국내 고속도로 콘크리트 포장은 주로 줄눈 콘크리트 포장(JCP) 형식으로 시공되어 줄눈부 파손에 따른 유지관리 부담이 지속되고 있으며 이를 보완하기 위해 연속철근 콘크리트 포장(CRCP)이 확대 적용되고 있다. 하지만 기존의 노후화된 JCP를 CRCP로 전환하는 기술에는 한계가 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 공용성과 시공성을 동시에 확보하기 위해 CRCP 형 식과 프리캐스트 콘크리트 포장 공법을 접목한 프리캐스트 CRCP 슬래브를 설계하였다. 슬래브 내부의 철근비를 0.68%로 설계하여 배근하였으며 타이바 포켓은 슬래브 측면 중앙부에 배치하도록 설계하였다. 유한요소해석과 모멘트 분포 분석을 수행하여 슬래브 상부에 최적 인양 위치를 선정하였으며 매립형 인양 장치를 배치하였다. 또한 그라우트 주입구는 차선 기 준으로 슬래브 외곽부 중앙에 위치하도록 설계하였다. 슬래브의 연결부는 덮개 형식으로 구성하였으며 상부 덮개에는 앵커 를 설치하여 그라우트의 탈락을 방지하였다. 연결부에는 연속철근을 노출시켜 인접되는 슬래브와의 거동이 일체화되어 CRCP의 특성을 발휘하도록 설계하였다.

최근 도로 포장 분야에서는 시공성과 공용성 확보를 위해 모듈러 형식의 프리캐스트 콘크리트 포장 공법을 적용하는 추 세이다. 프리캐스트 콘크리트 포장은 사전 제작한 슬래브를 현장에서 조립 및 시공함으로써 시공 시간을 단축할 수 있어 장 기간 교통통제가 어려운 구간의 신속한 유지보수에 활용되고 있다. 국내에서는 도심지 버스정류장을 중심으로 적용 사례가 증가하고 있으나 고속도로에 적용된 사례는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내 고속도로 환경에 적합한 프리캐스트 콘크리트 포장 시공 방안을 마련하기 위해 시험시공을 수행하고자 줄눈 콘크리트 포장(JCP) 형식의 프리캐스트 슬래브를 설 계 및 제작하였다.

본 연구는 일본 나고야시 도심지 교차로에 적용된 프리캐스트 콘크리트 포장을 대상으로 현장 조사를 수행하여 연결 방 식에 따른 구조적 특성과 손상 유형을 분석하였다. 조사 결과, 해당 지역에는 다웰바와 타이바를 이용한 연결 방식과 코터 식 조인트 방식이 적용된 것을 확인하였다. 공용 상태 분석 결과, 다웰바 방식에서는 줄눈부 스폴링 등 일반적인 줄눈 콘크 리트 포장의 손상이 나타났으며 코터식 조인트 방식에서는 그라우트 홀 주변의 미세 파손만이 확인되었다. 본 연구에서 확 인된 손상은 포장의 구조적 성능 및 주행 안전성에 영향을 미치지 않는 경미한 수준으로 분석되었다. 또한, 프리캐스트 슬 래브 간 단차는 관찰되지 않아 평탄성이 우수한 것으로 판단되었으며 이는 도심지 콘크리트 포장의 장기공용성 확보에 긍정 적으로 작용할 것으로 기대된다.

국내 고속도로에 적용된 콘크리트 포장은 오랜 공용기간으로 인해 노후화되어 유지보수가 필요한 구간이 증가하고 있다. 이러한 구간의 유지보수를 위해 국외에서는 프리캐스트 콘크리트 포장 공법을 사용하여 노후화된 구간을 보수하고 있으며 국내 고속도로에도 프리캐스트 포장의 적용이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 고속도로 환경에 적합한 프리캐스트 콘크리 트 포장의 시공 방안 개발을 목적으로 현장 조사를 수행하여 시험시공 계획을 수립하였다. 시험시공 구간은 서해안 고속도 로 비봉 영업소 구간의 화물차 전용 차로로 선정하여 수차례의 현장 조사를 수행하였다. 현장 조사 결과, 시험시공에 적용 될 슬래브의 제원은 연장 3.0m, 폭 5.1m, 두께 0.29m로 선정하였으며 CRCP 형식과 JCP 형식으로 프리캐스트 포장을 구성 하는 시험시공 계획을 수립하였다.

