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.

This work examines the feasibility for estimating existing tensile stress on a stressed wire using the permeability of magnetic flux. A closed magnetic circuit has been constructed to induce magnetic flux inside a steel wire. With different tension stress levels on a wire, the permeability of magnetic flux on the wire has been measured. Two different experimental case studies have been conducted for the examination of sensitivity of permeability of magnetic flux on the stressed wire. One is a varying-length stress test, and the other is a fixed-length stress test. The results show that the permeability of magnetic flux in the varying-length stress test is inversely proportional to the applied stress, while the permeability in the fixed-length stress test is linearly proportional to the applied stress on the stressed wire. It is thus expected that the permeability of magnetic flux on a wire can be a promising indicator for the inspection of its tensile stress.

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 프리스트레스 접속슬래브(PTAS: Post-Tensioned Approach Slab)가 환경하중을 받아 컬링할 때의 거동을 수치해석을 통해 적절히 분석하기 위하여 수행되었다. PTAS의 한쪽 단부가 교대에 힌지로 연결되는 부분을 해석 모형에 적합하게 포함시킬 수 있는 방법을 마련하였으며, 접속슬래브의 헌치 부분을 삭제한 단순 형상의 접속슬래브 모델의 사용성도 분석하였다. 개발한 모델을 이용하여 교대 뒤채움부 침하에 의한 접속슬래브의 컬링 응력 특성을 분석하였다. 연구 결과, PTAS의 단순화 힌지를 포함한 단순 형상 모델은 실제 형상 모델의 최대인장응력을 산출하기에 적합한 것을 알 수 있었다. 또한 컬업시에는 하부지반 침하가 없는 PTAS에서 최대인장응력이 도출되었으며, 컬다운 시에는 하부지반 침하가 진행된 PTAS에서 최대인장응력이 발생하므로 이러한 컬링 응력을 고려하여 설계를 수행하는 것이 적절할 것으로 분석되었다.

본 연구는 프리스트레스가 도입된 접속슬래브(Single-PTAS: Single Post-Tensioned Approach Slab)의 긴장력 도입에 따른 거동과 환경하중에 대한 거동을 분석하기 위하여 시험시공 현장에서 실험을 통해 수행되었다. 실험을 위해 온도측정센서를 슬래브의 깊이에 따라 장착하였으며, 변위측정게이지를 슬래브의 여러 위치에 설치하여 환경하중 및 긴장력 도입에 따른 슬래브의 변위 변화를 3차원적으로 측정하였다. 실험결과 접속슬래브는 길이가 짧아 긴장력 도입에 의한 급격한 종방향 변위 변화는 관찰되지 않았다. 접속슬래브의 깊이별 일일 온도변화는 깊이가 약 35cm보다 깊을 경우에는 거의 발생하지 않았으며, 수직온도구배는 접속슬래브의 두께가 큰 교대부근에서는 포장과 인접하는 부근에서 보다 작아졌다. 컬링 시 수직변위의 변화 양상 및 크기는 측정 지점의 수직온도구배와 직접적으로 관계가 있었다. Single-PTAS의 거동을 분석한 결과 콘크리트 포장 슬래브와 매우 유사한 거동을 보였으며, 따라서 차륜하중만을 고려하여 단순보로 설계하고 있는 접속슬래브에 포장체의 개념을 도입한 설계방안의 정립이 필요한 것으로 판단되었다.

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.

본 연구는 프리스트레스트 콘크리트 포장(PSCP)의 횡방향 긴장 설계방안을 구축하기 위하여 수행되었다. 우선 PSCP에 횡방향 긴장을 가했을 경우에 긴장간격에 따른 슬래브의 응력분포를 분석하였다. 또한 환경하중과 차륜하중이 PSCP슬래브에 작용할 때 슬래브에 발생하는 인장응력의 분포도 분석하였다. 이러한 환경 및 차륜하중 등의 설계하중과 긴장응력을 결정하는 기준인 슬래브의 허용인장응력을 합리적으로 선정하는 방법에 대하여 논의하였으며 이러한 기준의 선정이 횡방향 긴장 설계에 미치는 영향을 분석하였다. 연구결과, 긴장간격이 커질수록 긴장응력의 손실을 가져오는 범위가 넓어지며 특히 Shoulder부분에서의 응력손실이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있었다. 따라서 횡방향 긴장 설계는 설계하중에 대한 슬래브의 응력을 산출한 후 슬래브가 허용인장응력 이내의 응력을 받도록 평균긴장응력을 산출하여 긴장간격 및 긴장량을 결정하면 되지만, 이때 Shoulder, Wheel Pass, 중앙부 등 슬래브의 여러 다른 위치에서의 응력 또한 반드시 검토하여 적절한 긴장간격을 선정하여야 한다.

