건축물은 사용자의 부주의, 전기적, 기계적 요인 등에 의해 화재가 발생할 수 있고, 화재 발생 시 각 재료의 특성에 따라 강성 및 강도가 감소하여 구조 성능이 저하될 수 있다. 이러한 상황에서 적절 한 성능 복구가 되지 않으면 후에 지진 등의 큰 하중이 가해질 때 건축물 붕괴 등 치명적인 피해가 발생할 수 있다. 현재 내화성능을 높이는 방법으로 내화피복을 사용하는 등 수동적인 방법에 머물러 있으며, 꾸준한 유지관리 등이 필요하다는 단점이 있다. 따라서 변형 후 열을 가하면 원래의 형상으로 돌아가는 성질을 가진 형상기억합금을 사용하여 콘크리트 보를 보강하고, 화재 시, 화재 후에 프리스 트레스트 콘크리트와 유사한 방식으로 콘크리트에 압축응력을 발생시켜 구조 성능을 향상시킬 수 있 는지 ANSYS 구조해석 프로그램을 통해 그 효과를 확인해보고자 한다.

본 논문은 콘크리트 구조물 보강공법 중 하나인 CFRP 표면매립 긴장보강의 거동을 분석하였다. 이를 위해 CFRP 긴장재 및 긴장시스템을 개발하고 손상후 보강거동 및 충전재 유무에 따른 비부착 보강거동을 고찰하였다. 실험결과, 비부착 실험 체의 보강효과는 무보강 실험체보다 38% 증가하지만, 부착 실험체보다 17% 감소하였다. 손상된 콘크리트를 보강한 경우는 건전한 콘크리트의 보강효과와 유사했다. 정착장치와 부착된 CFRP 긴장재는 안정된 보강효과를 보였다.

본 논문에서는 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단 강도를 유한요소법을 이용한 수치해석으로 예측해 보았다. 프리스트레스의 정도를 주요 변수로 하여 전단 강도의 변화를 살펴보았다. 유한요소해석 프로그램인 Abaqus를 사용하여 CDP재료 모델과 초기조건을 설정함으로 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단 강도를 비교적 정확하게 예측할 수 있으며 오차는 5%이하였다. 또한 깊은 보의 strut-and-tie 모델과 동일한 형태를 나타냈으며, 해석이 타당하다고 본다. 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단 강도를 예측하기 위해 제안된 수식으로 전단 강도를 계산하였을 때 실제 전단 강도보다 큰 수치를 얻었다. 텐던에 가해진 프리스트레스의 크기가 커질수록 깊은 보의 전단 강도는 선형적으로 증가하는 현상을 보였다. 깊은 보의 전단 강도를 효과적으로 증가시키기 위해 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보를 활용할 수 있다.

본 논문에서는 안정적인 전력공급이 어려운 실제 현장에 적용하기 위해서 PSC 내부 텐던의 긴장력 관리를 위한 저전압 EM센싱기법을 검증하였다. 지난 국내외 PSC 구조물 사고 사례를 볼 수 있듯이, 공용간 구조적 안정성을 확보하기 위해서는 PS텐던의 긴장력 관리가 매우 중요함을 알 수 있었다. 이에 본 논문에서는 EM센서를 통해 탄성-자기이론을 기반한 강자성 체의 자기변형과 응력의 관계를 이용하여 전압 크기에 따른 긴장력에 대한 자기이력곡선을 계측하고자 하였다. 이를 위해 이중 원통코일형태의 EM센서를 제작하고 유압식 인장기를 이용한 PS텐던 인장 실험 장비를 구성하였다. 실험은 단계적으 로 전압을 감소시켜 긴장력 크기에 따른 자기이력곡선의 변화를 계측하면서 최대/최소 전압값에 대한 계측결과에 따른 투자 율의 변화와 긴장력의 관계를 비교·분석하였다. 그 결과, 전압이 감소하여 자기장의 크기가 작아짐에 따라 추정식에 대한 상수는 상이하지만 유사한 형태의 자기이력곡선 투자율의 변화를 확인할 수 있었다. 이를 통해 본 연구에서는 저전압 상태에 서 EM센싱기법을 이용한 PSC 내부 텐던에 대한 긴장력 관리가 가능할 것으로 판단된다.

