Prestressed concrete (PSC) is a method in which prestressed tendon is placed inside and/or outside the reinforced concrete member and the compressive force applied to the concrete in advance to enhance the engineering properties of concrete member which is weak under tension. In this paper we suggested the precast PSC girder assembled with segments of portable size and weight at the factory. The segments of precast PSC girder will be delivered and assembled as a unit of PSC girder at the site. Consequently, we suggested new-type of precast segmented PSC girder with different shapes of segment cross-section (i.e., I-shape, Box-shape). To mitigate the problems associated with the field splice between the segments of precast PSC girder anchor system is attached near the neutral axis of the girder and relatively uniform compression throughout the girder cross-section is applied. Prior to the experimental investigation, analytical investigation on the structural behavior of precast PSC girder was performed and the serviceability (deflection) and safety (strength) of the girder were confirmed. In addition, 4-point bending test on the girder was conducted to investigate the structural performance under bending. From the experimental investigation, it was found that the precast PSC girder spliced with 3 and 5 segments has sufficient in serviceability and safety conditions and it was also observed that the point where the segments spliced has no defects and the girder behaves as a unit.

표준 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더교(I형 PSC 거더교)는 우리나라의 중 소 지간 교량에서 가장 많이 적용되는 교량형식이다. 이 교량 형식의 상부거더 안전성을 판단하기 위해 설계단면력을 결정할 때 유한요소법 등을 이용한 정밀한 해석보다는 설계기준들에서 제시한 활하중 분배계수나 단순화된 실용식을 일반적으로 이용하고 있다. 한편, 우리나라의 설계 실무에서 사용되는 활하중 분배계수는 대부분 외국의 연구결과나 설계기준이 그대로 반영된 것들이다. 따라서 표준 I형 PSC 거더교의 교량단면과 부재의 설계 기준강도 등을 고려한 우리나라의 설계여건에 적합한 활하증 분배계수식의 개발이 필요하였다. 본 연구에서는 활하중 분배계수식을 개발하기 위하여 교량의 폭, 지간길이, 주형간격과 차로폭 등에 대한 수많은 매개변수 해석과 민감도해석을 수행하였다. 그 결과 분배계수의 크기를 결정하는 주된 변수들로서 외측주형의 경우에는 주형간격, 내민길이와 지간길이를 선택하였다. 인접내측주형은 주형간격, 내민길이, 지간길이와 교폭으로 하였다. 내측주형은 주형간격, 교폭과 지간길이로 하였다 이어서 매개변수 해석결과들에 대한 다중선형회귀분석을 통하여 I형 PSC 거더교를 위한 활하중 분배계수식을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 활하중 분배계수식을 가지고 설계실무자들은 교량 설계시 적절한 안전율이 보장된 설계단면력을 보다 쉽게 결정할 수 있을 것이다. 또한 예비설계시에 I형 PSC 거더교의 구조적인 효율을 향상시키기 위해 필요한 반복 설계에 소요되는 설계시간을 크게 줄일 수 것으로 기대된다.

I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 활하중 분배계수식을 개발하기 위한 구조해석 모델은 해석결과의 적정성과 함께 모델링의 용이성도 동시에 가지고 있어야 한다. 그 이유는 활하중 분배계수식의 개발 과정에서 무수히 많은 횟수의 구조해석이 필요하기 때문이다. 본 연구에서는 기존 연구와 설계실무에서 사용하고 있는 모델들을 비교하여 적정한 구조해석모델을 선정하였다. 또한 수치해석과 재하시험 결과와의 비교를 통하여 방호벽과 가로보의 휨 강성이 활하중분배에 미치는 영향을 분석하였다. 연구결과로서 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 구조해석에는 편심을 반영한 거더, 방호벽 및 가로보를 바닥판에 연결시킨 모델이 해석결과의 정확성과 모델링의 편이성을 동시에 만족시키는 측면에서 적합하였다. 그러나 방호벽은 강성변화에도 불구하고 활하중분배에 미치는 영향이 미소한 것으로 분석되었다. 편심을 고려한 가로보는 휨 강성 25% 이상에서는 강성변화에 따른 영향이 적었다. 따라서 거더는 바닥판과의 편심을 고려하여 강체요소로 연결하고, 방호벽은 무시하고, 가로보는 전 단면이 유효한 것으로 가정한 상태에서 편심을 주지 않는 모델을 I형 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 활하중 분배계수식의 개발을 위한 최종 구조해석 모델로서 선정하였다.

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.

캔틸레버공법으로 가설되는 P.C 박스거더 교량에 적용할 수 있는 최적설계 기법을 개발하였다. 최적설계문제는 제약조건이 없는 비선형문제이며 해석방법은 Nelder-Mead 방법을 사용하였다. 해석결과는 국내에 기 가설되어 있는 교량들의 설계값과 비교하였으며 만족할 만한 결과를 주었다. 개발된 프로그램은 등단면교량에만 적용이 가능하고 변단면 교량에서는 사용할 수 없다.

교량 구조물 거동의 건전성 평가는 하중재하-처짐의 정적특성과 충격계수와 고유진동수 등의 동적특성으로 평가하는 것이 일반적이며, 이를 수치해석적 방법으로 비교 분석하는 것이 합리적인 방법이라 할 수 있다. 사용하중에 대한 거동은 탄성영역에서 이루어지므로 실물 구조체와 수치해석의 결과는 일체성을 보이지만, 동적특성의 경우 특히, 진동학적 분석에 있어서는 구조물의 기하형상과 사용재료의 이질성 에 기인하여 실물 구조체의 결과와 다소 차이를 보인다. 이러한 오차를 수렴시키기 위하여 본 연구는 실물 모형체의 실험결과를 바탕으로 다양한 수치해석적 모델을 제시하고 그 예민도를 분석함으로써, 교량 구조물 평가를 위한 실용적인 모델링 기법을 도출하여 안정적인 예비 해석 결과를 제공하는데 그 목적이 있다. 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 긴장재를 환산단면으로 치환한 모델을 기반으로 긴장재의 탄성적 특성을 반영한 모델과 수정된 탄성계수를 적용한 모델의 고유진동수가 실물 모형체의 그것과 가장 유사한 결과를 얻을 수 있었다.