본 연구에서는 프리스트레스트 콘크리트 포장에 횡방향으로 프리스트레싱을 가할 때 포장체에 발생하는 응력분포를 분석하여 긴장간격에 따른 특성을 파악하고 종방향과 횡방향 긴장의 상호 영향을 분석하기 위하여 유한요소 모델을 개발하여 구조해석을 수행하였다. 연구결과 횡방향 긴장간격은 작을수록 응력분배를 적절하게 할 수 있고 압축응력의 손실범위를 줄일 수 있으나 경제성 문제를 제고하여 적절한 긴장간격을 선정하여야 한다. 포장체의 노견, 주행위치, 중앙부 등의 여러 위치에서 분석한 횡방향 응력분포는 긴장간격이 넓을수록 평균응력과의 차이가 커지며 그 차이는 슬래브 중앙부로 갈수록 감소하게 된다. 횡방향 긴장을 가하면 종방향으로도 추가 긴장력 이 발생하게 되지만 그 크기는 무시 할 수 있을 정도로 작기 때문에 종횡방향 긴장 설계는 독립적으로 수행하여도 타당하다. 또한 횡방향 긴장 설계 시 이러한 긴장에 의한 응력분포를 이용하는 방안에 대해서도 본 논문에 언급하였다.

In this paper, a new waffle-shaped(WAS) precast concrete panel was developed through the geometrical modification of the conventional double tee panel. It is a one-way joisted panel with a shallow depth and a boxed shape by wide edge beams. To investigate the structural performance of the connections between W AS panels, loading tests called by WIW were performed at the connections along short edges of two WAS panels. WIW tests were executed according to two different width of shear key(50mm and 80mm) and three types of reinforced topping concrete(wire-mesh alone, wire-mesh plus HD 10, and wire-mesh plus HD13). As a result, the grouting width of shear keys did not act on the ultimate behaviors significantly, and the flexural strength of WIW connections along the long edges of W AS panels was superior to nominal flexural strength. The connections with proper details of steel reinforcement can distribute the positive bending moment at mid-span of W AS panels to the negative moment, which is useful for efficient member design.

표준 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더교(I형 PSC 거더교)는 우리나라의 중 소 지간 교량에서 가장 많이 적용되는 교량형식이다. 이 교량 형식의 상부거더 안전성을 판단하기 위해 설계단면력을 결정할 때 유한요소법 등을 이용한 정밀한 해석보다는 설계기준들에서 제시한 활하중 분배계수나 단순화된 실용식을 일반적으로 이용하고 있다. 한편, 우리나라의 설계 실무에서 사용되는 활하중 분배계수는 대부분 외국의 연구결과나 설계기준이 그대로 반영된 것들이다. 따라서 표준 I형 PSC 거더교의 교량단면과 부재의 설계 기준강도 등을 고려한 우리나라의 설계여건에 적합한 활하증 분배계수식의 개발이 필요하였다. 본 연구에서는 활하중 분배계수식을 개발하기 위하여 교량의 폭, 지간길이, 주형간격과 차로폭 등에 대한 수많은 매개변수 해석과 민감도해석을 수행하였다. 그 결과 분배계수의 크기를 결정하는 주된 변수들로서 외측주형의 경우에는 주형간격, 내민길이와 지간길이를 선택하였다. 인접내측주형은 주형간격, 내민길이, 지간길이와 교폭으로 하였다. 내측주형은 주형간격, 교폭과 지간길이로 하였다 이어서 매개변수 해석결과들에 대한 다중선형회귀분석을 통하여 I형 PSC 거더교를 위한 활하중 분배계수식을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 활하중 분배계수식을 가지고 설계실무자들은 교량 설계시 적절한 안전율이 보장된 설계단면력을 보다 쉽게 결정할 수 있을 것이다. 또한 예비설계시에 I형 PSC 거더교의 구조적인 효율을 향상시키기 위해 필요한 반복 설계에 소요되는 설계시간을 크게 줄일 수 것으로 기대된다.

