본 연구는 철도교 노후화에 따른 열차운행 중 신속 교체 및 재난·재해에 대한 급속 시공을 통하여 공기단축 및 시공성 확보로 국민의 사회적·경제적 피해를 최소화하고자 한다. 철도교 개량 등에서 필 수적인 8철도하로교 시공고도화 및 성능향상9을 위하여 신속 교체와 성능향상이 가능한 강합성 철도하 로교 설계·제작·시공 기술을 개발하고자 한다. 또한, 개발하고자 하는 강합성 하로교의 경우 철도교뿐 만 아니라 도로교에서 적용하고자 하며, 철도교는 상부구조가 단경간 형식으로 이루어지고 있어 철도 교 사용성 검토에 큰 문제가 없으나 도로교의 경우 바닥판 연속화를 고려 중에 있어, 이에 대한 온도 및 부모멘트 등 여러 문제점을 검토하였다. 상로교의 경우 다수의 거더에 의해 바닥판이 지지되므로 PS의 중요성이 부각될 수 없지만, 하로교의 바닥판은 양단 거더에 의한 고정지지이므로 RC구조 적용 이 어려워, 강합성 또는 PSC 공법을 일반적으로 적용한다. 기존 강합성 구조는 비용, 공기 측면에서 지양하고 PSC 구조의 가로보 및 바닥판과 강재 거더를 합성한 하로교를 개발하고자 한다.

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 study investigates the torsional behavior within the geometric range of the curved PSC bridge designed and constructed in the recent work. Compared with the design specifications for torsion on the Korean Highway Bridge Design Specification(2010), the reasonable torsional reinforcement design criteria are reviewed and proposed for curved PSC girder. A numerical study investigates the torsional behavior of a curved PSC box girder. From the study on the geometrical shape of the curved beam and the torsion caused by the eccentric load of the vehicle load in this study, the following results were derived: the design criteria for diaphragm and crossbeam as presented in the current Korean Highway Bridge Design Specifications (2010 & 2015) are based on the single PC box bridge applied by the FCM or ILM method, therefore the criteria is very conservative about the multi-box girder bridge type bridge in this study.

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.

이 연구의 목적은 중공 프리캐스트 세그먼트 PSC 교각의 성능을 파악하는데 있다. 제안된 중공 프리캐스트 교각 시스템은 현장에서의 작업을 줄이고 공사기간의 단축을 가져올 수 있다. 공사기간의 단축은 교통차단이나 교통우회가 필요한 공사의 안전성과 경제성에 직결된다. 2개의 중공 프리캐스트 세그먼트 PSC 교각 실험체에 일정 축하중 하에서 횡방향 반복하중을 가하는 준정적 실험을 수행하였다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 제안된 해석기법은 조사된 실험체에 대하여 하중단계에 따라 성능을 비교적 정확하게 예측하였다.

이 연구는 지진하중을 받는 프리캐스트 세그먼트 PSC 교각의 지진거동을 파악하는데 그 목적이 있다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST(Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology)이다. 사용된 부착 또는 비부착 텐던요소는 유한요소법에 근거하며 프리스트레스트 콘크리트 부재의 콘크리트와 텐던의 상호작용을 구현할 수 있다. 그리고 수정된 접합요소는 세그먼트 접합부의 비탄성거동을 예측할 수 있다. 동적 평형방정식의 해는 HHT(Hilber-Hughes-Taylor) 법에 의한 수치적분으로 구하였다. 제안된 해석기법은 수치예제에 대하여 입력지진파에 따른 지진거동을 비교적 정확하게 예측하였다.

이 연구의 목적은 P-delta 영향을 고려한 프리캐스트 세그먼트 PSC교각의 성능을 파악하는데 있다. 개발된 프리캐스트 세그먼트 PSC교각 실험체에 일정 축하중 하에서 횡방향 반복하중을 가하는 준정적 실험을 수행하였다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 비교적 큰 압축하중과 함께 지진하중과 같이 큰 규모의 횡하중으로 인한 대변위 문제를 고려할 수 있도록 Total Lagrangian 정식화 기법을 사용하였다. 이 연구에서는 반복하중을 받는 프리캐스트 세그먼트 PSC교각의 실험적, 해석적 결과를 제시하였다.

