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.

본 논문에서는 PSC 거더의 긴장력을 계측하기 위한 EM 센싱 기법을 다양한 PS 텐던에 적용하기 위하여 PS 강종별 긴장력 변화에 따른 자기이력 모니터링 결과를 소개한다. PSC 교량의 성능평가에 있어 PS 텐던의 긴장력은 매우 중요한 인자이나 현재는 시공시 설계 긴장력의 도입 여부만을 검증하고 그 이후에는 긴장력 관리가 이루어지지 않는 실정이다. 이를 계측하기 위하여 EM 센서를 이용하여 긴장력을 계측하는 기법에 대한 연구가 이루어지고 있으나 PSC 거더에 사용되는 모든 PS 텐던에 대한 연구는 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 PSC 교량에 주로 사용되는 B, C, D종 PS 텐던에 대해 EM 센싱 기법을 적용하기 위하여 각 강종별 긴장력에 따른 자기 이력 변화를 모니터링하였다. 이를 위해 B종 12.7mm, C종 15.2mm, D종 15.2mm PS 텐던 시편에 50, 100, 150, 180kN의 긴장력을 도입하고 각 긴장력 단계마다 자기 이력 곡선을 EM 센서를 통하여 계측하였다. 계측 결과 각 긴장력 단계마다 그 투자율이 정량적으로 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 B, C 종의 경우 단면적이 달라 선형회귀분석식의 상수는 상이하지만 유사한 기울기를 가지고 변화하고 D종의 경우 다른 강종과 다른 기울기를 가지고 변화하는 것을 확인하였다.

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.

본 논문에서는 PSC 거더의 Prestress를 관리하기 위하여 EM 센서를 활용한 PSC 텐던 긴장력 손실 관리 기법을 소개한다. PSC 거더는 콘크리트 거더에 Prestress를 도입함으로써 기존 콘크리트 거더보다 높은 성능을 가지며 보다 저비용의 거더 설계가 가능해 짐으로 현재 많은 교량에 사용되고 있는 거더이다. 그러나 PS 텐던의 긴장력 관리는 거더 성능 관리에 있어 매우 중요한 항목이나 현재는 시공시 설계 긴장력의 도입 여부만을 검증한 후 공용시에는 그 관리가 이루어지지 않는 실정이다. 이에 본 연구에서는 강자성 재료가 인장력에 따라 비투자율이 변화하는 특성을 이용하여 EM 센서를 이용해 PS 텐던의 투자율을 계측하여 PS 텐던의 긴장력을 계측하는 기법을 제안하였다. PSC 거더 내부에서 PS 텐던의 투자율을 계측하기 위하여 EM 센서 시작품을 제작하였으며 MTS 실험을 통해 PS 텐던으로 주로 사용되는 7연선 1가닥의 0, 40, 80, 120, 160, 200kN의 긴장력에 따른 투자율 변화를 계측하였다. 계측 결과 각 긴장력 단계마다 EM 센서를 통해 계측된 B-H Loop가 정량적으로 변화하는 것을 확인하였으며 계측된 투자율과 긴장력을 회귀분석한 결과 투자율과 긴장력은 선형 관계를 나타내었다. 이를 활용하여 EM 센서를 이용하여 PS 텐던의 긴장력 관리가 가능함을 검증하였다.

최근에 널리 사용되고 있는 PSC 교량은 콘크리트의 처짐과 균열 등의 취약점을 긴장재와 강봉을 사용하여 보완하고 성능을 향상시킨 구조물이다. 따라서 PSC 교량에서 긴장재에 작용하는 하중을 적절하게 산정하는 것은 구조물의 안전하고 효율적인 유지, 보수를 위하여 중요하다. 이 논문은 텐던에 작용하는 하중과 앵커헤드 변형과의 관계를 확인하기 위하여 멀티 텐던 앵커헤드의 변형률에 대한 수치해석을 수행하고 분석한 것이다. 정확한 해석을 위하여 재료의 물성, 접촉 문제의 비선형성 등을 모두 고려하였으며 해석은 범용 유한요소 프로그램인 Abaqus를 사용하여 수행되었다. 수치해석 결과로부터 텐던에 작용하는 하중을 추정하는 데에는 hoop 방향 변형률이 가장 유용하며, 마찰 계수, 경계조건, 그리고 배치 등에 따라 영향을 받는 것을 확인하였다.

