결과 분석으로부터 2,400 MPa PS 강연선 적용 시 프리텐션 콘크리트 부재의 전달길이에 영향을 미치는 주요 변수를 평가하였다.

프리텐션 반두께 바닥판을 갖는 바닥판의 구조성능 평가

김동욱,심창수,Kim, Dong Wook,Shim, Chang Su 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.6

반단면 프리캐스트 바닥판 공법은 완전 프리캐스트 바닥판 공법과 현장타설 공법의 장점을 절충, 보완한 효과적인 공법으로 공기단축, 시공성 향상을 목적으로 개발된 바닥판이다. 이 논문에서는 프리텐션에 의한 반두께 바닥판의 상세를 제안하였으며, 이에 대한 검증을 위해 실험적 연구와 분석을 수행하였다. 프리텐션이 도입된 반두께 바닥판 실험체와 2경간을 갖는 반두께 바닥판 실험부재 총 5기를 제작하였다. 실험변수로는 프리스트레스 도입크기, 이음부에서의 보강철근유무로써 이에 대한 강도와 변형률, 균열폭을 분석하였다. 단경간 바닥판 실험에서 실험결과는 계산강도에 비해 1.55배 이상 높은 값을 보였고 텐던의 수를 2배 증가 시켜도 휨강도 증가는 10% 수준이고 균열폭 제어에 미치는 영향은 무시할 수준이었다. 2경간 연속 실험부재의 경우는 부재의 정모멘트 및 부모멘트부에서의 강도는 부재의 인장철근과 텐던의 변형률로 항복시점을 파악할 때, 보강철근이 있는 경우 텐던과 인장철근은 보강하지 않은 부재보다 각각 1.2배 1.38배 높은 수준에서 항복하였다. 이번 연구에 의해 검증된 프리텐션 반두께 바닥판은 급속 교체 혹은 급속 시공 현장에 효과적으로 사용될 것으로 기대된다. Half-depth panels were developed with the merits of CIP (Cast In Place) decks and precast decks for constructability and fast construction. In this paper, details of half-depth panels with pre-tensioning were suggested. For evaluation of structural performance, five half-depth panel specimens were fabricated and static tests were conducted. The cross-sections of these specimens were composed of pre-tensioned half-depth panels and pre-tensioned two-span half-depth panels. Test parameters were the amount of the prestressing force and the longitudinal reinforcements. Static tests on simply-supported slabs showed that ultimate strength was 1.55 times greater than calculated nominal strength. The flexural strength was only 10 % increased and the influence on crack width control was negligible when the member of tendons was increased twice. For two-span continuous specimens, the ultimate strength increased 1.2 times and 1.38 times respectively as the reinforcement was additionally provided. The verified half-depth panels by this research can be effectively utilized for the fast replacement or construction of bridges.

프리텐션 방식의 PSC 거더 이동식 제작장치 해석모델에 관한 기초연구

변지석,윤기용,김종석,김용혁 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.6

In this study, a portable prestressing device to produce pretensioning PSC girders on site has been developed. In order to develop a portable prestressing device it shall be safe and stable about jacking force. In this paper, the analytical model was developed to analysis the device using finite element analysis program ABAQUS. In the previous study, the portable prestressing device to produce 10 m-span pretensioning PSC girders was made and performed the static loading test. By comparing analytical results with these experimental results, the validity of the analytical model was demonstrated. Using the analytical model, the structural characteristics of each component of the developed device are investigated. The analytical model will be used in researching about various lengths and various analysis of the developed device. 본 연구에서는 현장에서 프리텐션 방식으로 PSC 거더를 제작할 수 있는 이동식 긴장대를 개발하였다. 이동식 긴장대는 매우큰 긴장력에 대하여 안전성과 안정성을 갖추어야 한다. 본 논문에서는 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 개발한이동식 긴장대를 해석할 수 있는 해석모델을 개발하였다. 10 m 정도의 프리텐션 방식의 PSC 거더를 생산할 수 있는 이동식긴장대 실험체를 제작하여 수행한 정적하중재하 실험을 통한 실험결과와 비교하여 해석모델의 타당성을 입증하였다. 개발한 해석모델을 이용하여 실험에서는 파악하기 힘든 부분의 응력상태를 파악할 수 있었으며, 이 해석모델을 이용하여 다양한 길이와다양한 해석으로 이동식 긴장대의 구조적 메카니즘을 파악할 수 있을 것으로 판단된다.