국내의 도심지 도로는 대부분 시공 후 신속하게 개통할 수 있는 연성포장인 아스팔트 포장으로 시공되어 있다. 그러나 도심지 특성상 인구 밀도의 집중으로 인해 대중교통인 버스의 교통량이 증가하여 중앙버스정류장에 시공된 아스팔트 포 장에 피로하중이 쌓여 심각한 포장 파손이 자주 발생한다. 서울시에서는 최근에 중앙버스정류장의 포장 파손을 억제하기 위해 아스팔트 포장을 콘크리트 포장으로 신속하게 전환할 수 있는 프리캐스트 콘크리트 포장(Precast concrete pavement)을 중앙버스정류장에 적용하고 있다. 본 연구에서는 시공된 중앙버스정류장 중 가장 오랜 기간 공용한 구간을 선정하여 현장 조사를 수행하였으며 프리캐스트 콘크리트 포장의 공용상태와 손상 형태 및 유형을 분석하였다. 현장 조 사를 수행한 중앙버스정류장은 연장이 72m이며 12개의 패널로 구성되어 있다. 현장 조사를 통한 분석 결과 접속부에서 는 아스팔트 포장에 소성변형 및 균열 등의 손상이 관찰되었으며 본선의 경우 그라우트 홀의 균열 또는 탈락, 패널의 균 열 등이 손상 유형으로 분석되었다. 또한, 줄눈부에서는 스폴링 및 단차 등이 손상 유형으로 확인되어 일반적인 현장타 설 줄눈 콘크리트 포장의 손상 유형과 유사한 것을 알 수 있었다.

도심지에서는 증가하는 교통량으로 인해 지상에서 지하로 교통 시설을 확대하고 있다. 지하에 교통 시설물을 시공할 경 우 기존 도로를 굴착한 후에 지하 시설물을 시공하는 동안에 임시통행판을 사용하여 기존 도로의 역할을 대체하도록 하 고 있다. 이러한 임시통행판은 대부분 철재를 사용하고 있으며 표면에 아스팔트, 콘크리트 등 다양한 재료를 적용하여 사용하기도 한다. 본 연구에서는 콘크리트 슬래브를 임시통행판으로 적용하고 있는 사례를 조사하기 위해 미국 로스앤젤 레스 지역의 콘크리트 임시통행판이 설치된 구간에 대한 현장 조사를 실시하였으며 구성 요소와 손상 유형을 분석하였 다. 콘크리트 임시통행판의 주요 구성 요소로는 각각의 임시통행판을 연결해주는 연결부와 프리캐스트 콘크리트 임시통 행판을 인양할 수 있는 인양장치 체결부 등을 들 수 있다. 조사 구간은 하부의 보 구조 위에 프리캐스트 콘크리트 임시 통행판을 배치하였으며 연결부와 인양 장치 체결부를 그라우트로 채우는 방식으로 시공된 것으로 분석되었다. 손상 유형 을 분석한 결과, 차량 통행으로 인해 연결부와 인양장치 체결부의 그라우트 재료가 탈락되어 빈 공간이 보이는 부분이 많았으며 이러한 부분을 아스팔트 혼합물로 충진하여 사용하고 있었다. 또한, 콘크리트 임시통행판에 균열이 발생한 경 우도 조사되었다.

