| 연구개발개요 |
1.교량 바닥판의 현황 및 분석 일반적으로 건설현장에서 바닥판을 시공하는 공법에는, 거푸집을 제작하여 현장에서 직접 콘크리트를 타설하는 현장 타설 공법과, 공장이나 현장에서 미리 적당한 크기로 바닥판 콘크리트를 일부 또는 전부로 제작하여 조립하는 프리캐스트 공법이 있다. 현장 타설 공법은 단면 형상에 대한 적합성과 재료운반의 용이성, 그리고 지역 조건의 영향을 받지 않는 장점 등으로 현재까지 국내에서 빈번히 적용되어져 왔으나, 동바리 설치와 거푸집 제작에 따른 많은 전문 인력과 자재 및 시공기간이 소요되는 문제점으로 인해 차츰 그 경쟁력을 잃어가고 있는 실정이다.2. 바닥판의 프리캐스트화 반면 최근에는 현장에서의 동바리 및 거푸집 공사를 없앨 수 있고, 부재의 공장생산으로 품질관리 및 노동 생산성을 향상시킬 수 있는 프리캐스트 공법이 교량의 바닥판 공법에 두드러지게 적용되고 있다. 프리캐스트 공법은 바닥판을 공장에서 제작하게 되어 급속시공, 인건비 절감효과 및 품질확보와 같은 많은 장점을 가지지만, 완전 프리캐스트 바닥판의 경우에는 이음부 부분이 취약한 구조적 특징이 있다. 반면 하프 프리캐스트 공법은 프리캐스트비율은 적으나 경량화로 운반이 쉬우며, 현장타설 콘크리트로 바닥판의 연속화가 자연스럽게 이루어지기 때문에 별도의 이음부에 대한 복잡한 형식이 필요하지 않다. 또한 프리텐션방식으로 프리스트레스를 가함으로써 바닥판의 균열을 극력 예방할 수 있어 별다른 하중 성능 저감 없이도 바닥판 전체 두께를 현장타설 철근 콘크리트 바닥판보다 얇게 할 수 있다.3. 트러스 구조의 하프 프리캐스트 PC패널 개발 종래의 하프 프리캐스트 패널은 보 구조에서 프리스트레스가 도입된 대략 70mm~120mm 두께의 얇은 판구조로 패널자체의 강성이 작아 그 적용경간이 4.0m 이내로 제한된다. 그리고 프리스트레스가 도입된 트러스 구조 형식의 프리캐스트 패널의 경우에는, 패널 상면으로 철근 트러스를 배치하여 패널의 강성을 증가시킨 것으로서, 장경간 및 캔틸레버 시공에 모두 적용 가능하나 트러스 구성부재의 상호 구속으로 인하여 도입 압축력의 손실이 발생하게 되는 문제점을 가진다. 이 문제점은 보 구조에서 압축력의 손실 없이 프리스트레스를 도입하고, 프리스트레스 도입 후 트러스 구조로 강성을 증대시키는 방법으로 프리캐스트 패널을 제작함으로써 해결할 수 있다. 즉, 콘크리트 패널부에 단지 트러스 복부재만이 매설되어 있는 상태에서 압축력을 도입하고, 트러스 구성은 압축력이 도입된 후 복부재의 상현 격점에 철근 상현재를 용접 등으로 일체화 시켜 구성하는 패널 제작기술을 개발하였다. 철근 커플러 및 갈고리 연결철근을 이용한 상현 인장력 전달, 압축재를 통한 하현 압축력 전달 방식의 트러스 구조의 특성을 이용한 패널간 연결 구조 형식은 캔틸레버부에서의 무지보 시공이 가능하다.
