기존 고속철도 자갈궤도구간에서는 궤도 비틀림 현상이 발생하여 안전 위협, 승차감 저하, 유지 및 보수 비용증가, 유지 및 보수 작업으로 인한 열차운행 지연 등의 문제점이 발생하고 있는 실정이다. 궤도구조 개량공사는 열차차단 시간 내에 공사를 완료하고 공사 후 궤도에 대한 구조적인 안전성도 확보해야 한다. 이를 해결하기 위하여 열차차단 시간 내에 궤도 구조를 개량 할 수 있는 급속경화궤도 기술개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 급속 경화궤도는 일반 자갈도상궤도를 콘크리트 슬래브화 시키는 공법이며 기존의 콘크리트궤도와 상이하게 철근이 사용되지 않고 자갈과 초속경 모르타르로 구성되어있다. 국내 고속철도에서 콘크리트경화궤도의 시공이음부에서 구조적 문제가 다수 발생하고 있다. 본 연구는 급속경화궤도 시공 시 발생하는 시공이음매에 대한 보강방안으로 자갈맞물림(Aggregate interlock), Dowel bar, Dowel plate, 지오그리드로 매개 변수화하여 급속경화궤도 시공이음부 보강구조의 성능 검증 실험을 수행한다. 이를 통해 급속경화궤도 슬래브 간에 하중전달효율을 분석하고 급속경화궤도 시공에 적합한 방안을 도출하고자 한다.

최근 선진국을 중심으로 MWCNT(Multi-walled carbon nanotube)의 우수한 기계적 성질을 이용한 시멘트 모르타르의 압축강도 향상 연구가 활발하다. 그러나 국내에서 MWCNT 모르타르와 관련된 연구는 국외에 비해 상당히 미미한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 MWCNT 수용액을 시멘트 모르타르에 적용하여 MWCNT 모르타르의 압축강도 증진 효과를 분석하고자 한다. 실험 매개변수는 최적의 MWCNT 모르타르 제작법 도출을 목적으로 강도시험에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 물시멘트비, 재령일, MWCNT의 농도로 선정하였다. 물시멘트비는 0.4, 0.5, 0.6으로 변화시켰고 재령일은 7일, 14일 28일로 구분하였으며 MWCNT수용액의 농도는 2.0wt%로 선정하였다. MWCNT 모르타르에 혼입한 MWCNT 수용액의 분산은 계면활성제와 초음파로 처리하였으며, 증류수를 기반으로 제작 하였다. 실험결과 물시멘트비 0.4, 0.5, 0.6일 때 일반 시멘트 모르타르의 압축강도보다 MWCNT 모르타르의 압축강도가 각각 최대 35%, 20%, 25% 높게 측정되었다. MWCNT 모르타르의 압축강도가 일반 시멘트 모르타르의 압축강도보다 높은 이유는 모르타르의 수화 과정에서 MWCNT의 우수한 기계적 성질이 모르타르 내부의 결합력을 증진시켜 주는 것으로 분석되었다.

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.

최근 이상기후로 인한 돌풍과 태풍에 의해 도로표지 구조물은 지속적인 풍해를 입고 있다. 풍하중에 지배적인 영향을 받는 도로표지 구조물의 구조 안전성 확보를 위하여 내풍성 향상 도로표지 구조물에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 내풍성 향상 도로표지 구조물로 통풍형 도로표지 구조물을 제안하였다. 통풍형 도로표지 구조물은 기존 표지판에 일정한 간격과 직경의 천공을 갖는 도로표지 구조물이다. 천공의 직경과 간격에 대한 최적의 제원을 도출하기 위하여 통풍형 도로표지판의 항력계수 감소 효과 분석과 반사율 실험을 진행하였다. 통풍형 도로표지판을 적용한 표준 도로표지 구조물의 풍하중 저감 효과와 지주 단면 감소 효과를 분석하였다.

자갈궤도의 강도증진 및 유지보수비 절감을 위한 급속경화궤도는 자갈궤도에 모르타르를 충진하여 시공되며 양생되는 과정에서 온도변화에 의한 인장응력이 발생한다. 콘크리트층의 인장응력은 주변 온도변화에 의해 주기적으로 발생하게 되며, 온도응력이 작용한 상태에서 교통하중에 의한 인장응력이 짧은 시간동안 추가적으로 발생하게 된다. 따라서 콘크리트의 허용휨인장응력은 콘크리트의 피로강도로 산정해야한다. 현재 콘크리트포장 및 매스콘크리트에 발생하는 온도응력에 관한 연구는 다양하게 이루어져 왔으나, 급속경화궤도 시공과정 및 특이성을 고려한 온도응력 연구는 전무한 실정이다. 본 연구에서는 유한요소해석을 통해 급속경화궤도 충진층-지면 사이의 마찰력과 콘크리트에 발생하는 온도응력간의 경향을 파악하고, 급속경화궤도 충진층의 허용휨인장응력을 산정하는 모델을 제시한다.

현재 국내에 건설되고 있는 도심지내 고가도로 및 중소형 교량의 경우 일반적으로 교각 기둥 상부에 코핑부가 설치되며, 그 위에 거더가 놓이는 형식을 대부분 사용하고 있다. 하지만 이와 같은 형식에서의 코핑부는 큰 부피와 투박한 형상으로 인해 시각적 개방감을 저하시키는 비 친화적인 구조물로 인식되고 있다. 코핑-거더 일체형 강교량은 이와 같은 단점을 개선하고자, 코핑부를 거더의 높이 내에 위치시켜 상호 일체화함으로써 형하공간의 확보를 통한 하부차로의 공간 확대 및 미관향상의 장점을 지닌다. 본 연구에서는 코핑-거더일체형 강교량의 연결부 실물실험 결과를 토대로 유한요소 해석을 실시하여 수치해석적으로 획득한 변위 및 변형률 값을 비교, 분석하였다. 또한 코핑-거더 일체형 강교량의 구성요소 중 PC강봉에 가해지는 긴장력을 매개변수로 비선형 유한요소해석을 진행하여 코핑-거더 일체형 강교량 연결부의 구조적 성능을 분석한다.

Preflex (PF) composite girder is one that the prestressed force are readily applied to the steel beam and concrete is then cast to the steel beam, so that the elastic force of steel girder introduces prestressing effect to the steel-concrete composite girder. The major advantage of PF composite girders is to reduce the height of section. This study proposes a new Represtressed Preflex Composite Girder(RPF) composite girder that minimizes the amount of steel beam utilizing a temporary steel beam. The proposed RPF girder introduces the preflex effect to the full composite action between main steel beam and temporary beam. As a part of this study, finite element model has been developed and parametric studies are conducted to further investigate the characteristics of the proposed girder.