In this study, the SBC system, a new mechanical joint method, was developed to improve the constructability of precast concrete (PC) beam-column connections. The reliability of the finite element analysis model was verified through the comparison of experimental results and FEM analysis results. Recently, the intermediate moment frame, a seismic force resistance system, has served as a ramen structure that resists seismic force through beams and columns and has few load-bearing walls, so it is increasingly being applied to PC warehouses and PC factories with high loads and long spans. However, looking at the existing PC beam-column anchorage details, the wire, strand, and lower main bar are overlapped with the anchorage rebar at the end, so they do not satisfy the joint and anchorage requirements for reinforcing bars (KDS 41 17 00 9.3). Therefore, a mechanical joint method (SBC) was developed to meet the relevant standards and improve constructability. Tensile and bending experiments were conducted to examine structural performance, and a finite element analysis model was created. The load-displacement curve and failure pattern confirmed that both the experimental and analysis results were similar, and it was verified that a reliable finite element analysis model was built. In addition, bending tests showed that the larger the thickness of the bolt joint surface of the SBC, the better its structural performance. It was also determined that the system could improve energy dissipation ability and ductility through buckling and yielding occurring in the SBC.

Due to the recent increase in domestic seismic activity and the proliferation of PC structure buildings, there is a pressing need for a fundamental study to develop and revise the design criteria for Half-PC slabs. In this study, we propose criteria for determining the rigid diaphragm based on the aspect ratio of Half-PC slabs and investigate the structural effects based on the presence of chord element installation. This study concluded that Half-PC slabs with an aspect ratio of 3.0 or lower can be designed as rigid diaphragms. When chord elements are installed, it is possible to design Half-PC slabs with an aspect ratio of 4.0 or lower as rigid diaphragms. In addition, the increase in the aspect ratio of the Half-PC slab leads to a decrease in the in-plane stiffness of the structure, confirming that the reduction effect of the maximum displacement in force direction (max ) due to the increase in wall stiffness is predominantly influenced by flexibility.

Code-compliant seismic design should be essentially applied to realize the so-called emulative performance of precast concrete (PC) lateral force-resisting systems, and this study developed simple procedures to design precast industrial buildings with intermediate precast bearing wall systems considering both the effect of seismic and blast loads. Seismic design provisions specified in ACI 318 and ASCE 7 can be directly adopted, for which the so-called 1.5S y condition is addressed in PC wall-to-wall and wall-to-base connections. Various coupling options were considered and addressed in the seismic design of wall-to-wall connections for the longitudinal and transverse design directions to secure optimized performance and better economic feasibility. On the other hand, two possible methods were adopted in blast analysis: 1) Equivalent static analysis (ESA) based on the simplified graphic method and 2) Incremental dynamic time-history analysis (IDTHA). The ESA is physically austere to use in practice for a typical industrial PC-bearing wall system. Still, it showed an overestimating trend in terms of the lateral deformation. The coupling action between precast wall segments appears to be inevitably required due to substantially large blast loads compared to seismic loads with increasing blast risk levels. Even with the coupled-precast shear walls, the design outcome obtained from the ESA method might not be entirely satisfactory to the drift criteria presented by the ASCE Blast Design Manual. This drawback can be overcome by addressing the IDTHA method, where all the design criteria were fully satisfied with precast shear walls’ non-coupling and group-coupling strength, where each individual or grouped shear fence was designed to possess 1.5S y for the seismic design.

This study presents code-compliant seismic details by addressing dry mechanical splices for precast concrete (PC) beam-column connections in the ACI 318-19 code. To this end, critical observations of previous test results on precast beam-column connection specimens with the proposed seismic detail are briefly reported in this study, along with a typical reinforced concrete (RC) monolithic connection. On this basis, nonlinear dynamic models were developed to verify seismic responses of the PC emulative moment-resisting frame systems. As the current design code allows only the emulative design approach, this study aims at identifying the seismic performances of PC moment frame systems depending on their emulative levels, for which two extreme cases were intentionally chosen as the non-emulative (unbonded self-centering with marginal energy dissipation) and fully-emulative connection details. Their corresponding hysteresis models were set by using commercial finite element analysis software. According to the current seismic design provisions, a typical five-story building was designed as a target PC building. Subsequently, nonlinear dynamic time history analyses were performed with seven ground motions to investigate the impact of emulation level or hysteresis models (i.e., energy dissipation performance) on system responses between the emulative and non-emulative PC moment frames. The analytical results showed that both the base shear and story drift ratio were substantially reduced in the emulative system compared to that of the non-emulative one, and it indicates the importance of the code-compliant (i.e., emulative) connection details on the seismic performance of the precast building.

