PSC(Prestressed Concrete)거더 교량은 긴장재(강선)를 통하여 교량 양쪽에서 압축력을 추가하는 방 식으로 외부에 대한 저항력을 확보한다. PSC 거더 교량의 긴장 방식에 따라 콘크리트 타설 전(프리텐 션)과 타설 후(포스트텐션)로 구분할 수 있다. 반면에 프리텐션 긴장의 경우 강선이 구조물과 직접 결 합하는 방식이기 때문에 전용관 삽입 및 그라우트 채움 공정이 생략되어 하중이 비교적 가벼울 뿐만 아니라, 긴장재 부식 방지를 위한 유지관리에 매우 효율적이다. 그러나 프리텐션 긴장 방식은 별도의 긴장 시설이 필요하므로 주로 공장에서 제작되고, 건설 현장까지 이동이 필요하기 때문에 길이 (L=18m) 및 무게(W=30tonf)의 제한이 있다. 프리텐션 긴장 공법의 경우 별도의 반력대 및 긴장 시설 이 필요하여 주로 공장에서 제작하고 현장으로 이동 및 설치되고 있다. 도로를 이용한 이동이 필요하 기 때문에 거더의 경간 및 중량의 제한이 발생하게 된다. 따라서, 경간장 25 m 이상의 거더의 경우 포스트텐션을 통한 현장 제작이 주로 이루어 지고 있다. 본 연구에서는 별도의 시설없이 현장에서 프 리텐션 긴장이 가능한 PSC 거더 시공 공법을 제안하였다. 또한, 장경간 PSC 거더 제작을 위한 포스트 텐션 기반의 세그먼트 제작 공법을 제안하고, 그 성능을 검증하였다.

Seismic fragility analysis of a structure is generally performed for the expected critical component of a structure. The seismic fragility analysis assumes that all the components behave independently in a structural system. A bridge system consists of many inter-connected components. Thus, for an accurate evaluation of the seismic fragility of a bridge, the seismic fragility analysis requires the composition of probabilities considering the correlation between structural components. This study presented a procedure to obtain the seismic fragility curve of a bridge system, considering the correlation between bridge components. Seismic fragility analysis was performed on a PSC bridge that is considered as the central infrastructure. The analysis results showed that the probability of the seismic fragility curve of the bridge system was higher than that of each bridge component.

The number of aged bridges is increasing so that bridges over 30 years old account for about 11% of all bridges. Consequently, the development of a seismic performance evaluation method that considers the effects of ageing is essential for a seismic retrofitting process for improvement of the seismic safety of existing old bridges. Assessment of the damage situation of bridges after the recent earthquakes in Korea has been limited to the bearings, anchor, and concrete mortar on piers. The purpose of this study is to evaluate the seismic responses of PSC box girder bridges by considering the ageing effect of rubber bearings (RBs) and lead-rubber bearings (LRBs). The modification factor proposed by AASHTO is used to take into account the ageing effect in the bearings. PSC box girder bridges with RBs and LRBs were 3D modeled and analyzed with the OpenSEES program. In order to evaluate the ageing effect of RBs and LRBs, 40 near fault and 40 far field records were used as the input earthquakes. When considering the effect of ageing, the displacement responses and shear forces of bridge bearings (RBs and LRBs) were found to increase mostly under the analytical conditions. It was shown that the effect of ageing is greater in the case of RBs than in the case of LRBs.

This paper introduces general concepts of jointless bridges and field construction case of semi-integral bridge with psc girder integrating end-diaphragm. The expansion joints need to satisfy thermal and safety conditions of bridges. General bridges with joints have some problems, which are frequently replacement cycle time from mechanical damage or unstable movement, maintenance cost and more. To solve these problems, Integral Abutment Bridges(IAB) have been applied overseas in the 1930s. In Korea, first IAB was constructed in the early 2000s and precast IAB systems was invented and applied lately. Kyungshin overpass bridge in Incheon is the Semi-IAB constructed, the span length is 2@35=70m and the width is 13.9m. The original plan was to use general joint bridge but design field changed with expectations for advanced economic estimation and maintenance. This changed method of B.I.B bridge construction provided not only workability, construction cost but also safety improvement at the same time.

This paper introduces general concepts of Jointless Bridges and field construction case of Semi-Integral Bridge with PSC girder integrating end-diaphragm. The expansion joints need to satisfy thermal and safety conditions of bridges. General bridges with joints have some problems, which are frequently replacement cycle time from mechanical damage or unstable movement, maintenance cost and more. To solve these problems, Integral Abutment Bridges(IAB) have been applied overseas in the 1930s. In Korea, first IAB was constructed in the early 2000s and precast IAB systems was invented and applied lately. Kyungshin overpass bridge in Incheon is the Semi-IAB constructed, the span length is 2@35=70m and the width is 13.9m. The original plan was to use general joint bridge but design field changed with expectations for advanced economic estimation and maintenance. This changed method of B.I.B bridge construction provided not only workability, construction cost but also safety improvement at the same time.

