본 연구에서는 기둥을 관통하는 슬래브 하부 철근이 중력하중만으로 설계된 포스트텐션 플랫플레이트 골조의 내진성능에 미치는 영향을 평가하였다. 중 약진 지역에서 건물은 흔히 중력하중만을 고려하여 설계되고 있다. 본 연구에서는 중력하중으로 설계된 PT 플랫플레이트 골조의 내진성능에 집중되고 있다. 이를 위하여, 3,6,9층 PT 플랫플레이트 골조는 중력하중만으로 설계하였다. 철근콘크리트 플랫플레이트 골조에서는 취성적인 붕괴를 예방하기 위해서는 기둥을 관통하는 연속된 슬래브 하부철근이 위치하여야 한다. 그러나 PT 플랫플레이트 골조에서는 슬래브 하부 철근에 대해 ACI 318-05에서는 특별한 언급이 없기 때문에 흔히 생략하고 있다. 본 연구는 대산건물을 비선형 시간이력해석 으로 골조 모델의 내진성능에 대해 평가한다. 비선형 시간이력해석은 6개의 지진과 2개의 다른 위험수준 (475, 2475년 주기), 3개의 다른 지역 (보스턴, 시애틀, LA)을 사용하였다. 해석모델은 PT슬래브-기둥 접합부의 파괴 메카니즘과 비선형 거동을 살펴보기 위해 개발되었다. 본 연구는 중력하중으로 설계된 PT 플랫플레이트 골조가 몇몇 내진저항 능력을 보여주고 있다. 또한, PT 플랫플레이트 골조의 내진성능은 기둥을 관통하는 슬래브 하부철근이 위치할 때 눈에 띄게 향상되었다.

본 연구는 포스트텐션 콘크리트 포장(PTCP: Post-Tensioned Concrete Pavement) 공법의 Gap Slab 설계 방안을 구축하기 위하여 수행되었다. Gap Slab은 특징에 따라 Unbonded, Half Bonded, Bonded 방식으로 구분하여 고려하였다. 먼저 각 Gap Slab 방식에 따라 환경하중이 작용할 때 슬래브의 컬링에 의해 발생하는 인장응력을 산정하였으며, 차륜하중에 의한 응력은 단축과 복축 하중을 모두 고려하여 산정하였다. 환경 및 차륜하중에 의해 발생하는 혼합 최대 인장응력을 구하여 허용인장응력과의 비교를 통하여 Gap Slab에 도입하는 긴장량을 산정하는 방법을 제시하였다. Unbonded 방식은 Gap Slab 만을 고려하여 응력 분포를 분석함으로써 긴장량을 설계할 수 있으나, Half Bonded 및 Bonded 방식은 PTCP의 전체 슬래브의 거동을 분석함으로써 적절한 설계가 가능하며 이에 대한 방법론을 제시하였다.

본 연구는 포스트텐션 콘크리트 포장(PTCP: Post-Tensioned Concrete Pavement)의 슬래브 두께가 긴장 설계에 미치는 영향을 분석하여 PTCP에서 최적의 슬래브 두께를 선정하기 위하여 수행되었다. 먼저 슬래브 두께에 따른 차륜과 환경하중에 의한 인장응력을 유한요소해석 모델을 이용하여 구하였으며 허용 휨강도를 선정하여 긴장 응력을 산출하였다. 슬래브의 컬링을 야기하는 환경하중은 두께에 따라 동일한 온도구배 및 동일한 상하부 온도차의 두 가지 가정을 모두 고려하였다. 그리고 프리스트레싱을 위한 강선 긴장 시 긴장량의 손실을 고려하여 슬래브 두께 별로 긴장 설계를 수행하였다. 이러한 설계 결과를 비교 분석해 보면 일반적으로 슬래브 두께가 증가하면 강선의 개수도 따라서 증가되기 때문에 콘크리트와 강재 비용 모두가 증가하게 되어 비경제적인 설계가 된다. 환경하중의 영향이 미약하여 두께가 증가할 때 강선의 개수가 줄어드는 경우에도 두께 증가에 의한 비용이 강재 절감에 따른 비용보다 더 커지므로 두께가 증가할수록 경제적이지 못하다. 따라서 일반적으로 PTCP에서 슬래브 두께는 시공이 가능한 정도에서 최소로 유지하는 것이 타당하다고 할 수 있다.

본 연구에서는 슬래브 하부철근이 포스트 텐션(PT) 플랫 플레이트 골조의 내진성능에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 위하여 슬래브-기둥 접합부에 슬래브 하부철근이 있는 경우와 없는 경우의3층, 9층 골조를 중력하중만 고려하여 설계하였다. 본 연구에서는 대상 건물을 비선형 정적 푸쉬오버 해석하여 기둥을 관통하는 슬래브 하부철근 유무에 따른 전체 구조시스템 거동을 평가하였다. 본 연구에서 사용한 접합부 모델은 뚫림 전단과 파괴메커니즘을 예측할 수 있도록 본 연구자들에 의하여 기존 연구에서 제안된 것이다. 본 연구 결과에 따르면 슬래브 하부철근은 PT 플랫 플레이트 골조의 내진성능에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히 슬래브 하부 철근이 있는 PT 플랫 플레이트 골조는 슬래브 하부철근이 없는 골조에 비하여 최대 강도와 변형 능력이 크게 향상되었다.