For fast-built and safe precast concrete (PC) construction, the dry mechanical splicing method is a critical technique that enables a self-sustaining system (SSS) during construction with no temporary support and minimizes onsite jobs. However, due to limited experimental evidence, traditional wet splicing methods are still dominantly adopted in the domestic precast industry. For PC beam-column connections, the current design code requires achieving emulative connection performances and corresponding structural integrity to be comparable with typical reinforced concrete (RC) systems with monolithic connections. To this end, this study conducted the standard material tests on mechanical splices to check their satisfactory performance as the Type 2 mechanical splice specified in the ACI 318 code. Two PC beam-column connection specimens with dry mechanical splices and an RC control specimen as the special moment frame were subsequently fabricated and tested under lateral reversed cyclic loadings. Test results showed that the seismic performances of all the PC specimens were fully comparable to the RC specimen in terms of strength, stiffness, energy dissipation, drift capacity, and failure mode, and their hysteresis responses showed a mitigated pinching effect compared to the control RC specimen. The seismic performances of the PC and RC specimens were evaluated quantitatively based on the ACI 374 report, and it appeared that all the test specimens fully satisfied the seismic performance criteria as a code-compliant special moment frame system.

This study presents a dry precast concrete (PC) beam-column connection, and its target seismic performance level is set to be emulative to the reinforced concrete (RC) intermediate moment resisting frame system specified in ACI 318 and ASCE 7. The key features include self-sustaining ability during construction with the dry mechanical splicing method, enabling emulative connection performances and better constructability. Test specimens with code-compliant seismic details were fabricated and tested under reversed cyclic loading, which included a PC beam-column connection specimen with dry connections and an RC control specimen. The test results showed that all the specimens failed in a similar failure mode due to plastic deformations in beam members, while the hysteretic response curve of the PC specimen showed comparable and emulative performances compared to the RC specimen. Seismic performance evaluation was quantitatively addressed, and on this basis, it confirmed that the presented system can fully satisfy all the required performance for the intermediate RC moment resisting frame.

A new clamped mechanical splice system was proposed to develop structural performance and constructability for precast concrete connections. The proposed mechanical splice resists external loading immediately after the engagement. The mechanical splices applicable for both large-scale rebars for plants and small-scale rebars for buildings were developed with the same design concept. Quasi-static lateral cyclic loading tests were conducted with reinforced and precast concrete members to verify the seismic performance. Also, shaking table tests with three types of seismic wave excitation, 1) random wave with white noise, 2) the 2016 Gyeongju earthquake, and 3) the 1999 Chi-Chi earthquake, were conducted to confirm the dynamic performance. All tests were performed with real-scale concrete specimens. Sensors measured the lateral load, acceleration, displacement, crack pattern, and secant system stiffness, and energy dissipation was determined by lateral load-displacement relation. As a result, the precast specimen provided the emulative performance with RC. In the shaking table tests, PC frames’ maximum acceleration and displacement response were amplified 1.57 - 2.85 and 2.20 - 2.92 times compared to the ground motions. The precast specimens utilizing clamped mechanical splice showed ductile behavior with energy dissipation capacity against strong motion earthquakes.

The paper introduces an experimental program for the newly developed vertical joints between Precast Concrete (PC) walls to improve their in-plane shear capacity. Compared to the existing vertical joints, two types of vertical joints were developed by increasing the transverse reinforcement ratio and improving frictional force at the joint interface. A total of four specimens including the Reinforced Concrete (RC) wall and PC walls with developed vertical joints were designed and constructed. The constructed specimens were experimentally investigated through monotonic shear tests. The observed damage, load-deformation relationship, strain and strength are investigated and compared with the cases of RC wall specimen. Experimental results indicate that the maximum force and initial stiffness of the PC wall with proposed vertical joints were decreased by comparing with those of RC wall. However, the ultimate displacement increased by up to 217.30% compared to the RC wall specimen. In addition, brittle failure did not occurred and relatively few cracks and damages occurred.