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| 최종목표 |
4. 트러스 구조의 하프 프리캐스트 PC패널의 교량 바닥판 적용 개발 기술인 트러스 구조의 하프 프리캐스트 PC패널은 현장 타설 슬래브 상부위치에서 배근되는 휨 인장 철근을 상현재로 사용함으로써 부재의 효율적 사용 및 트러스 형고를 최대한 높일 수 있어 패널의 강성 및 휨 성능을 크게 개선시킬 수 있고, 지보공 없이도 캔틸레버부가 시공될 수 있도록 한 패널간 연결 구조를 특징으로 하는 기술이다. 즉, 보 구조에서 압축력을 손실 없이 도입하고 트러스 구조로 강성을 증대시켜 프리캐스트 패널 두께의 대폭적인 증가 없이도 장경간 바닥판 시공에 적용할 수 있고, 캔틸레버부에서 패널을 서로 구조적으로 연속화 시키는 연결 기술을 이용하여 동바리 설치와 거푸집 제작에 따른 많은 전문 인력과 자재 및 시공기간이 소요되는 문제점을 해결할 수 있다. 또한 부재의 공장생산으로 품질관리 및 노동 생산성을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 과제에서는 종래의 프리캐스트 패널 두께의 대폭적인 증가 없이도 장경간 바닥판 시공에 적용할 수 있는 트러스 구조의 하프 프리캐스트 PC패널과, 이 패널들을 서로 구조적으로 연속화 시키는 방법으로 캔틸레버부에 별도의 지보공 없이도 상부공 작업을 할 수 있도록 하는 패널간 연결구조 기술을 이용한 교량 바닥판의 실용성 검토를 목표로 한다.
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| 연구내용 및 범위 |
개발 기술인 트러스 구조의 하프 프리캐스트 PC패널을 실 교량에의 적용성을 위한 세부구조의 개발, 관련 설계기법의 확립 및 사업화를 위한 시장성 조사 등이다. 트러스 하프 프리캐스트 PC패널은 공장에서 소정 폭원을 갖게끔 일정 개수로 프리캐스트화 되어 현장으로 운반되고, 운반된 패널은 거더위에 거치된 후 작업하중 및 타설 하중을 받게 된다. 교축방향으로의 패널간 연결은 기본적으로 현장 타설 하중에 의해 일체화 되는 구조이나, 작업하중 및 타설 하중에 의한 교축방향으로의 프리캐스트 패널간의 상대적인 변위에 대한 저항성을 갖도록 하는 패널간 종 방향으로의 연결구조에 대한 검토가 필요하다. 풀 프리캐스트 합성바닥판의 경우에는 종 방향으로의 연결구조가 그동안의 지속적인 연구를 통하여 연결형식이 거의 확립되어 있어나, 교축방향으로의 패널간 연결구조는 이미 성능이 검증된 연결구조들 중 적절한 방식에 대한 선택을 위한 검토를 수행한 후 사업화를 위한 자료로 활용하고자 한다. 반면, 캔틸레버부와의 구조적 연속화를 위한 연결구조는 현장 작업 하중 등에 대한 처짐 조절에 대한 충분한 검증이 이루어지지 않아 추가적인 검토가 필요하지만, 이러한 연결구조의 하중저항성능과 실용성을 검증하기 위한 실물시험 등은 추가적인 연구비가 확보되는 대로 추진하려고 한다. 그리고, 기존의 바닥판 형식과의 경제성 및 자중경감 효과 등을 비교하여 트러스 하프 프리캐스트 패널 바닥판의 실용화 및 사업화를 위한 자료로 활용한다. 또한 패널의 프리캐스트화를 위한 프리텐션닝 방식의 정착장치, 트러스 형상으로 철근을 가공하기 위한 철근 가공 설비, 현장으로의 운반을 위한 운송장치, 현장에서의 거치를 위한 인양장치 등의 적용성에 대하여 추가로 검토 한다. 본 과제에 대한 트러스 하프 프리캐스트 패널 바닥판의 실용화를 위한 연구내용 및 범위를 요약하면 아래와 같다.(1) 국내˙외 프리캐스트 패널의 설계 현황, 기법 조사 및 사업타당성 검토- 교량 바닥판 현황 및 향후 관련 시장 분석- 시장진입 위한 수요 및 주요 진출 분야 검토(2) 보-트러스 PC패널에 대한 설계 기법 및 사업 타당성 검토- 트러스 하프 프리캐스트 PC패널 및 패널간 연결구조에 대한 설계 및 검토- 정착장치, 운반 및 거치 등의 장비 운용 계획 검토(3) 실 교량 바닥판 적용성 검토 - 개발기술 적용을 위한 교량 바닥판 설계 현황 분석- 실용화를 위한 개발기술의 문제점 분석 및 개선 방안 수립- 종래의 바닥판 구조형식과의 비교 검토를 통해 시공성 및 경제성 분석
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