An innovative analysis method is proposed in this paper for the determination of ultimate resistance of prestressed concrete beams. The proposed method can be applied to simply supported or continuous beams in a unified manner whether structure and external loads are symmetric or not. Through the iterative nonlinear strain compatibility solutions, this method can also be applied to the non-prismatic section/un-symmetrical composite structures under moving load. The conventional studies have used the failure criteria when the strain of concrete reaches 0.003. However compared with bonded case, the value of strain in the reinforcement is much smaller than bonded case, thus, unbonded prestressed cases show compressive failure mode. It is shown that the proposed method gives acceptable results within 5% error compared with the prior experimental results. It can be shown that the proposed method can reach the solution much faster than typical three-dimensional finite element analysis for the same problem. This method is applicable to the existing unbonded prestressed members where deterioration has occurred leading to the reduced ultimate resistance or safety. In all, the proposed procedure can be applied to the design and analysis of newly constructed structures, as well as the risk assessment of rehabilitated structures.

In the seismic design of building structural members, due to the complexity of the placement of PC steels in prestressed concrete members, it is necessary to review and define the definition of member damage in comparison with reinforced concrete members.In this study, the results of past experiments compared with the calculation results by ‘section Analysis Method’, with the aim of reviewing the precision of calculation results when member damage evaluation is performed using the section analysis method. Furthermore, it is also compared with the calculation results by the ‘split Element Method’.In addition, parametric studies were carried out, and the influence of the difference between the amount of PC steels and reinforced bar on the residual strain was examined.

In order to evaluate a stress state of concrete according to the change of tensile force of prestressed beam, improved nonlinear resonant ultrasonic spectroscopy(NRUS) method is proposed. This technique is advantageous to evaluate the stress state in initial state because the method shows much higher sensitivity than existing linear ultrasonic methods. The NRUS technique measure a nonlinearity parameter, which is calculated from the resonant frequency shift of ultrasonic wave related to the medium state, and the result is also closely related to the stress state of concrete. In this study, the nonlinearity parameter was measured with the change of tensile force to verify the close relationship between the two factors, and the effect of repetitive load cycle on the change of nonlinearity parameter was analyzed. In addition, sensitivity comparison with the linear ultrasonic pulse velocity method was performed. Through the experimental results, the possibility of NRUS technique for the evaluation of stress state in prestressed beam was confirmed.

In fire design for floors, the three criteria of stability, integrity and insulation are required for the specified fire resistance duration. Among these, stability is not easy to confirm. For solid prestressed concrete slabs of uniform thickness, Eurocode 2 provides tabulated data and specifies an axis distance to the centroid of strands to achieve particular fire resistance ratings, but it is not clear if this data can be used for a wide range of different prestressed slab profiles. In order to verify the current code-fire ratings for precast prestressed slabs, both simple and advanced calculation methods are investigated. This paper examines the use of calculation methods, accounting for the real behaviour of unprotected simply supported prestressed concrete slabs exposed to the standard ISO 834 fire. The calculated fire resistance of each prestressed concrete slab is compared with tabulated data in Eurocode part 1.2, with detailed discussion.

As a preparation of a design standard regarding road facilities in terms of reliability based optimum design examples, such as cantilever columns for traffic lights, optimum design in deterministic and probabilistic ways for the foundation of traffic lights poles are proposed. Most of the previous study have focused on the foundation surrounded by cohesionless soil. However, the design would be governed by risky condition. Therefore the resistance by clay-soil is investigated compared with other design specifications. In deterministic optimization, GRG method is applied. It is found that both geometries of deep and shallow foundation provides optimum values. The resistance of cohesive soil is selected to represent the ultimate limit states, in terms of sliding, overturning and bearing pressures from super structures to the foundation under external loads. Example foundations with varying height of columns for traffic lights are optimized about 30% decreased embedded depth of foundation. The optimum coefficients of resistant and load factors may need to be developed with design load combinations in order to prepare design specifications as the next step.

As a preparation of a design standard regarding road facilities, such as cantilever columns for traffic lights, optimum design and risk assessment for foundation of street lights on highways are proposed. The preliminary evaluation of optimization with reliability assessment resultantly makes it possible to reduce not only the duration of construction but the cost of construction as well. Ultimate limit states and constraints functions are selected for the sliding, overturning and settlement of the foundation under external loads from super and sub-structures itself. An example foundation under the super structure of height 12m, is optimized as 30% decreased embedded depth of foundation, in which as increasing the depth of embedded connection parts, the necessary depth of foundation is deceased. However, the optimum depths and the reliability indices are sensitively dependent with earth properties and dimensions of foundation.