기존 PSC I형 거더는 콘크리트의 자중, 정착구 및 긴장방식 등의 영향으로 장경간화의 적용성이 불리하였다. 이를 극복하기 위하여 PSC 거더의 복부에 중공을 도입하고 다단계 긴장을 도입함으로써 50∼70m 경간에 적용 가능한 중공 웨브 PSC I형 거더를 개발하고 실교량으로 시공하였다. 본 연구는 중공 웨브 PSC I형 거더교 현장에서 정적재하시험을 통하여 계측을 한 결과와 대상 구조물의 유한요소해석 결과를 바탕으로 비교, 분석하여 중공 웨브 장경간 PSC 거더교의 공용내하력과 안전성을 평가하였다. 본 교량의 정적재하시험과 수치해석 결과가 유사하게 나타났으며 중공 웨브 PSC I형 거더의 거동을 잘 모사하는 것으로 나타났다. 교량의 모든 거더는 설계 활하중 하에서 충분한 내하력을 확보하는 것으로 평가되었고 안전성을 확보하여 시공 결과의 적절성을 확인하였다.

Recently, concrete-steel hybrid girder is being developed to improve economic efficiency and durability. To evaluate flexural behavior of the proposed girders, 17.0m full-scale joint was fabricated and tested under vertical loading. The study was examined vertical displacement; the strain of the reinforcement; and the crack patterns in the concrete. The proposed girders was analyzed to be safe in all members.

The safety issue of PSC box Girder Bridge is being brought up to the surface. For countermeasures, we developed an extensive material testing procedures and applied it into our existing bridges. We believe that these set of newly constructed procedures are well within the reasonable mark. With that, we now foresee the necessity in systematic improvement and ample supply of its technology in order to secure the future safety of PSC box girder bridges.

The safety issue of PSC box girder bridge stood out. So, we developed material testing method and procedures and applied them to existing bridge. Consequently, We found that the procedure we developed is very reasonable.

The safety issue of PSC box Girder Bridge is being brought up to the surface. For countermeasures, we developed an extensive material testing procedures and applied it into our existing bridges. We believe that these set of newly constructed procedures are well within the reasonable mark. With that, we now foresee the necessity in systematic improvement and ample supply of its technology in order to secure the future safety of PSC box girder bridges.

PSC continuous girders have been used to improve the stability of simply supported girders. The loss of prestress is one of important factors for rational design and construction of the PSC girders. Measurements of prestress loss were conducted with the several test variables that reflect the conditions of continuous joint. Results show that the prestress loss is closely related to a eccentricity.

PSC거더교는 탁월한 안정성, 사용성 등의 특징으로 전세계적으로 가장 많이 사용되는 교량의 한 형식이다. 그러나, 긴장재 (강연선)의 시공오차나 곡률반경 등에 의하여 절곡되는 상황이 발생하는 경우가 생기며, 이는 국부적인 긴장력의 손실울 유발한다. 그러나, 일반적으로 설계와 시공과정에서는 긴장재의 국부적인 절곡으로 발생하는 긴장력의 손실에 대하여는 간과하고 있다. 이 연구에서는 PSC 거더 연속화 지점부에서 시공오차와 선형반경으로 인하여 발생하는 긴장력 손실량을 실험적으로 규명하였다. 또한, 국부적 긴장력 손실을 감소시킬수 있는 공법을 제안하고 이에 대한 효용을 실험으로 검증하였다. 실험결과에 따르면 국부적 절곡에 의해 최대 10%의 긴장손실이 나타났고, 블록아웃 공법을 통해 손실률을 최대 약 5% 감소시킬 수 있는 것으로 나타났으며, 이는 블록아웃 공법으로 연속화 교량의 긴장효율을 향상시킬 수 있음을 의미한다.

PC형교에서는 거더의 복부와 하부에 PC강선을 수용하는 쉬이스가 배치되어 있으며, 그 내부에 그라우트를 충전함으로서 PC 강선과 콘크리트를 간접적으로 부착시킨다. 그러나 이 충전이 불충분하면, 쉬이스 내부에 물이 침투하여 PC강선이 부식하거나,동결융해 작용에 의한 쉬이스 배치 위치에서의 횡방향 균열이 발생한다. 그 때문에 시공 후 조기에 미충전부를 파악하는 것이구조물의 유지관리상 중요한 요소가 된다. 본 연구에서는, 교랑 부재에 손상을 입히지 않게 하기위해 충격탄성파법을 이용하여실구조물에 대한 그라우트 미충전부 탐사측정을 실시하였다. 우선 레이더형 철근 탐사기로 철근과 쉬이스의 위치를 추정하고그 위치를 기준으로 쉬이스에서의 측정부위를 정하였다. 거더 측면에 탄성파를 입력하고 그 응답으로부터, 고주파수 피크와 두께를 나타내는 공진주파수의 2배수 주파수와의 차로서 미충전부의 위치와 충전정도를 정성적으로 추정하였다. 추정 부위에 대한 확인을 위해 거더의 측면을 천공하고 공업용 내시경에 의한 촬영을 실시하였다.