이 연구에서는 교량 상부구조물의 보수 보강에 많이 사용되는 7연 강연선의 공용중 긴장력 관리를 위한 새로운 방법은 제안하였다. 제안된 스마트 강연선은 기존 강연선의 중앙 킹와이어를 강제튜브로 대체하고, 강제튜브의 내부에 FBG 광섬유센서를 설치하여 강연선의 변형률을 측정할 수 있도록 하였다. 내장된 센서를 통하여 이 스마트 강연선의 변형률을 쉽게 측정할 수 있으므로, 공용중 강연선의 긴장력을 모니터링할 수 있다. 본 연구에서 제안된 장력 모니터링 방법의 효용성을 증명하기 위하여 FBG센서 2개가 내장된 길이 7.0m인 스마트 강연선을 제작하고, 이를 길이 6.4m, 높이 0.6m인 RC T형 모형거더에 외장형 텐던으로 적용하였다. 그리고 이 시험거더에 대한 재하-제하시험을 실시하고 로드셀에서 계측된 긴장력과 스마트 강연선을 이용하여 예측한 긴장력을 비교하였다. 비교 결과, 제안된 스마트 강연선은 긴장력이 작용된 강연선의 장력을 정확하게 모니터링 하는데 유용함을 확인할 수 있었다.

I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 활하중 분배계수식을 개발하기 위한 구조해석 모델은 해석결과의 적정성과 함께 모델링의 용이성도 동시에 가지고 있어야 한다. 그 이유는 활하중 분배계수식의 개발 과정에서 무수히 많은 횟수의 구조해석이 필요하기 때문이다. 본 연구에서는 기존 연구와 설계실무에서 사용하고 있는 모델들을 비교하여 적정한 구조해석모델을 선정하였다. 또한 수치해석과 재하시험 결과와의 비교를 통하여 방호벽과 가로보의 휨 강성이 활하중분배에 미치는 영향을 분석하였다. 연구결과로서 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 구조해석에는 편심을 반영한 거더, 방호벽 및 가로보를 바닥판에 연결시킨 모델이 해석결과의 정확성과 모델링의 편이성을 동시에 만족시키는 측면에서 적합하였다. 그러나 방호벽은 강성변화에도 불구하고 활하중분배에 미치는 영향이 미소한 것으로 분석되었다. 편심을 고려한 가로보는 휨 강성 25% 이상에서는 강성변화에 따른 영향이 적었다. 따라서 거더는 바닥판과의 편심을 고려하여 강체요소로 연결하고, 방호벽은 무시하고, 가로보는 전 단면이 유효한 것으로 가정한 상태에서 편심을 주지 않는 모델을 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 활하중 분배계수식의 개발을 위한 최종 구조해석 모델로서 선정하였다.

공장에서 제작한 콘크리트 슬래브를 나열한 후 프리스트레싱 기법을 도입하여 일체화시켜 건설하는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 포장의 강선 긴장에 의한 압축력 재하 시 포장체의 거동을 유한요소해석 모델을 개발하여 분석하였다. 먼저 정착구의 개수가 긴장 시 포장체의 압축응력 분포에 미치는 영향을 분석하여 적절한 정착구의 개수를 선정하였다. 그리고 하부층의 수평저항, 포장체의 길이, 슬래브의 두께, 정착단의 전단면적 등의 변수가 포장체의 압축응력 분포에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 분석하였다. 하부층의 수평저항은 압축응력의 손실을 가져오며 이러한 손실은 포장체의 중앙부로 갈수록 증가하게 된다. 또한 포장체의 길이가 길어질수록 하부층 수평저항에 의한 압축응력의 감소가 커지게 된다. 슬래브의 두께는 얇아질수록 하부층 수평저항에 의한 압축응력의 손실이 커지게 된다 하지만 압축력을 가하는 면적인 정착단의 전단면적은 압축응력의 분포에 크게 영향을 미치지는 않는다.