프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량은 강연선 통해 도입되는 압축력을 이용하는 구조로서 강연선의 긴장력을 당초 의도대로 확보하는 것이 PSC 교량의 안전에 중요한 요소이다. PSC 교량의 긴장력은 시공 당시부터 사용 중에 이르기까지 여러 가지 요인들로 인해 감소하므로 현재 상태에서 긴장력의 크기를 정확히 파악하는 것은 대단히 중요한 일이다. 한국건설기술연구원은 강연선의 강 심선을 FBG 광섬유 센서가 내장된 카본섬유 심선으로 대체시킨 스마트 강연선을 개발하고 검증했으며, 이를 실제의 외부 텐던 교량에 적용하여 약 500일 동안 안정적으로 계측을 실시하고 있다.

In this paper, an magnetic hysteresis monitoring result for various PS tendon is indtoduced to apply the EM sensing technique to measure the tensile force of PSC bridge. The tensile force of PS tendon is a very important factor in the performance evaluation of PSC bridges. To measure the tensile force of PS tendons, the EM sensing based NDT method was developed but the proposed method cannot be applied to various class of PS tendons. The permeability of specimen was gradually decreased according to increase of tensile force.

A new electromechanical impedance-based method was proposed to estimate the remaining tensile force of post-tensioning system. It was applied to a real-scaled anchorage system which has 19 strands, wedges, and anchor head, a bearing plate, and a steel duct. Experimental results showed that the proposed scheme has great potential to evaluate the remaining tensile force quite accurately.

Simulation studies were performed to study the possibility of tensile force monitoring with piezoelectric sensors attached on anchorage devices of bonded tendon systems. The results showed that the impedance signals from piezoelectric sensors has sensitivity enough to evaluate the effective tensile force.

본 연구에서는 PC교량의 외부텐던의 장력을 평가하기 위하여 신속하고 경제적으로 적용할 수 있는 텐던의 진동을 이용한 고유진동수 측정 방법의 적용성을 검토하였다. 길이별로 다양한 여러 종류의 외부텐던 덕트 표면에 가속도 센서를 부착하고 고유진동수를 측정하였다.센서의 방향과 위치변경 등 여러 종류의 다양한 진동시험을 실시한 결과 고유진동수의 차이는 1% 이내로서 충분한 정확성을 확보하고 있음을 보였다. 측정된 고유진동수로부터 장력을 추정하기 위해서는 현의공식, 다중모드법, 저차 모드의 실용적 공식을 활용한 방법 (Zui et al., 1996), 양단고정 경계조건에 의한 휨강성을 고려한 현의공식 (Sagűѐs et al., 2006) 등의 장력 추정법을 적용하였고 그 결과값을 비교하였다. 휨강성을 반영하지 못한 현의 공식이나, 다중모드법은 길이가 짧은 텐던에 대해 장력을 과대평가하는 결과가 도출되어 텐던의 장력평가에 적절하지 않음을 알 수 있었다. 텐던의 장력 추정에 적절한 방법은 양단고정 경계조건과 휨강성을 고려한 단단한 현의 공식에 의한방법임을 알 수 있었으며, 이 방법을 실제 공용중인 PC 교량의 외부텐던에 적용한 결과 방향전환블록에 의한 마찰력으로 긴장단과 고정단에 텐던의 장력 차이가 발생한다는 것을 알 수 있었다.

To maintain the tension force of PS members is a very important issue for the safety of PSC structures. In practice many cases of corrosions and tensile force reduction in PC tendons, however, are reported from various causes. In the near future, thus the estimation of tensile forces in PC tendons would be major work of maintaining PSC structures. In this study, the approach using magnetic characteristics of PC tendons to estimate tensile force was investigated. Using simple but reasonable test procedures, the possibility of the approach like this was verified.