Experimental Study on Static Behavior of Laterally Strengthened Spliced Prestressed Concrete Girder using Bending Moment Connector

構 造 工 學

第30卷 第3A 號·2010年 5月 pp. 287 ~ 295

휨연결재에 의해 횡방향으로 보강된 분절 프리스트레스트 거더의 정적거동에 관한 실험적 연구

Experimental Study on Static Behavior of Laterally Strengthened Spliced Prestressed Concrete Girder using Bending Moment Connector

김재흥*·김장호**·김성배***·이나현****

Kim Jae Heung ^· Kim, Jang-Ho Jay ^· Kim, Sung Bae ^· Yi, Na Hyun

···

Abstract

The main purpose of this study is to investigate the static behavior of spliced prestressed concrete girder with bending moment connector and lateral prestressing. Four (4) spliced girders and one (1) monolithic girder had been fabricated and tested to compare their static behaviors. Same geometry and materials are used to fabricate these spliced and monolithic gird- ers. A monolithic girder and one (1) spliced girder without lateral bending connector are used as control specimens to estimate the performance of three (3) spliced girders with lateral bending connector. Deflections at the middle of girders have been mea- sured for evaluation. Also, strains of the concrete at the middle of span and connection points have been measured. It was found from the result that laterally strengthened spliced girders showed improved ultimate strength but less stiffness compared to the monolithic girder at the ultimate state. Laterally strengthened spliced girder also showed improved strength as well as improved stiffness compared to the spliced girder without lateral strengthening.

Keywords : prestressed concrete, precast concrete, spliced girder, bending connector, lateral prestressing, joint opening

···

요 지

본 연구는 휨연결재와 횡방향 프리스트레스력으로 보강된 분절 PSC(Prestressed Concrete) ^{거더의 정적거동 성능을 검증}

하는데 목적이 있다 . ^{정적거동 성능을 검증하기 위하여} 4 ^{개의 분절거더와} 1 ^{개의 일체거더를 제작하여 실험하였다} . ^분절거더

와 일체거더는 동일 제원 및 재료를 적용하여 4.8 m 길이로 제작하여 실험하였다 . 3 개의 횡방향으로 보강된 분절거더의 정 적거동 성능을 검증하기 위해 일체거더와 횡방향으로 보강되지 않은 분절거더가 기준이 되는 실험체로 실험을 수행하였다 .

거더 중앙 경간에서 처짐을 측정하였으며 중앙 경간과 연결부에서 변형률을 측정하였다 . ^{극한하중상태에서 횡방향으로 보강}

된 분절거더는 일체거더와 비교하여 극한강도가 동등이상의 성능을 나타내며 강성측면에서는 다소 불리하게 거동함을 알 수 있 었다 . 하지만 , 횡방향으로 보강된 분절거더는 보강되지 않은 분절거더에 비하여 강도 및 강성측면에서 모두 우수한 성능을 나타내었다 .

핵심용어 : 프리스트레스트 콘크리트 , 프리캐스트 콘크리트 , 분절거더 , 휨연결재 , 횡방향 프리스트레싱 , 연결부

···

1. 서 론

1980 년대부터 지금까지 PSC I 형 (Prestressed Concrete I

Shape) 거더교는 일반적으로 현장주변의 레미콘 공장으로부

터 30 MPa ^에서 45 MPa ^{정도의 고강도 콘크리트를 공급받}

아 주변에 임시로 마련된 제작공간에서 거더를 제작 , 운반 및 거치한 후 임시 제작공장을 철거하는 형태로 설계 및 시 공되어왔다 . 신성우 (2003) 의 논문에 따르면 1985 년에 88 올림

픽대교 건설시 장경간 교량에 처음으로 40 MPa 콘크리트

압축강도를 적용한 것을 감안하면 최대 45 MPa 의 고강도 콘크리트를 적용하여 현장에 설치된 임시 제작장을 통한 시 공형태는 불가피하였을 것으로 판단된다 .

