R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 200909TRPI-C055853-01 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 변단면 PC빔 연속화 방안에 대한 연구 | |||||
| 총 연구기간 | 2009-04-28 ~ 2010-08-07 | |||||
| 연구책임자 | 김철호 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
2명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
8명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 140,250,000 원 기업 : 277,963,000 원 계 : 418,213,000 원 |
총연구비 | 정부 : 140,250,000 원 기업 : 277,963,000 원 계 : 418,213,000 원 |
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| 연구기관명 | (주)에이스이엔씨 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | ||||||
| 주요 내용 |
도로 및 철도교량에 널리 시공되고 있는 PC-빔(Prestressed Concrete-Beam)은 1950년대 초 미국에서 처음 건설된 이후, 1960년대 말 국내에 도입되어 지금까지 중, 소 경간장의 교량에 널리 시공되고 있는 대표적인 교량 상부구조 형식이다. 이 같은 PC-빔은 비교적 간편한 설계 및 시공성, 경제성을 장점으로 하여 국내의 경우 도로교에 있어서는 경간장 30 ~ 35m, 철도교에 있어서는 20 ~ 25m의 제한 적 범위에서 널리 사용되고 있다. PC-빔은 외력에 의하여 콘크리트에 발생하는 인장응력을 소정의 한도까지 상쇄시킬 수 있도록 빔 제작 시 미리 PS-강선에 의하여 긴장력을 도입하여 압축응력을 주어 고정하중 및 활하중 등의 설계하중에 저항할 수 있도록 구성된 콘크리트 빔으로서, 현장에서 거푸집을 이용하여 빔을 제작하고 PS-강선을 긴장, 정착 시킨 후 교대나 교각 등에 가설되는 비교적 단순한 공정으로 이루어져 있다. 국내의 경우 PC-빔은 도로교 또는 철도교 용도로 구분하여 각각 적용 경간장 및 단면을 표준화하여 설계 및 시공되고 있는데, 이러한 PC-빔들은 개발 초기의 단면 형상에서 크게 벗어나지 않고 현재까지 이렇다 할 기술의 발전 없이 수 십 년간 계속 사용되어 지고 있다. 이에 반하여 외국의 경우에는 PC-빔의 활용범위가 보다 넓은 데 특히, 미국과 같은 경우에는 PC-빔 단면에 변화를 주어 Bulb-Tee 형태의 PC-빔이 개발되어 경간장 50m 범위까지 폭 넓게 널리 시공되고 있다. 특히, 최근 들어 고강도 콘크리트의 개발 및 보급에 힘입어 PC-빔의 활용범위를 넓히려는 다양한 시도가 이루어지고 있는데, 국내의 경우에도 고강도 콘크리트를 이용하여 경간장 50m 까지 경간장을 늘린 PC-빔이 개발되는 등 다양한 시도가 이루어지고 있다. 한편, 최근 들어 PC-빔의 기본적인 긴장력 도입방법에 변화를 주어 2~3차례의 긴장력을 시공 단계별로 도입하는 다단계 긴장형 PC-빔이 개발되어 시공되고 있다. 그러나, 이러한 다단계 긴장형 PC-빔들은 빔 가설 후 바닥판 타설 후 2~3차의 추가 긴장작업을 기본 구성으로 함에 따라 종래 일반 PC-빔보다 시공이 복잡하여 시공성이 저하되면서 공사비가 비싸게 되어 PC-빔의 장점인 시공성과 경제성을 살리지 못하는 문제점을 안고 있다. 한편, 최근 들어 사회적 요구의 변화에 따라 건설시장에 있어서도 미관을 중시하는 방향으로 변화가 일면서 교량 건설에 있어서도 경관설계를 고려하여 교량 형식을 선정하는 설계개념이 일반화 되고 있다. 특히, 도심지 공사는 물론 하천, 계곡 등에 가설되는 교량에 있어서도 주변환경과 잘 어울릴 수 있도록 변화를 준 다양한 형상의 교량건설이 이루어지고 있다. 이와 같이 경관을 고려할 때 PC-빔은 획일적이면서도 경직된 직선형상의 투박한 외관을 가짐으로서 그 적용에 많은 제약을 받을 수밖에 없는 것이 현실이다. 이는 종래의 일반적인 PC-빔 뿐만 아니라 최근 개발된 다양한 형태의 개량형 PC-빔 모두에 해당하는 공통적인 문제이다. [최종목표] 본 연구개발은 교량의 상부구조 형식으로 널리 사용되고 있는 PC-빔의 시공기술과 관련된 것이다. PC-빔은 경제적이면서도 간편한 시공성을 장점으로 한 도로교 및 철도교량의 대표적인 상부구조 형식이나 경간장의 제약과 함께 불량한 미관으로 인하여 폭 넓은 적용에는 한계가 있는 실정이다. PC-빔은 경제성과 시공성을 장점으로 하여 교량의 상부구조 형식으로 널리 사용되는 공법이나, 경간장의 한계와 함께 불량한 미관으로 그 적용에 제한이 있는 것이 사실이다. 