본 연구에서는 PT 플랫 플레이트 골조의 내진성능을 평가하기 위하여 비선형 거동을 예측할 수 있는 해석모델을 개발하였다. 특히 본 연구에서 개발한 해석 모델은PT 플랫 플레이트 슬래브-기둥 접합부에서 기둥을 관통하는 철근이 있는 경우와 없는 경우의 접합부 거동을 정확하게 예측할 수 있도록 개발하였다. 또한 본 연구에서 개발한 접합부 해석 모델은PT 플랫 플레이트 슬래브-기둥 접합부에서 뚫림 전단 파괴가 발생하는 때를 정확하게 예측하도록 하였다. 개발한 해석 모델의 타당성을 검증하기 위하여PT 플랫 플레이트 슬래브-기둥 접합부 실험결과와 해석 결과를 비교하였다. 또한 2층 PT 플랫 플레이트 골조의 진동대 실험결과와 해석결과를 비교하였다. 본 연구에서는 기둥을 관통하는 철근이 있는 접합부와 없는 접합부를 갖는 2층 PT 플랫 플레이트 골조를 세 가지의 크기로 조정한El Centro 지진에 대하여 비선형 동적 해석을 수행하였다. 지진의 크기가 커지면 하부 철근이 없는 골조의 요구 변위와 잔류 변형이 하부 철근이 있는 골조에 비하여 더욱 커지는 것으로 나타났다.

포스트텐션 프리캐스트콘크리트(Precast Concrete, PC) 보-기둥 접합부에서는 프리스트레스가 도입된 긴장재가 접합부 내부를 관통하기 때문에, 기존의 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC) 보-기둥 접합부와 다른 거동을 나타내며, 포스트텐션 PC 접합부의 정확한 해석 및 설계를 위해서는 먼저 긴장재의 부착특성 및 그에 따른 접합부 거동이 명확히 규명 되어야 한다. 이 연구에서는 포스트텐션 PC 보-기둥 접합부에서 긴장재의 부착특성을 분석하고, 그에 따른 보의 거동 및 파괴모드를 규명함으로써 이를 추후 보-기둥 접합부 모델링에 활용하고자 한다.

인장강도가 2,400 MPa인 강연선이 개발되어 콘크리트구조기준 및 KS 규격에 반영되었다. 고강도 프리스트레스트 강연선이 구조물에 적용되기 위해서는 그에 적합한 정착시스템이 함께 사용되어야 한다. 최근에 2,400 MPa 강연선 적용을 위한 포스트텐션 정착구의 개발이 진행되어왔으나, 성능평가에 대한 연구가 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 2,400 MPa 강연선을 적용한 포스트텐션 정착구 중 가장 활용도가 높은 9 가닥, 15 가닥, 19 가닥 정착구에 대하여 PTI의 Anchorage Design Zone에 의한 국소구역 구조검토를 실시하였고, ETAG013 및 KCI-PS101에 의한 하중전달성능평가를 수행하였다. 또한 비선형 수치해석을 통해 시험의 적절성을 분석하였다. 그 결과, 2,400 MPa 정착구는 국소구역의 구조성능을 만족하고, 하중전달성능 조건을 만족하는 것으로 나타났다.

포스트텐션 공법을 적용한 콘크리트 부재의 정착구역에서 정착판 근처의 지압응력은 일반적으로 높은 프리스트레스 하중에 의해 발생한다. 따라서 단면의 효율적인 활용과 콘크리트 부재의 파괴로 이어질 수 있는 균열제어를 위해 적절한 정착판의 크기가 제시되어야 한다. 본 연구에서는 도로교설계기준 및 PTI 등에 의해 사각형 정착판과 원형 정착판의 유효면적에 대한 관계식을 제안하였다. 또한 정착판의 형상 에 따라 형상계수를 제안하였으며, 유한요소해석을 통해 적절성을 분석하였다.

콘크리트 구조물은 시간의 경과에 따라 노후화되고, 열악한 외부 환경에 노출되어 부재 및 재료 자체의 성능이 저하된다. 콘크리트 구조물의 유지관리 방안으로 긴장력을 도입한 CFRP 긴장재를 콘크리트 내부의 표면매립(Near Surface Mounted, NSM)하여 구조물의 보수 보강을 위한 연구가 진행 중이다. 기존의 표면매립공법에 대한 연구는 긴장력을 매개변수화 하여 보강성능을 비교하는 연구가 대부분이나 표면매립공법의 파괴거동을 예측할 수 있는 3차원 유한요소해석모델에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 CFRP 긴장재와 콘크리트 부재의 계면 특성을 반영한 3차원 유한요소해석을 통해 포스트 텐션 표면매립공법의 휨 거동을 분석하였다. 또한, 포스트 텐션을 적용한 표면매립공법의 보강성능에 대한 정확한 평가를 위하여 부재단위 실험결과와 제안한 해석모델의 파괴거동을 비교분석하여 타당성을 검증하였다.

