사용성 설계를 위한 PSC 합성거더교의 시간의존적 변수해석

윤석구(Youn Seok-Goo),조선규(Cho Sun-Kyu),이종민(Lee Jong-Min) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 A Vol.26 No.5A

PSC 합성거더교의 사용성을 만족시키기 위해서는 사용하중 상태에서 구조물에 발생하는 응력과 변형을 정확히 예측하는 것이 필수적이다. 응력과 변형은 콘크리트의 건조수축과 크리프, 그리고 긴장재의 리락세이션에 의한 영향으로 시간에 따라 연속적으로 변화된다. 시간의존적인 영향의 중요성은 전체 구조가 일시에 제작되는 경우보다 단계별로 시공되는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 구조물에서 더욱 커진다. 본 연구에서는 기존 30m PSC거더 표준단변을 이용한 PSC 합성거더교에 대해 긴장력 도입시기와 콘크리트바닥판 타설시기의 변동성을 고려한 장기거동해석을 수행하였다. 단순교와 연속교에 대해 시공단계별 장기거동 해석을 위한 PSC 합성거더교 전용해석프로그램을 개발하였으며 이를 이용하여 변수해석을 수행하였다. 시공단계별 변수해석결과를 토대로 PSC 합성거더교의 장기거동특성과 현행 프리스트레스 감소량과 관련된 현행규정의 적용한계성을 분석하였다. To ensure the serviceability requirements of PSC composite girder bridges, it is essential to predict the stresses and deformations of the structure under service load conditions. Stresses and deformations vary continuously with time due to the effects of creep and shrinkage of concrete and relaxation of prestressing steel. The importance of these time-dependent effects is much more pronounced in precast prestressed concrete structures built in stages than in those constructed in one operation. In this paper, time-dependent analyses for PSC composite bridges using 30m standard girders have been conducted considering with the variation of the times of introducing initial prestressing forces and casting concrete. A computer program has been developed for the time-dependent analysis of simple or continuous PSC composite girders and parametric studies are conducted. Based on the numerical results, it is investigated the long-term behaviors of PSC composite girder bridges and discussed the limitations of the current codes for the prestress loss.

PSC 박스 거더 철도교량 최적단면

조경식(Kyeong-Sik Cho),안기업(Ki-up An),이지엽(Ji-Yop Yi),곽종원(Jong-Won Kwark),곽임종(Im-Jong Kwahk) 한국철도학회 2015 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2015 No.10

철도교에서 가장 많이 사용되는 교량 형식으로는 PSC 박스 거더교를 꼽을 수 있다. 특히 현재까지 건설된 고속 철도교의 경우 PSC 박스 거더교가 90% 이상을 차지하고 있다. 그렇기 때문에 PSC박스 거더교를 최적 설계할 경우 국가 SOC 사업 비용을 절감하는 효과를 도출할 수 있다. 국내에서는 비교적 최근에 설계된 호남고속철도의 경우 과거에 비하여 많은 부분 최적설계가 이루어졌다. 하지만 2013년도 철도 설계 기준이 개정되었기 때문에 이를 적용한 최적 설계가 필요하다. 최근에 설계된 국내외의 PSC박스 거더교를 조사분석하고 이를 반영하여 PSC박스 거더교의 최적설계를 수행한 결과 주요 물량을 상당부분 절감하는 결과를 도출하였다. 이에 따른 경제성 향상도 기대 할 수 있을 것으로 사료된다. PSC box girder have been very widely used as type of rail road. PSC box girder have been very widely used as type of girder. Especially, high-speed railroad bridges in Korea have been constructed in PSC box girder type over 90% up to now. So, if PSC box girder is designed economically, the fund for SOC projects can be decreased. It’s designed more economical then predecessor that Honam high speed railway girder is designed recently as PSC box girder in Korea. But it need to be newly optimal design. Because train load changed from HL-25 into KRL-2012 and criteria of dynamic behavior design changed in accordance with change of Design Criteria for Railroad in 2013. Therefore I made an investigation into recent PSC box girder for railroad bridges and analyzed it. And then I designed the PSC box girder reflecting it. As a result I got the result reduced main resources of PSC box girder.

