외부 긴장재를 이용한 강합성보의 보강에 관한 실험적 연구

Abstract

과거에 건설된 교량 구조물은 교통량의 증가, 교통하중의 중량화, 공용기간 증대, 환경적 요인 등에 의해서 현행 교통량에 대한 설계에 부적당하거나 내하력의 감소로 인해 보수·보강이 필요한 실정이다. 기존 교량의 성능향상을 위한 보강공법 중에서 외부 긴장재를 이용한 보강공법은 실용성과 경제성에 있어서 효율적이다. 또한 외부 긴장재를 이용한 기존 교량의 효과적인 보강을 위해서는 교량의 내하력 향상을 위한 긴장력의 결정 및 배치 형상, 편심거리의 결정 등에 있어서 효율적인 검토가 필요하다. 본 논문에서는 외부 긴장재를 이용한 강합성보의 내하력을 향상시키기 위한 효율적인 방법을 제시하였다. 단순 강합성보에 외부 긴장재를 설치하고 긴장력을 도입하게 되면 외부 하중에 의하여 증가 프리스트레스력이 발생하여 이를 고려한 단면 응력 검토가 이루어져야한다. 따라서 가상일의 원리를 이용하여 긴장재 배치형상에 따른 증가력의 계산식을 구하였다. 강합성보 실험체를 제작하여 유한요소해석 및 실험값과 계산식으로 얻어진 증가력의 값을 비교하여 계산식의 합리성을 보였다. 또한 편향부의 유무, 편심거리, 긴장재의 배치형상 등의 다양한 실험 변수를 설정하여 외부 긴장재를 이용한 공법의 보강효과를 정량적으로 분석하였으며 효율적인 설계 변수의 조합을 검토하였다.; The prestressing technique using external tendons can be considered an effective method of strengthening bridges that have been deteriorated due to increasing overloading and progressive structural aging. In order to achieve a more economical and effective strengthening, design variables such as the 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, external tendons are used for strengthening of steel-concrete composite beams. Stress distribution in any cross section of a composite beam strengthened with external tendons is calculated under each stage of loading. An analytic expression for the increment of tendon force is derived using the virtual work principle for the configurations of straight and draped tendons under external loads. This paper deals with the experimental study and FEM analysis for behavior of composite beams strengthened with external tendons. Experiments are performed to see the effect of external post-tensioning on steel-concrete composite beams. Quantitative analysis is carried out to evaluate the effects of variables such as initial tendon force, tendon eccentricity and the shape of strands under the working load. In addition, deflection, increment of tendon force and stress of lower flange from experimental results are compared with those from FEM analysis. The optimum combination of design variables is proposed in this study.