하지만 국내경제의 발전과 콘크리트 재료기술의 발달에 힘

입어 2000 ^{년 초반부터는} 50 MPa ^{이상의 고강도 콘크리트를}

손쉽게 생산할 수 있게 되었다 . 이에 따라 프리캐스트 콘크 리트 부재 ( 이하 , PC 부재 ) 를 생산할 수 있는 생산설비를 갖춘 영구적인 프리캐스트 콘크리트 제작공장 ( 이하 , PC 공장 ) 이 다 수 생겨나게 되어 교량용 거더 또한 PC ^{공장에서 생산할 수}

*연세대학교토목공학과박사과정

/

R&D Center

(E-mail : [email protected])

**정회원·교신저자·연세대학교사회환경시스템공학부교수

(E-mail : [email protected])

***정회원·연세대학교토목공학과

BK 21

(E-mail : [email protected])

****정회원·연세대학교토목공학과박사과정

(E-mail: [email protected])

있게 되었다 . 이러한 교량용 PC 부재는 역학적으로 효율적인 프리스트레스트 콘크리트 부재 ( ^이하 , PSC ^부재 ) ^{로 제작되어지}

는 것이 일반적이며 , Table 1 에서 정리한 것과 같이 도로법 제 54 조 및 도로교통법 제 35 조에 따라 도로의 구조를 보전하 고 차량의 위험을 방지하기 위하여 운반중량 및 길이에 제 한을 두고 있다 . PC 공장에서 일체형으로 PC 부재를 제작하여

운반 할 경우 상기 법령의 제약으로 15 m 에서 25 m 사이의

소경간 (short span) 용 거더로 제작될 수 밖에 없는 것이 현

실이다 . 대부분의 PSC 거더교가 25 m 에서 45 m 사이의 중경

간 (medium span) 인 점을 고려하면 분절형 거더에 대한 설

계 및 시공기술의 발전 없이는 한 차원 향상된 콘크리트 재

료기술과 확산되고 있는 PC 공장을 효율적으로 이용하여

PSC ^{거더교를 설계하고 시공하기는 어려운 실정이다} .

일본에서는 현장주변의 제작 장 확보가 어렵고 또한 인건 비 상승 등의 이유로 PC 공장에서 분절 PC 부재를 제작하여 현장에서 조립하는 형태의 분절공법이 다양하게 적용되고 있

으나 Kim 등 (2008) 의 논문에 따르면 국내에서는 2005 년에

처음으로 PC 공장에서 제작되는 교량용 PC 부재에 대한 연구 가 진행되었을 뿐 PC 공장에서 제작되는 PSC 거더의 분절공 법에 대한 연구마저도 일부에서 초보적으로 수행되고 있을

뿐이다 . 이러한 PSC 거더의 분절공법에 대한 연구는 분절거

더와 일체거더의 성능 비교 또는 연결부에서의 전단거동에

Table 1. Hauling Limit of Moving Vehicle in Korean Road and Traffic Regulation

Dimension Limitation of Moving Vehicle

Traffic Law Road and Traffic Regulation

Length 16.7 meters 1.1 × Length of a vehicle

Width 2.5 meters The minimum width that can be viewed by side mirror

Height 4.0 meters 3.5 meters

Weight Gross 40 tons 1.1 × Vehicular gross weight

Axle 10 tons -

Fig. 1 Longitudinal View of Test Specimens

대한 안정성 검토 위주로 수행되었다 . 이호준 등 (2005) 은 연결 부의 전단거동에 대한 안정성 확보를 위한 최적 전단키의 형 태를 도출하는 등 , 전단연결재에 대한 연구가 주를 이루었으

나 , 최근 정원석 등 (2007) 은 일체거더와 분절거더의 비교 연

구를 통하여 사용하중 상태에서는 일체거더와 분절거더의 휨 성능이 동일함을 보였다 . 그러나 극한하중상태에서는 분절거 더의 연결부에서 접합부열림현상 ( 이하 , joint opening) 으로 인해 일체거더가 분절거더 보다 우수한 것으로 평가되었다 .

즉 , 분절거더 접합부에서 발생하는 joint opening 현상 때문 에 극한하중 재하시 15% 정도의 성능이 저하되어 일체거더와 분절거더간의 극한하중상태에서 거동의 차이가 있음을 제시 하였다 .