프리스트레스(PS) 긴장재의 긴장력 관리는 거더 성능관리에 있어 매우 중요한 항목이나 현재는 시공시 설계 긴장력의 도입 여부만을 검증한 후 공용시에는 그 관리가 이루어지지 않는 실정이다. 이에 본 연구에서는 PSC 거더의 제작단계에서부터 공용시까지 생애주기 동안의 긴장력 관리가 가능한 PSC 거더를 제안하기 위한 기초 연구로서, 현재의 기술수준으로 사용 가능한 센서들을 이용하여 PS 긴장력을 측정하는 실험 연구를 수행하였다. 소규모 거더를 제작하여 4종류의 센서를 설치하였고, 긴장력을 도입하면서 각 센서들의 적용성과 정확성을 평가하였다. 실험결과에 따르면, 중공로드셀은 편심하중이 작용하는 경우 기준값보다 하중을 높게 평가하는 경향이 있었다. EM 센서는 실용이 가능한 정확도를 보여주었으며, 콘크리트 내부의 긴장재를 따라 어느 위치에서도 설치할 수 있다.

프리스트레스 콘크리트 정착부의 설계를 위해 AASHTO 및 PTI에서 관련 설계식을 제안하고 있다. 그러나 이러한 설계식은 구조물의 긴장력이 단순 지압판을 통해 구조 전반으로 전달된다는 가정으로 유도된 것으로 실제 구조물에 적용되는 상용 정착구의 형태와는 차이가 있다. 이 논문에서는 하중전달 시험에 의한 실험적 방법과 3차원 고체요소를 사용한 비선형 유한요소해석 프로그램을 이용한 해석적 방법을 통해 정착구의 형상 변수에 따른 정착부의 거동특성 변화에 대한 연구를 수행하였다. 하중전달시험 결과에서 얻어진 하중변위 곡선 및 극한하중 값을 해석을 통해 얻은 결과와 비교하여 유한요소모델의 적합성을 확인하였다. 또한 정착구의 리브의 설치위치, 리브의 개수, 리브의 설치길이를 주요 변수로 설정하여 형상변수에 따른 매개변수 연구를 수행하였다.

The purpose of this study is to establish and examine the analytical methods based on FEA to predict the behavior of the precast prestressed concrete panels under blast loading. The precast prestressed concrete structures are on the rise, but there is little research in this regard explosion. In this paper, we set the variable to the three models. TNT 500 kg was an explosion in the standoff-distance 3m. In conclusion, the precast models damage was concentrated in the bonded portion. The concrete panels after an explosion occurred continuously deformed. But the including prestressed panels deformation occurs only at the beginning of the explosion were able to see the results.

본 연구에서는 프리스트레스트 콘크리트 일방향 슬래브의 사용성 평가를 위한 처짐을 분석하기 위하여 유한요소법에 기반한 해석적 연구를 수행하였다. 유한요소 상용 프로그램을 이용한 해석결과와 실험결과를 비교하여 모델링의 타당성을 검증하였으며, 비교적 유사한 결과를 나타내었다. 또한, 콘크리트 압축강도, 편심 거리, 활하중, 그리고 긴장재의 배치형태에 따른 처짐을 분석하여 수계산 결과와 비교하였고, 회귀분석을 통해 변수들과 처짐 사이의 상관관계를 확인하였다. 그 결과, 콘크리트 압축강도가 클수록, 편심 거리가 클수록, 활하중이 작을수록 처짐이 감소하는 것을 확인하였으며, 직선형태의 처짐이 가장 작고 절곡형태의 처짐이 가장 큰 것을 확인하였다. 또한 회귀분석을 통해 콘크리트 압축강도와 편심 거리가 솟음값에 미치는 영향을 분석하였다.

