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.

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.

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.

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 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.

교량은 사회간접시설물의 핵심이 되는 도로의 주요 시설물이므로 공용기간 동안 안정성과 사용성이 확보될 수 있도록 건설되며, 교량의 안전성 확보를 위하여 현재 상태에서 건전성을 평가하는 것은 유지관리 업무에서 중요한 과제이다. 일반적으로 교량의 내하력 평가를 위해 차량재하시험을 통하여 횡분배윺을 측정함으로써 교량의 중첩거동 및 대칭거동을 확인할 수 있다. 그러나 공용중인 교량의 횡분배율을 측정하기 위하여 정적재하시험을 수행하고 있으며 교통통제의 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 동적재하시험 및 상시진동시험에서 측정 된 교량의 변위응답 데이터를 경험적 모드분해기법을 이용하여 정적 성분의 변위를 추출하였다. 추출된 정적 성분의 변위를 이용하여 횡분배 율을 추정하였으며, 정적재하시험에서 측정된 횡분배율과 비교하였다.

In this study, the static displacement component of bridges measured in the ambient vibration test were extracted by using mode decomposition technique. The lateral load distribution was estimated using the extracted static displacement component and compared with the lateral load distribution factor measured in the static loading test.

철도교량의 경제성 확보를 전제로 PSC I형 거더의 장경간화 추세는 근간에 가장 활발히 진행되고 있는 연구이며, 이에 따른 교량의 강성확보를 위한 거더의 효율적인 기하형상 선정은 우선시 되어야할 과제이다. 본 연구에서는 회전반경과 휨효율을 기반으로 확장된 상부플랜지의 거더 단면을 선정하였으며, 본 거더가 적용된 경간장 25m, 30m, 35m, 40m PSC I형 거더교를 대상으로 수치해석을 수행하여 국내 및 국외의 동적성능 기준과의 부합여부를 검증하였다. 또한 경간장 40m PSC I형 거더의 동적성능을 상대적으로 비교하기 위해서 현재 호남고속철도에서 적용된 40m PSC Box 거더교를 대상으로 동적 해석을 수행하였고 KTX열차와 화물열차 주행 시의 동적안정성을 수치해석적으로 검토하여 국내 및 국외의 동적 안정성 기준과 부합여부를 검토하였다. 추가로 표준열차하중과 충격계수를 고려하여 정적해석을 수행하고 한계치와의 부합여부를 분석하였다. 그 결과, 검토대상 PSC I형 거더 철도교는 모든 항목에서 국내 철도교량 관련 정적, 동적안정성 기준치를 만족하는 것으로 분석되었다.

This paper presents the optimized design of PSC Girder Railway bridges using 2,160/2,400MPa PS strand and their economic benefits. Original structural design on the bridges using 1860MPa was reviewed in order to compare the values from the design with the optimization results.

Although PSC girder bridges are widely applied to highway bridge, cross beams are considered as secondary member, not primary. Using simplified and/or experimental formula, five equi-spaced cross beams are conventionally designed in the field depending on standard drawings. Since structural damages are found frequently in the connection between girder and cross beam under traffic loads, the number of cross beams are reported to decrease in design of railway bridge like highway bridge. This study presents the possibility or applicability to decrease the number of cross beams of PSC girder railway bridge.

최근 건설구조물에 대한 FRP의 활용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. FRP는 단위중량당의 강도와 강성이 기존 건설재료인 강재나 콘크리트에 비해 매우 크고, 부식에 대한 저항성이 뛰어나는 등의 여러 가지 물리적, 화학적 장점이 있다. 이러한 장점을 이용하여 FRP 외양관을 단면의 효율성을 극대화할 수 있고 경제성과 경관에 매우 효과가 큰 스트럿을 가진 PSC 박스거더교의 스트럿 부재의 피복재로 적용하고자 한다. 본 논문에서는 스트럿을 가진 PSC 박스거더에 사용되는 FRP 외양관의 적용성을 평가하기 위하여 이와 관련한 FRP 외양관의 시편실험과 FRP로 피복된 콘크리트 부재의 압축실험을 수행하였으며, 실험결과로부터 콘크리트 강도와 에너지 흡수능력 및 연성이 증진되어 스트럿 부재로써 충분한 안전성을 확보할 수 있음을 확인하였다

FRP 스트럿을 가진 PSC 박스거더 교량 구조는 기존의 PSC 박스거더를 효율적으로 변형시켜 넓어진 상부 슬래브의 캔틸레버 부분을 스트럿으로 지지하는 구조형식으로, 상부구조의 자중을 줄여 하부구조의 크기를 경감시키므로 경제적이고 미관이 뛰어난 교량 건설을 가능하게 한다. 본 연구에서는 국내에서 처음 시도되는 FRP 스트럿을 가진 PSC 박스거더의 실물모형 재하실험과 유한요소해석을 수행하여 상호 결과를 비교함으로써 FRP 스트럿을 가진 PSC 박스거더 교량 구조에서 FRP 스트럿과 스트럿 적용에 따른 상부 슬래브의 구조적 안전성에 대하여 평가하였다.

기존 USD 평가법은 단순지지 PSC I형 거더교량의 프리스트레싱 상향력을 간과함에 따라 내하력을 보수적으로 평가할 수 밖에 없는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 프리스트레싱 상향력 효과가 적용된 수정 강도설계법(MUSD)이 제안되었으며, 동일 대상교량에 대해 적용하여 기존 내하력 평가법과 비교분석하였다. 또한 활하중 계수를 이용한 비선형 FRM 해석에 의한 내하율 평가방법이 새로 제안되어 기존 실험 및 해석적인 연구와의 비교를 통해 단순지지 PSC I형 거더교량에 적용가능한 합리적인 내하력 평가방법을 제시하였다. 평가결과, 본 연구에서 제안한 MUSD 내하력 평가법은 기존 USD 평가법에 비해 단순지지 PCS I형 거더교량의 내하율을 합리적으로 평가할 수 있는 것으로 분석되었으며, 특히 비선형 유한요소 해석법에 의한 내하력 평가법은 PSC 교량구조물의 전반적인 구조거동 분석과 함께 해당 교량구조물의 내하력을 다각도로 평가할 수 있는 것으로 확인되었다.