이러한 결과는 교량을 건설하고자 하는 발주자 및 교량 기술자들로 하여금 분절 PSC 거더교 적용에 있어 부정적인 영향을 미칠 수 있는 인자로 작용하고 있으나 , 실제 분절

PCS 교는 보다 높은 강도의 콘크리트 재료를 사용하여 내구

성이 우수하며 , 충분한 환경설비를 갖춘 PC 공장에서 제작되 므로 , 친환경 교량건설에 기여하는 바가 크다고 할 수 있다 .

본 연구에서는 일체형 PSC ^{거더와 동일이상의 구조적 성}

능을 가질 수 있는 분절형 PSC 거더의 연결부에 휨연결재

(bending connector) 와 함께 횡방향 압축응력을 효과적으로

도입하여 일체거더와 비교·검증하고자 한다 . 연결부에 휨연

결재를 Fig. 1 과 Fig. 2 의 단면도에서 나타낸 것과 같이 연

결부에서 연속되도록 배치하였으며 , 횡방향 보강 압축응력을 확인하기 위하여 특별한 횡방향 보강 부위에 대한 철근배근

은 하지 않았다 . 또한 , Fig. 3 의 평면도에서 나타낸 것과 같

이 횡방향 쉬스관을 연결부를 중심으로 곡선으로 배치하여 휨연결재와 거더가 일체가 되도록 하였다 . 횡방향으로 배치 된 강연선으로 부재에 압축력을 가하여 압축구속력을 향상 시켰으며 , 그로인해 휨거동시 거더의 연결부에 추가적인 압 축력을 가하여 연결부에 집중되는 균열을 감소시켰다 . 본 연 구에서는 이와 같이 제작된 분절거더의 정적 휨성능을 평 가·검증 하고 기존의 일체거더와 횡구속이 안된 분절 거더 의 성능과 비교하고자 한다 .

2. 분절거더의 연결부 보강방법

분절거더 연결부에 대한 국내의 기존 연구는 연결부 전단

Fig. 2 Cross Section of Test Specimens

Fig. 3 Connection Joint Details of Spliced Girder with Bending Connectors

력의 연속성에 대한 것이었다 . 유승운과 오병환 (1996) 은

Segmental PC 교량의 전단키 형상에 대한 실험을 통해 최

적 전단저항력을 갖는 전단키 (shear key) 의 형태 및 조건에 대하여 연구하였으며 , 한만엽 등 (2006) 의 연구 역시 전단연 결재 형상에 대한 실험적 연구를 통하여 전단키의 내하력에 미치는 주요변수들을 분석하였다 . 이러한 전단파괴에 대한 우려 및 검토는 당연한 것으로 실제로 전단거동 현상이 발 생하면 구조물 자체에 매우 심각한 영향을 미칠 수 있는 것 이 사실이다 .

국외의 연구에서도 이러한 논리에 입각하여 주로 연결부의 전단연결재에 대한 연구가 수행되었다 . Kaneko 등 (1993) 은 전단연결재에 대한 파괴역학 모델을 제시하고 실험적으로 검 증하였으며 , Annamalai 와 Brown(1990) 은 건물에 사용되어 지는 전단연결재의 거동에 대한 연구를 수행하는 등 대부분 의 연구가 전단거동에 초점이 맞추어져 있었다 .

전단키 (shear key) 또는 전단연결재 (shear connector) 는 전 단력에 대해서만 그 역할을 수행하기 때문에 전단거동은 연 속성을 갖는다 . 그러나 , 휨거동의 경우에는 연결부에서 joint

opening ^{현상이 발생하면서 휨에 대한 불연속점이 생겨 소}

성힌지와 같은 거동이 발생하게 된다 . 이는 단순지지보에서 는 정정구조물을 불안정 (unstable) 한 상태로 변화시키는 중간 단계에 있는 것으로 일체형 거더에 비하여 연결부쪽으로 응 력이 집중되어 연결부에서 균열집중 현상이 발생될 수 밖에 없다 . 그러나 , 이러한 휨거동의 연속성을 보강하는 방법에 대 해서는 현재까지는 연구된 바 가 없다 . 이는 사용하중상태에 서는 종방향으로 도입된 압축응력만으로도 연결부에 균열이 집중되는 현상이 발생하지 않기 때문에 역학적 효율성 측면

에서 불필요하다는 판단에 기인한다 . 그러나 , 연결부에서 휨 거동의 불연속 현상이 극한하중상태에서 발생한다는 사실은 분절공법을 기피하는 요인으로 충분히 작용할 있으므로 , 연 결부에서의 휨거동의 불연속 현상에 대한 명확한 거동 분석 이 요구되며 이를 해결할 수 있는 대책이 필요한 실정이다 .

