外部 緊張材로 보강된 鋼合成보의 耐荷率 산정과 初期 緊張力 결정에 관한 硏究

Abstract

교통량의 증가와 차량의 대형화에 따라 교량의 구조적 성능향상을 위한 보강공법 중에서 외부 긴장재를 이용한 보강공법은 실용성과 경제성에 있어서 효율적이다. 그러나 외부 긴장재를 이용한 기존 교량의 효과적인 보강을 위해서는 목표로 하는 내하율을 만족시키기 위한 긴장재의 배치 형상, 개수, 초기 긴장력의 결정과정에 있어서 충분한 검토가 필요하다. 또한 보강설계 변수의 결정과정에 대한 합리적이고 구체적인 방법의 제시가 필요하다. 본 논문에서는 외부 긴장재를 이용한 기존 단순 강합성교량과 2경간 연속 강합성교량의 내하력을 향상시키기 위한 방법을 제시하였다. 외부 긴장재를 설치하고 긴장력을 도입한 후에 외부 하중에 의하여 발생하는 증가 프리스트레스력을 고려하였으며 긴장력 도입시기에 따른 응력분포 및 긴장재 배치 형상과 하중 형태에 따른 증가 프리스트레스력 계산식을 구하고 유한요소해석을 하여 증가 프리스트레스력 계산식이 타당함을 보였다. 또한 긴장재를 직선배치 또는 절곡배치할 경우의 다양한 배치 형상에 따른 보강효과를 분석하였다. 그리고 외부 긴장재로 보강된 강합성교량의 정확한 내하율 산정을 위하여 새로운 내하율 산정식을 제안하였으며 이를 이용하여 초기 긴장력의 계산방법 및 과정을 체계화 하였다. 또한, 본 방법을 실교량에 적용하여 초기 긴장력을 결정하고 내하력의 증가정도를 평가하여 본 연구에서 제안한 해석방법을 검토하였으며 강합성보 시험체를 제작하고 실험을 통하여 외부 긴장력의 도입에 따른 항복강도증가와 처짐억제 등 보강효과를 검증하였다. 본 연구결과 연속 강합성보 보강에 가장 합리적인 절곡배치 형상을 제시하였고 제안한 초기긴장력 결정 과정에 따라 보강할 경우 사하중 및 활하중에 따른 휨모멘트뿐만 아니라 수직력을 감소시켜 전단력이 감소되는 효과를 추가로 얻을 수 있는 등 실교량의 보강시 효율적이므로 강합성 교량의 보강방법에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.; The prestressing technique using external tendons can be considered an effective method of strengthening bridges that are deteriorating due to increasing overloading and volume of traffic. In order to achieve an more economical and effective strengthening, design variables such as configuration of tendon, the number of tendons and the initial tendon force have to be determined effectively to reinforce an existing bridge with external tendons. In this paper, a method of increasing in load-carrying capacity are showed in simple and two-span continuous steel-composite bridge strengthened by external tendons. Stress distribution in any cross section of a composite beam strengthened with external tendons prior to and after concrete placement under each stage of loading is calculated. An analytic expression for the increment in the initial tendon force is derived using the virtual work method for configurations of straight and draped tendons under external loads. Considering the initial tendon force and its increment under external loads, a new rating factor equation is introduced. A systematic procedure has been developed to calculate the number of tendons and the initial tendon force using the proposed rating factor equation. This method was shown to be effective for an existing steel-composite bridge. A design example is given to demonstrate the effect of the proposed equation on increasing load-carrying capacity in existing steel-concrete composite bridges. And FEM analysis was performed to prove the effect of reducing in bending moment, shear force and deflection of composite bridges strengthened by external tendons. This study shows a systematic procedure to determine initial tendon force and a best type of configuration with external tendon among various types in simple and two-span steel-composite bridges.