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 최적설계 프로그램에 의해 PSC 박스 거더교를 최소경비로 자동 설계하고, 이를 다양한 Type의 교량 형식에 적용하여 강교나 콘크리트교량에 사용되는 일반적인 사항들이 PSC 교량에 어느 정도 부합이 되는지 검토하였다. 즉 연속교에서 부등 경간 분할교량과 등경간 분할교량을 비교하여 적정한 부등 경간 분할 비율을 산정하였고, 시대별ㆍ시방서별로 달리하는 하중계수가 PSC 박스 교량의 최적설계에 미치는 영향을 검토하였다. 또한 철근 콘크리트 교량 및 강교에 미관적으로 수려하고 재료 절감에 효과를 보이는 변단면을 PSC-박스형 거더교에 적용하여 보았다. 사용된 최적설계 프로그램은 축차 무제약 최소화 기법을 이용하였고, 설계과정에서 설계점들이 설계가능 영역밖에 있더라도 허용할 수 있도록 Kavlie가 제안한 확장 벌칙함수를 도입하였다. 또한 설계점들의 탐사 방법은 Powell's direct search method를 사용하며, 설계시간을 단축시키기 위해 설계점 변화에 따른 단면력 변화를 gradient를 이용하여 근사화 시키는 방법을 사용하였다.

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.

이 연구에서는 정적 변위를 사용하는 유전자 알고리즘을 이용한 교량의 유한요소해석모델 개선 기법을 제안하며, PSC 거더교를 대상으로 한 실증시험 데이터를 이용하여 제안된 방법을 검증하였다. 실증 재하시험으로 정적재하시험과 의사정적재하시험을 수행하였으며, 각 재하시험의 계측 데이터를 이용하여 대상교량의 유한요소해석모델 개선을 진행하였다. 최종적으로 의사정적재하시험의 계측 데이터를 통해 개선된 모델을 이용하여 공용 내하력평가를 수행하였다. 내하력평가에는 현 도로교설계기준과 구 도로교설계기준, AASHTO LRFD의 설계 활하중을 이용하였으며, 각 설계기준 별 내하력평가 결과를 비교하였다.

The purpose of this research is to develop nondestructive equipment using magnetic flux leakage(MFL) principle and to confirm the accuracy of the equipment. The equipment consist of a magnetization part, a sensor part, and a data storage part. The parameters of specimens for equipment verification are the length and the area of flaws. It was confirmed that the equipment accurately probed the locations of the flaws in the specimens, and grout had little effect on the results of the test.

본 논문에서는 레이저기반 응력측정을 위한 비접촉식 로드셀을 개발을 위하여, 실내실험을 통하여 기술을 검증하고, 실규모 실험을 통하여 문제점을 파악하였으며, 최종적으로 현장적용에 적합한 응력측정용 비접촉식 로드셀 프로토타입을 개발하였다. 이를 위하여, 중심공 압축 타입의 로드셀 제작에 사용되는 로드셀 몸체 표면에 용사코팅기술을 이용하여 알루미나를 도포하고, 레이저를 기반으로한 압분광법을 이용하여, 비접촉식으로 응력을 계측하였다. 이때, 인가되는 응력과 스펙트럼 이동간의 관계가 선형임을 확인하였다. 해당 기술의 현장 적용성 확인을 위하여, 실규모 프리스트레스 콘크리트 시편을 제작하고, 레이저를 조사하여 인가된 응력을 확인하는 과정에서, 반복적인 상황 하에서 레이저 조사 위치가 동일해야 함을 확인하였다. 이를 보완하기 위하여 프로브를 고정할 수 있는 케이싱이 포함된 로드셀 프로토타입을 제작하였고, 실내일축압축시험을 통하여 압축력과 스펙트럼 이동간의 선형성을 확인하였다. 따라서, 본 연구를 통하여 개발된 비접촉식 로드셀을 이용하여, 압축력을 효과적으로 측정할 수 있을 것으로 기대된다.

This paper aims to develop the AE non-destructive testing equipment and signal analysis method for external tendon of PSC (Pre-Stressed Concrete) bridge. The AE NDT equipment, which has developed in this research, is composed of AE sensor, signal receiver, hitting device, driving part and main frame. Defective and non-defective specimens, designed to emulate signal characteristics for external duct with void(25%, 50% and 100%) or not, were constructed and tested to verify the effectiveness of AE NDT equipment. Test results and AE parameters comparisons between defective and non-defective specimens are presented.