따라서 , 본 연구에서는 연결부에서의 전단력에 대한 연속 성이 아닌 휨모멘트의 연속성에 주안점을 두어 극한하중상

태에서 나타나는 연결부의 joint opening 현상을 제어하고

소위 소성힌지 (plastic hinge) 거동이 발생하지 않게 할 수

있는 방법을 제안하고자 한다 . 3. 실험체의 구성

본 연구에서 적용한 실험체의 구성에 대하여서는 Table 2

에서 구체적으로 설명하였다 . 기준이 되는 실험체로 사용될 일체거더 (monolithic girder) 1 본과 횡방향 보강이 되지 않은 분절거더 (spliced girder) 1 본을 제작하였으며 , 각 시편의 철

근배근 상세도는 Fig. 4 와 같다 . 거더의 연결부에 휨연결재

를 정착판으로 사용하여 횡방향으로 압축응력을 도입한 실 험체는 각각 종방향 압축응력의 50%, 100% 와 125% 에 상 응하는 횡방향 압축응력을 도입하여 제작하였으며 , 실험제의

제작 공정은 Fig. 5 에 나타내었다 . Fig. 1 에는 실험체의 종

단면 상세를 나타내었으며 거더의 단면형상은 Fig. 2 와 같이 일체거더와 분절거더 모두 동일하게 폭 300 mm 에 형고

400 mm 의 재형단면으로 하였다 . 실험체 설계에 적용한 콘크

리트의 강도는 50 MPa 이며 콘크리트의 배합표와 제작된 거

더의 콘크리트 압축강도시험 결과는 각각 Table 3 ^과 Table Table 2. Test Specimen Descriptions

No. Label Lateral Prestressing Splicing Description

(a) Monolithic Girder N/A N/A Ordinary Monolithic PSC Girder

(b) Spliced Girder N/A Spliced Spliced PSC Girder without Lateral Prestressing at Connection Joint

(c) Spliced

Girder - S50 50% Spliced Spliced PSC Girder with Lateral Prestressing of 50% of Longitudinal Prestressing at Connection Joint

(d) Spliced

Girder - S100 100% Spliced Spliced PSC Girder with Lateral Prestressing of 100% of Longitudinal Prestressing at Connection Joint

(e) Spliced

Girder -S125 125% Spliced Spliced PSC Girder with Lateral Prestressing of 125% of Longitudinal Prestressing at Connection Joint

Fig. 4 Reinforcement Details

4 에 나타내었다 .

하부에 설치된 횡방향 쉬스관은 휨거동시 종방향 압축응력

이 유발될 수 있도록 Fig. 3 과 같이 분절거더 연결부를 기

준으로 밖으로 볼록하게 설치하였다 . ^{설치된 쉬스관을 통하} Fig. 5 Procedure for Constructing Test Specimens

Table 3. Mix Proportion of Concrete Max. aggregate

size (mm) Slump flow

(mm) Air content

(%) W/C

(%) S/a

(%) Unit weight (kg/m

)

W C S G SP

20 500±75 3.5±1.5 30.2 45.0 136 530 775 939 5.3

Table 4. Results of Compressive Strength of Concrete (MPa) Design

Strength

Test Compressive Strength

1 day 3 days 28 days

Test Result Average Test Result Average Test Result Average

50 37.1

37.8 53.5

53.8 71.8

71.5

38.2 54.1 72.5

38.0 53.8 70.2

Fig. 6 Bending Connectors

Fig. 7 Locations of Gages

Fig. 8 Test Setup

Fig. 9 Crack Patterns of Test Specimens

여 강연선을 배치하고 거더의 연결부에서 연속인 휨연결재 를 강연선의 정착판으로 사용하여 실험체를 종방향으로 일 체화시켰다 . 이는 종방향으로 설치된 강연선에 의하여 분절 거더를 일체화 한 후 극한하중상태에서 종방향 거동을 다시 한번 일체화 하기 위한 연결부 보강 기구이다 .