지금까지의 지진 관련 연구는 주로 교량 받침 자체의 성능개선이 주요 관심 과제였으나, 본 논문에서는 받침 종류에 따라 교량에 미치는 전반적인 지진거동 특성을 분석하고 교량 공사비에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위해 실무에서 많이 적용되는 PSC I형 교량에 대해 교량받침의 종류를 변화시키며 교각 높이를 매개변수로 하여 상시 및 지진해석을 수행하였다. 특히 지진해석을 통해 산출한 단면력을 고려하여 PSC I형 교량받침의 변위, 지진하중에 의한 교각 기둥의 직경, 상부여유 간격 등의 변화를 분석하였다. 고교각인 경우 탄성받침보다는 지진격리장치를 적용하는 것이 지진에 의한 상부구조의 이동량을 줄여 신축이음장치의 규격을 줄일 수 있으므로 차량의 주행성 및 교량의 유지관리 측면에서 바람직 할 것으로 판단되었고, 교량 하부 구조 단면이 축소되어 미관개선 및 경제성 개선의 효과가 있는 것으로 분석되었다. 결국, PSC I형 교량받침 설계시 일률적으로 탄성받침을 적용하는 것보다 정밀한 내진해석을 통해 지진격리장치를 적용하는 것이 구조적정성 측면 및 공사비 측면에서 타당하다는 결론에 도달하였다.

PSC 박스 교량은 콘크리트, 철근과 텐던으로 구성된 구조물로서 콘크리트의 인장 균열, 철근의 비선형 거동 등 재료의 비선형성 거동 특성 및 콘크리트의 시간 의존적 특성을 가지고 있는 복합 구조물이다. PSC 박스 교량의 시공 중 거동 특성을 고려하기 위하여 뼈대 요소(프레임 요소)를 이용한 시공단계의 설계가 수행되고 있다. 그러나 PSC 박스 교량 중 곡선램프교 등의 경우는 교량의 외측 및 내측의 변위 및 응력 값이 현저히 다르다. 따라서 PSC 박스 교량의 텐던량 및 시공 중 긴장력이 외측 및 내측에서 다르게 산정되어야 함에도 불구하고 현실적으로는 계산이 불가능하여 같은 양의 텐던과 부적절한 긴장력을 사용하고 있어 시공 중 항상 안전사고에 노출되고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 3차원 해석이 필수적으로 요구되고 있으며 본 연구에서는 PSC 박스 교량의 해석 기법에 필요한 준 적합 쉘 요소를 제안하고자 한다.

본 연구는 미중부지역의 New Madrid 지역에서 일반적으로 존재하는 다경간 PSC 교량의 지진거동을 평가하였다. 지진 해석은 비선형 교량모델과 인공지진파를 사용하여 수행하였으며, 인공지진파는 50년 동안 발생확률이 10%와 2%의 두 가지 수준을 사용하였다. 10%의 지진파에 대해서는 해석교량은 양호한 응답을 보였으나, 2%의 지진파에 대해서는 비선형 거동을 보이면 응답이 좋지 않았다. 바닥판사이의 충돌로 인하여 기둥의 요구량이 증가하였으며 교량받침의 파손이 발생하였다. 또한 PSC 거더를 연속화하면 매우 만족한 응답의 개선효과가 있었으며, 이러한 연속화는 유지보수의 절감 및 사하중에 의한 모멘트의 감소를 위해서 일반적으로 행해지는 것이다.

이 연구는 2경간 연속 PSC-Beam 교량의 경간 내측 지지점의 바닥판에서 발생할 수 있는 균열의 제어에 관한 내용을 다루고 있다. PSC-Beam 교량은 주형인 PSC-Beam을 거치시킨후 바닥판을 현장타설 콘크리트로 시공된다. 이로 인하여 주형 콘크리트와 바닥판 콘크리트의 시간의존적 거동차이, 주형의 연속화에 따른 거동 등에 의하여 부모멘트가 가장 크게 걸리는 지점부에서 균열이 쉽게 발생된다. 따라서 이 논문에서는 2경간 연속 PSC-Beam 교량의 연속화에 따른 거동을 수치적 방법으로 해석하여 지점부 바닥판의 균열거동이 예측되었다. 이를 위하여 해석모델에는 콘크리트의 시간의존적 현상인 크리프와 건조수축이 고려되었으며, 2경간 연속 PSC-Beam 교량의 거동에 영향을 나타내는 여러 가지 인자가 고려되어 해석되었다. 끝으로 콘크리트의 모델식을 이용하여 지점부 균열을 억제하기 위한 현장에서 관리가능한 방안이 수치적으로 제안되었다.

