R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201717TBIP-C111156-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 장지간 바닥판 아치덱을 활용한 바닥판 일체식 저형고 PSC-I 거더교의 실용화 연구 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-04-27 ~ 2018-02-26 | |||||
| 연구책임자 | 김성재 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
8명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 130,000,000 원 기업 : 150,000,000 원 계 : 280,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 261,000,000 원 기업 : 250,000,000 원 계 : 511,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 브릿지테크놀러지 주식회사 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
전 세계적으로 다양한 형식의 교량이 건설되어 공용되고 있으며, 현재도 보다 경제적이고, 효율적인 교량 건설을 위해 기존의 교량형식들을 개선, 발전시키려는 노력이 끊임없이 진행되고 있다. 그 중 PSC-I형 거더 형식의 교량은 경제성과 안정성이 우수한 형식으로 국내뿐 아니라 전 세계에서 가장 보편적으로 사용되고 있는 교량 공법중 하나이다. 신청 기술은 PSC-I형 거더의 상면 일부가 바닥판 높이까지 확장된 형상으로 단면의 효율성을 극대화 하였고, 거더 사이의 바닥판 설치를 위해 아치(Arch) 형상의 하프덱(half deck)을 적용하며, 상부플랜지와 복부의 접합부에도 아치 형상을 도입하여 바닥판의 지간 길이를 확장 가능하게 함으로써 거더 본수의 감소 및 형고 최소화를 통한 경제성을 확보할 수 있는 공법이다. 기존의 개량형 PSC-I형 교량형식에서 많이 적용하고 있는 2차 긴장 및 강판보강 등의 공정도 없기 때문에 공사금액 측면에서 경쟁력을 확보할 수 있다. 국내의 경우 PSC-I형 거더에 대한 연평균 총공사비가 약 4,000억원으로 추산되는데, 시장의 대부분을 점유하고 있는 개량형 PSC-I 거더 공법을 신청기술로 대체할 경우 약 10%의 총공사비 감소가 예상되므로 건설 예산 측면에서 상당한 절감이 예상된다. 아치덱은 기존의 프리캐스트 반단면 바닥판과 달리 거더와의 연결 구조를 개선하여 단순보 거동이 아닌 아치 거동을 하게 되어 바닥판 타설(하중으로 작용) 시 구조 효율을 높일 수 있는 요소기술이다. 또한 바닥판 주철근의 연결에 대한 시공성과 경제성을 향상시키기 위해 그립(grip)형 커플러의 국내 적용 방안도 함께 검토될 계획이다. 연구개발은 아치덱과 아치덱 거더에 대한 상세해석을 통한 최적단면을 산정하고, 바닥판 및 바닥판과 거더의 연결부에 대한 검증 실험을 거쳐, 전체 시스템에 대한 내하력 평가를 계획하고 있다. 검증 결과를 바탕으로 구조설계시스템·설계표준화 기술 및 현장 적용 방안 등에 대한 검토를 수행할 예정이다. [최종목표] 거더와 바닥판이 분리되어 있는 기존 PSC-I 거더 형식의 구조를 개선하여 바닥판의 일부분을 거더에 일체화시켜 거더의 단면 강성과 프리스트레스 효율을 증가시키고, 횡단면상의 아칭 효과를 통해 거더의 본수를 감소할 수 있는 구조 기술 개발을 통해 초기공사비용 10%의 절감을 목표로 하고 있다. 이를 실현하기 위한 단계별 목표는 다음과 같다. - 아치덱을 적용한 바닥판 일체식 PSC-I 거더의 설계기법 유효성 검토 및 제작성을 고려한 최적 단면 산정 - 아치덱의 정밀해석과 시공방안 확립 - 아치덱 및 아치덱과 거더 연결부 검증실험을 통한 요소 기술 개발 - 아치덱 거더에 대한 해석 및 구조실험을 통한 성능 검증 - 설계 예제 및 시공지침 개발 또한 연구개발 이후의 기술 상용화를 통해 5년 후 시장 점유율 10%(연간 총공사비 기준 400억원)을 목표로 하고 있다. [연구내용 및 범위] 신청 기술은 PSC-I형 거더의 상면 일부가 바닥판 높이까지 확장된 형상으로 단면의 효율성을 극대화 하였고, 거더 사이의 바닥판 설치를 위해 아치(Arch) 형상의 하프덱(half deck)을 적용하며, 상부플랜지와 복부의 접합부에도 아치 형상을 도입하여 바닥판의 지간 길이를 확장 가능하게 함으로써 거더 본수의 감소 및 형고 최소화를 통한 경제성을 확보할 수 있는 공법이다. 아치덱은 기존의 프리캐스트 반단면 바닥판과 달리 거더와의 연결 구조를 개선하여 단순보 거동이 아닌 아치 거동을 하게 되어 바닥판 타설(하중으로 작용) 시 구조 효율을 높일 수 있는 요소기술이다. 또한 바닥판 주철근의 연결에 대한 시공성과 경제성을 향상시키기 위해 그립(grip)형 커플러의 국내 적용 방안도 함께 검토될 계획이다. 본 연구개발은 아치덱과 아치덱 거더에 대한 상세해석을 통한 최적단면을 산정하고, 바닥판 및 바닥판과 거더의 연결부에 대한 검증 실험을 거쳐, 전체 시스템에 대한 내하력 평가를 계획하고 있다. 검증 결과를 바탕으로 구조설계시스템·설계표준화 기술 및 현장 적용 방안 등에 대한 검토를 수행할 예정이다. 단계별 연구 목표를 달성하기 위한 연구 내용 및 범위는 다음과 같다. 1) 바닥판 포함 거더의 최적 단면 산정 - 해석기법의 타당성 검토 후, 교량의 설계기법 유효성 검토 - 최적단면을 산정하기 위한 경간, 횡단폭, 텐던 적용방안, 제작 용이성 등의 변수를 선정하여 단면의 최적화 및 표준단면 제시 - 개량형 PSC-I 거더 형식 대비 동일 형고로 표준횡단(24.3m)의 주형 개수를 9개에서 7개로 최적화 - 총 공사비 산정을 통한 개량형 PSC-I 대비 10% 절감 2) 아치덱 활용 최적 거더 간격 산정 - 아치덱의 정밀해석을 통한 아칭(Arching)효과 분석 - 아치덱을 적용하여 기존과 동일한 두께로 거더 간격을 3.6m로 늘림으로써 주형 개수 감소(기존 거더 간격 = 2.75m) 3) 바닥판 철근 연결 상세 개발 - 시공성과 안전성을 고려한 시공방안(연결부, 철근 연결) 확립 - 그립형 커플러의 국내 적용 방안 검토하여 기존의 나사형 커플러 대비 작업성 및 경제성 30% 개선 4) 시제품 제작 및 성능 평가 - 아치덱과 연계된 단면의 아칭거동에 대한 3차원 정밀해석 수행 - 정밀해 - 정적재하 및 피로실험을 포함한 바닥판 요소 실험 - 지간 60m 시제품 제작 및 하중재하실험 통한 성능 검증 5) 표준 설계 도서 작성 - 현장 적용을 위한 설계 도서 작성 |
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| 색인어 | 한글 | PSC | 아칭효과 | 거더 | 프리캐스트덱 | 교량 |
| 영문 | Prestressed Concrete | Arching effect | Girder | Precast deck | bridge | |
| 최종보고서 | 최종보고서.pdf | |||||