강연선은 SCWPC7B(low relaxation D15.2 mm) 가 사용되 었으며 , 종방향으로는 2 개의 강연선과 1 개의 긴장재 (tendon)

를 구성하여 배치하였다 . 실험체에는 종방향으로 196 kN 을 긴장하여 프리스트레스력이 도입되었다 . 휨연결재 (bending connector) 는 1 곳의 연결부에 상하 2 개씩 , 총 4 개를 배치하 였으며 횡방향 강연선은 1 개의 강연선이 1 개의 긴장재로 구 성하여 연결부 1 곳에 총 4 개를 배치하였다 . 휨연결재의 강종 은 SS400 을 사용하였다 .

횡방향 강연선의 정착은 단독콘 (mono-strand cone) 을 사용

하였으며 연결부 당 8 개의 cone 이 앞쪽에 4 개 , 뒤쪽에 4 개 씩 대칭으로 배치되었다 . ^{종방향 강연선은 별도의 정착판 없}

이 정착장치 (anchor head) 를 콘크리트 면에 직접 접하여 긴

장하였다 .

Fig. 6 에서 나타낸 것과 같이 횡방향 긴장재의 정착판으로

사용된 휨연결재는 실험체의 종방향으로 연결부를 통과하여 연결부에서 연속되게 배치하였다 . 연결부 좌우측에 배치된 강연선을 이용하여 실험체의 횡방향으로 압축력을 도입함으 로써 분절거더의 단부와 중앙부가 기계적으로 일체화 되도 록하여 연결부에서 joint opening ^{현상이 발생할 때 휨거동의}

연속화에 기여하도록 배치하였다 . 4. 실험방법

하중의 재하 위치와 부착된 게이지의 위치는 Fig. 7 에

나타내었다 . 일체거더와 분절거더의 중앙부 및 연결부의 처 짐을 측정하기 위하여 실험체의 중앙부와 연결부 위치에

각각 LVDT 를 설치하였고 중앙부와 연결부의 상하부에 콘

크리트 변형률 게이지를 설치하여 측정하였다 . Fig. 8 은 실험 직전에 실험체를 지점에 설치하는 것을 보이고 있다 .

일체거더 , 횡방향 구속이 없는 분절거더 및 횡방향으로 구 속된 분절거더를 동일한 경계 조건하에서 휨파괴를 유도하

기 위하여 프레임에 각각 설치한 후 최대용량 2000 kN

만능시험기 (UTM) 를 이용하여 실험체의 상부 중앙경간에 1

점 집중하중으로 가력하여 3 절점 휨거동 실험을 실시하였

다 . 초기 30 kN 까지는 하중제어를 하였으며 30 kN 이후부

터는 변위제어를 실시하였으며 , 변위제어는 0.02 mm/sec 의 속도를 점진적으로 재하 하였다 . 액츄레이터 (actuator) 에 가 해지는 하중 , 부재의 처짐 및 거더의 상하연에 변형률은 데이터 로거를 통하여 수집하였으며 , 균열의 발생 및 진전

상황은 Fig. 9 와 같이 하중 단계별로 실험체에 직접 표시

되었다 .

5. 실험결과 및 분석 5.1 하중-처짐

Table 5 는 실험결과를 정리해 놓은 것이며 , Fig. 10 은 실

험완료 후 실험체의 변형형상을 나타낸 것이다 . 실험체는 분 절 및 횡방향 구속 여부에 관계없이 전형적인 휨거동을 나 타내고 있다 . 거더의 중앙부에서 초기 균열이 발생하기 전까 지는 일체거더 뿐 아니라 분절거더도 선형탄성거동을 보여 동일한 성능을 나타내는 것으로 확인되었다 . 그러나 , 콘크리 트의 압축강도가 설계강도인 50 MPa 를 상회하는 70 MPa 로 측정되어 거더의 거동이 좀 더 취성적인 거동을 보인 것으 로 판단되나 전체적인 분절거동의 거동을 파악하는 것에는 큰 무리가 없다고 판단된다 .

Fig. 11 은 실험체의 중앙 경간에서의 하중 - 처짐 곡선을 나

타내는 것으로 균열이 발생한 이후에는 중앙부에서의 처짐

이 일체거더에 비해 분절거더에서 크게 나타나는 것을 알 수 있다 .