이 논문에서는 곡선 프리스트레스트 콘크리트 사장교의 풍하중에 의한 정적 횡방향 휨거동 해석에 비선형 해석 모델 특성들이 미치는 영향을 검토하여 곡선 프리스트레스트 콘크리트 사장교의 풍하중에 의한 정적 휨거동을 정당하게 예측할 수 있는 해석방법을 제시하였다. 곡선 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 사장교의 시공단계별 풍하중에 의한 횡방향 휨거동 해석 시 재료의 비선형성은 물론 기하학적 비선형성을 모두 고려하였고 재료의 시간의존적 특성의 영향으로 콘크리트의 크리프, 건조수축, 강도증가와 프리스트레싱(PS) 강재와 케이블의 이완을 고려하였다. 곡선 PSC 사장교의 풍하중에 의한 휨거동을 다양한 비선형 해석 모델 특성들을 조합해서 고려하여 해석을 수행한 결과, 교량 상판의 인장균열 및 이에 따른 처짐의 증가를 정확히 예측하기 위해서는 재료의 비선형 응력-변형률 관계는 물론 콘크리트의 인장균열을 모두 포함한 재료 비선형성과 기하강성도 매트릭스는 물론 대변위에 의한 변형률의 비선형항 및 부재의 위상변화를 모두 포함하는 기하학적 비선형성을 고려한 해석이 반드시 필요함을 확인하였다. 부가적으로, 콘크리트의 인장증강효과 및 뼈대요소의 축력에 의한 기하강성도 매트릭스의 고려여부는 교량의 풍하중에 의한 정적 휨거동을 예측하는 데 영향을 크게 미치지 않는 것으로 나타났다. 또한 풍하중에 의한 곡선 PSC 사장교의 횡방향 휨거동은 상판의 횡방향 변위의 상당한 증가 및 거더 단면의 인장균열로 인해 상판이 폐합되기 직전단계가 폐합된 이후 단계보다 크게 불리함을 확인하였다.

본 논문은 폭발하중을 받는 네 가지 부재의 거동을 해석하여 프리스트레스의 폭발에 대한 저항 효과를 검증하고자 하였다. 프리스트레스를 도입한 구조물 사용이 증가하고 있지만 그에 관한 방폭 연구는 미비한 실정이다. 콘크리트 패널, 철근콘크리트 패널, 프리스트레스를 도입한 콘크리트 패널, 프리스트레스를 도입한 철근 콘크리트 패널을 변수로 TNT 500Kg을 이격거리 3m 위치에서 폭파시키는 시나리오를 가정하였다. 해석결과, 콘크리트와 철근 콘크리트 부재는 폭발이 발생한 후지속적으로 변형이 발생하지만 프리스트레스를 도입한 패널은 폭발 시 초기에만 변형이 발생하는 결과를 볼 수 있었다. 이는 프리스트레스를 도입한 부재가 폭발하중에 대해 균열과 파괴를 제어한다는 것을 알 수 있다.

이 연구는 중공 프리스트레스트 콘크리트 교각의 P-M 상관도에 대한 매개변수 분석을 수행한 결과를 제시하고 있다. 다수의 매개변수 중에 콘크리트 압축강도, PS 강재량, 유효프리스트레스, D_s/D_o, 그리고 D_i/D_o를 선택하여 P-M 상관도에 미치는 영향을 중점적으로 다루었다. 준정적 실험을 통해서 중공 프리스트레스트 콘크리트 교각 실험체의 강도와 연성도를 평가하였다. 실험 및 해석결과와 각 코드를 기준으로 비교한 P-M상관도의 결과는 서로 다른 차이를 나타내었으며 AASHTO-LRFD는 근접한 값을 보여주었다. 무차 원화한 P-M 상관도를 중공 프리스트레스트 콘크리트 교각의 저항능력을 예측하기 위하여 제시하였다.

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 포스트텐션드 프리스트레스트 콘크리트 포장(PTCP: Post-Tensioned prestressed Concrete Pavement) 공법의 국내 적용을 위해 수행한 시험시공시에 현장실험을 통해 PTCP의 긴장시 구조적 거동을 분석하기 위하여 수행되었다. 실험을 위해 온도측정센서 및 변위측정게이지를 슬래브에 장착하여 환경하중 및 긴장력 도입에 따른 슬래브의 변위변화를 측정하였다. 총 세 차례에 걸쳐 긴장력을 도입하였으며 긴장작업의 적절성을 온도와 변위의 상관관계 횡방향 균열거동, 일일 종방향 변위변화량 등을 분석하여 판단하였다. 실험결과 타설초기 1차 긴장시에는 슬래브와 하부층과의 마찰 및 콘크리트의 소성성질 등의 요인에 의해 슬래브의 양끝단 부분에서만 큰 변위가 발생하였으나 이후 어느 정도의 시간이 경과한 후 가해진 긴장에서는 슬래브 전체에 뚜렷한 변위가 발생되나 여전히 마찰저항의 영향을 받는 것으로 분석되었다. 또한 긴장이 제대로 가해지면 균열이 존재하더라도 비활성화되어 슬래브가 일체의 거동을 나타내었다.