본 논문에서는 신뢰적인 PSC 교량 내하성능 평가 기법 제안을 위해 PSC 교량 해석 모델을 이용한 구조물의 거동 양상을 분석하고 교량의 실제 변형률 데이터를 반영한 교량의 거더별 긴장력 손실량 유추 및 활용을 위해 PS 텐던의 긴장력 손실에 따른 교량의 응력 이완 패턴을 도출한다. 그리고 실제 교량의 계측 변형률에 큰 비중을 차지하는 온도구 배의 영향을 적절하게 제거해 긴장력에 의한 변형률 데이터를 추출한다.

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.

Post-tension system was applied most PSC bridges in Korea. Also Grouting was applied to prevent corrosion of the strand. For this reason, it is difficult to inspection the condition of the strand after completion. Therefore, in this paper, the Nondestructive testings(NDTs) developed at domestic and foreign was investigated. In addition, the current level and limit of the NDTs were analyzed considering the existing bridge environment. As a result of the study, Strand condition inspection using NDTs have been analyzed to have technical and environmental limitations.

In this paper, the finite element model updating method of the PSC bridge based on the static and dynamic data is verified through field experiment. The proposed method consists of two steps. First, update the rotational stiffness of the supports using the deflection and rotational displacement measurements that occur when the moving loads pass through the bridge. The stiffness of each member is updated by using the dynamic characteristics estimated from the acceleration measured by the ambient vibration test. The finite element model updated by the proposed method can predict the static and dynamic behavior of actual bridges through field experiment.

고속철 PSC 교량받침의 장기 마찰시험은 EN1337-2와 CUAP03.01/78기준을 기반으로 동일한 수직압력에 대한 온도변수별 누적 마찰거리 25,000 m 장기마찰시험을 수행하였다. 기존의 PTFE판은 우수한 마찰계수 결과에도 불구하고 10,000 m에서 손상되어 한계 내구성능을 나타 내었고, 반면에 DP-Mate판은 일부 온도구간에서 한계 마찰계수를 상회하였으나 성공적으로 장 기마찰시험을 만족시켰다. 개발된 마찰시험장치를 이용하여 온도변화(-35℃~70℃)내 저속(0.4 mm/s)시험 12 Cycle과 상온 고속(15 mm/s)시험 11 Cycle 을 32 일간 수행하였다.

In order to prevent tendon from corrosion and to provide a sufficient bond between tendon and concrete, post-tensioning grout has been used. But, the normal mixture with w/c ratio of 0.40 and add the expansive agent for 1% was not support for specification(BS EN 445) compliance. Thus, it should add some supplementary cementitious materials to improve the properties. Therefore, based on this test result, not only evaluation of bleeding, volume change, fluidity, and compressive strength, but also estimation of the shrinkage of post-tensioning grout under restrained condition remains as a pressing need.

Recently, Korea Bridge Design Code(KBDC) adapts to the Limit State Design method(L.S.D) in 2012 according to the liberalization of construction market and the flow of international standardization of the design criteria. However, Korea Infrastructure’s Safety Inspection Guideline(KISIG) are still following the bridge safety evaluation applying the A.S.D and U.S.D methods. In this study, introduction of PSC bridge safety evaluation with L.S.D considered the traditional safety evaluation compared to the ASD and USD methods.

고속철 PSC 교량 마찰받침의 내구성 평가를 위하여 해당국내 기준의 미비로 DIN EN 1337-2 과 CUAP 기준을 적용하여 마찰판의 5000 m 이동거리에 대한 마찰 시험을 수행하였다. 적용온도와 이동속도에 따라 마찰계수를 계측하고 기준에서 요구된 상한 한계와 비교하여 고속 주행으로 발생하는 증가된 이동거리에 대한 적합한 내구성 평가기준과 실험방법을 개발하고자한다.

In prestressed concrete (PSC) which is adopted in a wide variety of civil engineering structures, including bridges and nuclear power plants bridges, structural damage such as concrete cracks is related to the shift of the neutral axis due to the loss of tendon forces. As such, monitoring the tendon force is important to maintain PSC bridges and prolong its remaining life. However, measuring the tendon force of PSC bridges in service is challenging. The direct measurement using load cells is often impractical for in-service PSC bridges; indirect estimation approaches using vibration responses are developed as alternatives to the direct measurement. The vibration-based approaches typically use modal properties such as natural frequencies; however, the fact that the frequency change due to the prestress force is generally insignificant compared to temperature effects has degraded the applicability of the vibration-based methods to the real world problems. This study proposes a multimetric data fusion algorithm using acceleration and strain measurements to monitor the prestress force change. Laboratory-scale testing using a 6 meter simply supported prestressed concrete beam is conducted to verify the efficacy of the proposed approach using the data fusion.

Dynamic analysis of PSC box bridge bearings for high-speed KTX train vehicles has been carried out to evaluate a running safety of train. Improved numerical models of bridge/vehicle and interaction between bridge and train are adopted, where bending and torsional modes are considered. Dynamic/static sliding distances of the bearings according to the KTX running speed are proved as a major parameter rather than the AASHTO and EN1337-2 focused on the distance by temperature variations.