보강된 분절거더에서는 joint opening ^{현상이 연결부에서}

나타나다가 중립축 이상 진전되고 나면 일체거더와 유사하게 균열이 거더 전체에 고르게 분포되는 현상이 확인되었다 . 이는 하중이 재하되면 분절거더의 연결부에 균열이 집중되는 현 상이 발생하기 때문이며 이에 대한 적절한 해결방향이 제시 되지 않는다면 분절거더는 극한하중하에서 일체거더와 동등

이상의 성능을 발휘할 수 없을 것으로 판단된다 . Fig. 11 에

서와 같이 휨연결재 및 횡방향 구속응력으로 보강된 실험체 는 연결부에 균열이 집중되는 현상을 막을 수 있는 것이 실 험을 통하여 검증되었다 .

거더의 강성 측면에서는 분절거더의 경우 극한하중상태에 서 연결부에 집중되는 균열 때문에 일체형거더에 비하여

78% 정도 추가적인 처짐이 발생하나 횡방향으로 보강되어진 분절거더의 경우에는 20% 에서 50% 의 추가처짐이 발생하는

것을 Fig. 11 에서 확인할 수 있다 . 이는 횡방향 보강이 분

절거더의 연직방향 처짐에 영향을 미친다는 것을 확인하는 것이며 , 극한강도 측면에서는 분절거더의 경우 일체거더에 비하여 5% 정도 강도가 감소하였으나 횡방향으로 보강된 분

절거더의 경우에는 5% 에서 10% 정도 극한강도가 증가함을

알 수 있었다 . ^{이러한 결과는 거더에 곡선 배치한 횡방향}

쉬스관이 휨 거동시 종방향 압축응력을 유발하기 때문에 분 절거더의 연결부를 일체화하여 극한강도가 상승한 것으로 판 단된다 . 또한 , 실험체의 횡방향 프리스트레싱력에 의한 압축 력의 도입으로 분절 거더의 단부와 중앙부가 기계적으로 일 체화 하였으므로 , 연결부에 지속적으로 저항하여 joint

opening 현상을 지연시킨 것으로 판단된다 .

5.2 균열 패턴

극한하중 재하시 중앙부 및 연결부에서 발생한 균열의 모

습은 Fig. 9 와 같다 . 극한하중 재하시 분절 위치에서의 균열

은 일체거더인 경우 (Fig. 9(a)) 균열이 집중되지 않고 분산되 어 나타나고 있으나 연결부가 횡방향 압축응력으로 구속되 지 않은 분절거더의 경우 (Fig. 9(b)) 균열이 집중되어 나타 나는 것을 확인할 수 있다 . 그러나 , 연결부가 횡방향 압축응 력으로 보강되어 휨모멘트가 연속인 실험체 (Figs. 9(c)~9(e))

는 균열이 분산되어 연결부에 균열이 집중되는 현상이 감소 하는 것을 확인할 수 있다 . 이는 연결부에 적용된 휨연결재 및 횡방향 구속응력이 극한하중상태에서 나타나는 연결부의

joint opening 현상을 감소시켜 소위 소성힌지 (plastic hinge)

현상과 유사한 구조거동을 효과적으로 제어하고 있기 때문 인 것으로 판단된다 .

Table 5. Summary of Test Results Specimens Ultimate strength

(kN) Deflection

(mm) Crack width

(mm) Crack depth

(mm) Failure mode

Monolithic Girder 149 55 4 34

Flexural failure

Spliced Girder 144 85 6 34

Spliced Girder (S50) 159 88 9 35

Spliced Girder (S100) 161 95 10 33

Spliced Girder (S125) 163 103 13 33

Fig. 10 Deformed Shape of Test Specimen

Fig. 11 Load-Deflection Curves at the Center of the Girders

5.3 응력-변형률 관계

Fig. 12 는 실험체 중앙 경간에서의 거더 상부의 압축변형

률을 나타내고 있다 . 선형탄성구간에서는 압축변형률이 일체

거더와 분절거더 모두 동일한 거동을 보이고 있으며 (Fig.