Existing approaches on flexural analysis of unbonded post-tensioned concrete beams are very difficult to be applied to estimation of service load behavior up to failure. In this study, theorectical flexural behavior model for post-tensioned members with unbonded tendons was, therefore, proposed based on the basic concept of idealization of curvature distribution within maximum moment region in a simple manner, which was previously developed by authors. The proposed model can predict the service load behavior as well as ultimate strength, and it is confirmed that this concept can be extended to estimate the flexural behavior of continuous unbonded post-tensioned members.

본 논문은 SC합성보에 정착구의 높이, 새들의 형태, 가력시점을 변수로 하여 비부착 포스트텐션 보강을 하고 휨실험을 통해 보강방법을 평가하여 적절한 보강방법을 제시하고자 하엿다. 실험결과 보강 전 SC합성보의 최대내력은 실험값/이론값이 0.97로 나타났으나 보강 후는 1.00~1.21로 나타나 보강효과를 확인할 수 있었다. 변위 및 변형률 분석결과 정착구의 높이 및 가력시점에 상관없이 보강 후 중립축에 정착구를 설치한 D120계열 실험체가 최대하중이후 급격한 하중저하 없이 변위가 지속적으로 증가하며 각 부분의 변형률도 비교적 적게 나타나는 안정적인 거동을 했다. 보강효과면에서 선 가력 후 보강한 SCR-UD120실험체가 보강 전 SC합성보에 비해 최대내력이 1.72배 증가하여 가장 우수한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 외부 부착 프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 RC보의 휨거동을 분석하기 위한 실험연구를 수행하였다. 실험체는 프리스트레스 양을 변수로 축소모형으로 제작되었다. 또한 프리스트레스의 도입에 따른 구조성능 비교를 위하여 기준실험체와 단순부착 실험체를 함께 제작하였다. 실험결과, 단순 부착 탄소섬유판으로 보강된 부재는 조기 박리에 의해 탄소섬유판 인장강도의 50% 이하에서 최종파괴되었다. 그러나, 프리스트레스를 도입하여 보강한 실험체는 모두 탄소섬유판의 파단하중까지 도달하였다. 또한 프리스트레스 보강량의 증가에 따라서 균열하중, 항복하중은 증가하며 최대하중은 프리스트레스 양과 관계없이 일정한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 외부 비부착형 프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 RC보의 휨거동을 분석하기 위한 실험연구를 수행하였다. 실험체는 프리스트레스 양 및 정착장치의 형상을 변수로 총 10개로 제작되었다. 또한 프리스트레스의 도입에 따른 구조성능 비교를 위하여 기준실험체와 단순부착 실험체를 함께 제작하였다. 실험결과, 단순 부착 탄소섬유판으로 보강된 부재는 조기 박리에 의해 탄소섬유판 인장강도의 50% 이하에서 최종파괴되었다. 그러나, 프리스트레스를 도입하여 보강한 실험체는 모두 탄소섬유판의 파단하중까지 도달하였다. 또한 스터드형 정착장치를 적용한 실험체들의 보강성능은 매립형 정착장치를 적용한 실험체와 동등한 보강성능을 나타내었다.

포스트텐션 보강공법은 이미 변형된 구조물을 원상태로 회복시키면서 구조적인 성능을 향상시키는 능동적인 보강방법으로 알려져 있다. 그러나 압축력 흡수장치를 사용하지 않은 프리스트레스 보강공법은 긴장재의 압축력이 보강부재에 인장응력을 유발할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 단점을 보완한 Bow 공법을 개발하고, 개발된 공법에 대한 평가로써 실험 및 해석연구를 통하여 압축력 흡수장치를 사용하지 않은 프리스트레스 보강공법과 Bow 공법을 비교하였다. 연구결과, 압축력 흡수장치를 사용하지 않은 프리스트레스 보강공법에서는 프리스트레스에 의하여 보강부재에 인장응력이 발생할 수 있음과 압축력 흡수장치를 사용한 Bow 공법에서는 보강부재에 인장응력이 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.

본 논문은 기존 강합성 교량의 내하력 향상을 목적으로 외부 긴장재의 초기 긴장력 결정 방법을 제시하였다, 외부 긴장력은 콘크리트 슬래브 재시공 전과 후에 각각 적용하였다. 활하중에 의하여 발생하는 증가 프리스트레스력을 고려한 내하율식을 제안하여 긴장재 개수와 초기 긴장력의 결정 과정을 제시하였다. 기존 강합성 교량의 내하율 향상에 적용하여 그 타당성을 입증하였다.