이로 인하여 경간장이 길어지거나 미관이 고려되는 교량의 건설에 있어서는 부득이 고가의 강박스 거더나 PC-박스 거더, Preflex-빔 등이 사용되고 있는데 이로 인한 건설비용의 증가는 큰 부담이 아닐 수 없다. 이에 본 연구는 PC-빔의 보다 넓은 활용을 위하여 구조적 성능 향상을 통한 장경간화와 함께 미적으로 개선된 새로운 형상의 PC-빔 제작기술을 위하여 설계매개변수 연구를 통한 단면의 합리적인 설계와 이를 통하여 기존 PC-빔의 활용범위를 넓히는데 있다. 단순교인 경우에는 일반적으로 경간이 40m 이하로 제한되며, 이 보다 경간이 더 긴 경우에는 강교가 주로 사용된다. 만약 합리적인 연속화 공법이 제시된다면 60m까지의 경간에 대해서도 PC-빔교를 적용할 수 있을 것으로 기대되며, 기존 PC-빔의 연속화 방법에 대한 검토와 합리적인 연속화 방법에 대한 연구가 절실하다. 따라서, 본 연구개발의 최종 목표는 변단면 PC-빔의 미적효과를 극대화 할 수 있는 연속교로서의 적용성을 높이기 위해, 첫째, 연속지점부 부모멘트 제어를 위한 연속화 방안과 둘째, 기존 PC-빔에 있어서 교좌장치 2개 설치에 따른 비효율성 극복을 위한 교좌장치 1개 설치를 통한 연속지점부 받침의 합리화 방안에 대한 연구 성과 도출을 최종 목표로 하고 있다. [연구내용 및 범위] PC-빔 (Precast Prestressed concrete beam girder) 교량은 1950년대 초반 미국에서 처음으로 건설되기 시작했다. 초기 몇 년간은 다양한 형태의 단면들이 시도 되었으나 주형을 매번 개별적으로 설계한다는 것이 불필요하다는 생각에 따라 1956년 미국의 연방도로국(Bureau of Public Roads)이 AASHTO 거더로 불리우는 표준 단면을 제시하여 표준화 된 주형이 사용되었다. 그 후 PC-빔의 건설은 세계적으로 널리 확산되어 현재에는 중, 소 경간장 교량에 가장 보편적으로 사용되는 형식으로 자리 잡게 되었다. 국내에는 1960년대 말에 처음으로 도입되었으며 현재에는 고속도로의 경우 공용 중에 있는 콘크리트 교량 중 약 28%가 PC-빔 교량일 정도로 널리 사용되고 있다. 국내에서 주로 사용되고 있는 PC-빔은 도로공사에서 제시한 표준 주형으로서 AASHTO 주형을 기준으로 국내 실정에 맞게 수정된 형식이다. 주형이 프리캐스트 부재인 만큼 1960년대 전반기까지 PC-빔 교량은 단순교로 시공되었다. 그러나, 단순교는 많은 신축이음으로 인하여 주행 차량의 승차감이 나쁠 뿐만 아니라 신축이음을 통한 누수로 인해 주형 단부와 하부구조에 손상이 발생할 수 있고 신축이음자체의 유지관리에도 많은 비용이 소요되게 된다. 이러한 단점을 개선하기 위하여 PC-빔의 연속화 방안에 관한 연구들이 이루어져 왔으며, 다양한 형식의 연속화 방법이 제안되어 사용되어 왔다. 국내에서 사용되어 온 연속화 방법은 연결부 상세에 따라 크게 2종류로 나눌 수 있다. 첫 번째는 바닥판만을 연속화 하는 방법이고, 두 번째는 바닥판과 주형을 모두 연속화 하는 방법이다. 첫 번째 방법은 연속화 공법을 도입하기 시작한 시점부터 1980년대 초반까지 사용되었고, 두 번째 방법은 1980년대 중후반부터 지금까지 사용되어 왔다. 신축이음 장치의 개수를 줄임으로써 주행성과 유지관리비를 절감하는 것을 주목적으로 한 방법인데, 바닥판의 휨 강성이 매우 작기 때문에 교량은 사실상 단순교 거동을 하게 된다. 즉, 바닥판만 연속화한 단순교이다. 두 번째 방법은 바닥판과 주형을 모두 연결함에 따라 외견상으로는 연속교로 보이지만 연결부 바닥판과 주형 연결콘크리트에 완전한 관통 균열이 발생하기 때문에 사용하중 상태에서 거의 단순교로 거동하는 것으로 파악되고 있다. 연결부의 상세 차이에 따라 이렇게 두 방법으로 구분하기도 하지만 결과적으로 두 방법 모두 바닥판에 횡 균열을 발생시키고 사용하중 하에서 단순교로 거동한다는 점에서 동일한 방법으로 분류되고 있다. 본 연구의 내용은 국내에서 사용되어 온 이러한 연속화 방법이 PSC 빔 교량의 연결부 바닥판에 예외 없이 횡 균열을 발생시킨다는 지적에 따라 이를 해결하고 더 나아가 변단면 PC-빔만의 합리적인 연속화 공법을 개발하여 경제성을 향상시키는 것을 목적으로 한 연구이다. |
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| 색인어 | 한글 | 변단면 | 프리스트레스 콘크리트 | 빔 | 경제적 | 미관 |
| 영문 | Variable | PSC | Beam | Economic | Fine view | |
| 최종보고서 | 변단면PC빔연속화방안에대한연구_20100807.pdf 변단면PC빔연속화방안에대한연구_20100807.pdf | |||||