12(a)), Fig. 12(b) 로 부터 하중이 점진적으로 증가함에 따라

분절거더의 변형률이 크게 발생함을 확인하였다 . 실험체 중 앙 경간에서 거더 상연의 압축변형률은 분절거더 실험체의 경우 사용하중상태에서 일체거더에 비하여 25% 정도 추가적 으로 더 발생하였으며 , 횡방향으로 보강된 분절거더의 경우 에는 보강되지 않은 분절거더에 비하여 , 25%(50% 보강한 거 더의 경우 ), 35%(100% 보강한 거더의 경우 ), 30%(125% 보 강한 거더의 경우 ) 의 압축변형률이 감소하였다 . Fig. 12(a) 에

나타난 결과로는 종방향 긴장력의 100% 이상으로 구속하는

것은 불필요하다는 결론을 도출할 수도 있으나 횡방향 구속 력의 도입이 중앙경간의 거더 상부에 발생하는 압축변형률 을 감소시키는 효과가 있다는 것은 확실히 알 수 있다 . 극 한하중상태에서는 횡방향으로 구속된 분절거더의 경우 연결 부에 균열집중 현상이 발생하기 때문에 일체거더에 비하여 변형률이 크게 나타나고 있으나 횡방향 구속이 없는 분절거 더에 비하여는 크게 향상된 성능을 나타내고 있다 .

Fig. 13 과 Fig. 14 는 실험체 하부의 콘크리트 응력을 나

타내고 있으며 각각 연결부 및 중앙부에 발생한 변형률을 나타내고 있다 . 콘크리트 게이지는 인장측 변형률 측정에 있 어 미세한 균열에도 민감한 반응을 나타내는 경향이 있기는

하지만 하부에 발생하는 인장변형률은 전체적으로 일체거더

에 비하여 우수한 것으로 나타났다 . Fig. 13 을 통해 연결부

하단에서 발생하는 콘크리트 변형률을 살펴보면 , Fig. 3 에서

나타낸 것과 같이 횡방향 쉬스관을 곡선배치 함으로써 횡방 향 구속력이 휨연결재와 함께 작용하여 처짐 발생과 동시에 연결부에 종방향 압축응력이 도입되는 것을 알 수 있다 . 실 험체에 하중이 재하됨과 동시에 거더의 하부에는 인장변형 이 발생하여야 하나 횡방향 구속 및 휨연결재의 동시작용으 로 인장응력이 발생하여 하중 재하 초기에 압축변형이 발생 한 후에 인장변형이 발생하게 되어 결과적으로 인장변형률 을 감소시키는 효과가 있음을 알 수 있다 .

이를 통하여 횡방향 구속력이 하중 재하시 종방향으로 작 용함으로써 연결부의 joint opening 현상을 줄여주는 역할을 하여 극한하중상태에서도 횡방향으로 구속된 분절거더가 일 체거더에 비하여 동등성능 이상을 발휘할 수 있도록 작용하 고 있음을 확인하였다 . Fig. 14 에서 보이는 바와 같이 횡방 향으로 보강된 분절거더는 횡방향 보강이 되지않은 분절거 더에 비하여 경간 중앙부의 콘크리트 거더 하연의 인장변형 률이 작게 발생함을 확인하였는데 이는 연결부의 구속효과 가 하중재하 초기에 경간 중앙부의 하단에 발생하는 인장변 형을 지연시킨 것으로 판단된다 .

Fig. 12 Load-Strain Curves of the Top of the Girders at the Middle Span

Fig. 13 Load-Strain Curves of the Bottom of the Girders at the Spliced Section

Fig. 14 Load-Strain Curves of the Bottom of the Girders at

the Middle Span

6. 결 론

본 연구에서는 분절거더의 연결부를 휨연결재 및 횡방향 구속응력을 통하여 횡방향으로 보강함으로써 일체거더와 동 일한 휨거동 성능을 발휘할 수 있는지 검증하기 위해서 정 적 재하실험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다 . 1. 동일한 단면을 가진 일체거더에 비하여 휨연결재를 가진

분절거더의 정적성능이 사용하중상태에서는 동등 이상의 성능을 나타내고 있음을 확인하였다 . 또한 극한하중상태에

서는 강도 (strength) 측면에서 동등이상의 성능을 나타내고

있으나 강성 (stiffness) 측면에서 다소 불리한 것을 확인하였

다 . 이는 휨연결재가 파괴에 이르기 전까지는 휨거동의 연 속성을 확보뿐 아니라 합성거동을 통한 단면보강의 역할 을 동시에 수행하였기 때문인 것으로 판단된다 .

2. 곡선으로 배치된 횡방향 강연선에 도입된 연결부의 횡방향

압축력이 종방향 압축응력으로 변환되어 작용하여 실험체 하부에 발생한 인장응력을 상쇄하는 역할을 수행하여 연결 부에 집중되는 인장균열을 억제하는데 기여하고 있음을 확 인하였다 . ^따라서 , ^{휨연결재 및 횡방향 구속응력으로 보강}

된 분절거더는 정적거동에 있어 사용하중상태뿐 아니라 극 한하중상태에서도 일체거더와 동일한 성능을 발휘한다고 할 수 있다 . 물론 극한하중 상태에서의 처짐이 다소 크게 발생할 수도 있으나 이는 구조물의 사용성 측면으로 강도 측면에서는 적용성에 문제가 없을 것으로 판단된다 . 3. 본 연구는 분절거더의 휨거동 향상을 위한 연결부 보강방

법을 검증하기 위하여 정적거동실험을 수행한 것으로 향 후 동적거동에 연구가 추가로 수행되어야 할 것으로 판단

되며 또한 실험에 사용된 거더의 길이가 4.8 m 로 다소

짧아 종방향 프리스트레스력과 횡방향 프리스트레스력의 상관관계를 파악하기 위해서는 실제 PSC 거더교에 주로

적용되는 경간 , ^즉 25 m ^에서 45 m ^{사이의 경간장을 갖는}

실물거더에 대한 정적 , 동적 검증이 추가로 이루어지면 좋 을 것으로 판단된다 .

감사의 글

본 연구는 한국과학재단 ( 과제번호 R01-2008-000-1117601),

한국콘크리트학회의 Construction Core Technology Program D11, “Center for Concrete Corea” 의 재정적인 지원을 통 해 이뤄졌으며 , 이에 감사의 뜻을 전합니다 .

참고문헌

신성우 (2003) The Promotion Plan of HSC-HPC in Korea Construction Industry. 대한건축학회 국제세미나 , ^{대한건축학}

회 , pp. 209-289.

유승운 , 오병환 (1996) 세그멘탈 PC 교량의 전단키 형상에 관한 실험적 연구 . ^{대한토목학회논문집} , 대한토목학회 , 제 16 권 제 1- 6 호 , pp. 725-734.

이호준 , ^변근주 , ^송하원 , ^김호진 , ^김윤수 (2005) ^{프리스트레스트 콘}

크리트 중공슬래브 교량의 분절 거동 . 한국콘크리트학회 봄 학술발표회논문집 , 한국콘크리트학회 , 제 17 권 제 1 호 , pp. 43-

정원석 46. , ^김재흥 , ^정대기 (2007) ^분절 PSC ^{박스거더의 정적거동에}

관한 실험적 연구 . 한국콘크리트학회 논문집 , 한국콘크리트학 회 , 제 19 권 제 4 호 , pp. 433-439.

한만엽 , 강태헌 , 신재우 , 진경석 (2006) 전단연결부 형상에 따른 분절부재의 전단내하력에 대한 실험적 연구 . ^{대한토목학회 정}

기학술대회 , 대한토목학회 , pp. 1312-1315.

Annamalai, G. and Brown, R.C. (1990) Shear transfer behavior of post-tensioned grouted shear key connectors in precast con- crete frame structures. Structural Journal , ACI , Vol. 87, No. 1, pp. 701-719.

Kim, J.-H.J., Nam, J.N., Kim, H.J., Kim, J.H., Kim, S.B., and Byun, K.J. (2008) Overview and applications of precast, pre- stressed concrete adjacent box-beam bridges in South Korea.

PCI Journal , PCI , Vol. 53, No. 4, pp. 83-107.

Kaneko, Y., Connor, J.J., Triantafillow, T.C., and Leung, C.K.

(1993) Fracture mechanics approach for failure of concrete shear key. I: Theory. Journal of Engineering Mechanics , ASCE , Vol. 119, No. 4. pp. 681-700.

( 접수일 : 2010.1.13/ 심사일 : 2010.2.22/ 심사완료일 : 2010.3.17)