비선형 FEM 해석에 기초한 PSC I형 거더교량의 내하력 평가기법에 관한 연구

심종성,주민관,김규선,문도영 한국구조물진단유지관리공학회 2008 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.12 No.6

기존 USD 평가법은 단순지지 PSC I형 거더교량의 프리스트레싱 상향력을 간과함에 따라 내하력을 보수적으로 평가할 수 밖에 없는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 프리스트레싱 상향력 효과가 적용된 수정 강도설계법(MUSD)이 제안되었으며, 동일 대상교량에 대해 적용하여 기존 내하력 평가법과 비교분석하였다. 또한 활하중 계수를 이용한 비선형 FRM 해석에 의한 내하율 평가방법이 새로 제안되어 기존 실험 및 해석적인 연구와의 비교를 통해 단순지지 PSC I형 거더교량에 적용가능한 합리적인 내하력 평가방법을 제시하였다. 평가결과, 본 연구에서 제안한 MUSD 내하력 평가법은 기존 USD 평가법에 비해 단순지지 PCS I형 거더교량의 내하율을 합리적으로 평가할 수 있는 것으로 분석되었으며, 특히 비선형 유한요소 해석법에 의한 내하력 평가법은 PSC 교량구조물의 전반적인 구조거동 분석과 함께 해당 교량구조물의 내하력을 다각도로 평가할 수 있는 것으로 확인되었다. The purpose of this study is to improve and modify the evaluation method of load carrying capacity for simply supported PSC I Typed girder bridge. To do this, conventional ASD(Allowable Stress Design) and USD(Ultimate Strength Design) evaluation method were initially investigated and it was evaluated that the conventional USD evaluation method may perform the load carrying capacity as conservative because it do not consider the prestressing upper-force effect of simply supported PSC I Typed girder bridge. To reasonably evaluate the load carrying capacity, the upper-force effect should be considered to the PSC I Typed girder bridge. Thus, in this study, the MUSD method was Suggested and compared to the nonlinear FEM based-load carrying capacity using the live load factor and the efficiency of the evaluation method of load carrying capacity was investigated by experimental and analytical result. In the result of this study, the suggested MUSD evaluation method showed a reasonable evaluating result for the simply supported PSC bridge. For the new technique of load carrying capacity based on the nonlinear FEM analysis, it could effectively simulate the load-deflection relationship and the load carrying capacity of the PSC I Typed girder bridge.

PSC I 거더교 유지관리를 위한 긴장재 손상에 따른 거동 분석

박종호,최진웅 한국구조물진단유지관리공학회 2024 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.28 No.2

프리스트레스트 콘크리트(PSC) 교량은 긴장재 부식과 파단에 취약하며, 특히 내부 포스트텐션 형식을 사용하는 구조물은 내부 긴장재 조사의 한계로 유지관리에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 고속도로 교량의 약 35%를 차지하는 PSC I 거더교의 트럭 재하 실험을통하여 긴장재 손상에 따른 실제 거동을 분석하고 유지관리 전략을 제시하고자 하였다. 대상 PSC I 거더교는 고속도로의 폐교량이며, 상·하행교량의 공용기간은 각각 33년, 20년이다. 단부 및 중앙부 등 긴장재 손상 위치와 정적 및 동적, 거더별 하중 재하 방법에 따라 처짐과 콘크리트변형률을 계측하였다. 교량의 노후화와 관계없이 긴장재 손상이 거더 중앙부에 가까울수록 교량의 구조 성능은 감소하였다. 트럭 하중이 긴장재 절단이 발생한 거더에 근접될수록 거동의 변화가 증가하였다. 긴장재 절단 인접거더에 하중이 재하 될 경우 교량 전체 구조계의 영향으로 구조적 성능은 유지 가능할 것으로 판단된다. 거더 중앙부 긴장재가 절단된 경우 처짐의 변화량은 육안 관찰이 어려운 수준인 반면, 절단 위치의콘크리트 변형률은 균열발생 변형률을 초과하였다. 따라서 향후 PSC I 거더교의 모니터링 및 유지관리 시에 콘크리트 변형률 또는 균열에 중점을 두는 것이 효율적이라 판단된다. Prestressed concrete (PSC) bridges are vulnerable to corrosion and fracture of tendons, and in particular, structures using the internal post-tensioned with grouted system have difficulties in maintenance due to limitations of inspection. In this study, the actual behavior of PSC I girder bridge was analyzed according to tendon damage. The target PSC I girder bridge, an decommissioned highway bridge of upper and lower bridges, had the service period of 33 years and 20 years, respectively. Deflection and concrete strain were measured according to the location of damaged tendon and loading method. Regardless of the age of the bridge, its structural performance decreased when the damaged tendon was closer to the center of the girder. The change in behavior increased as the truck load approached to the girder where the tendon cut. If the load was applied to the adjacent girder where the tendon was cut, the structural performance was likely to be maintained due to the influence of the entire structural system. The change in deflection was difficult to observe visually, while the concrete strain exceeded the cracking strain. Therefore, it is recommended that future monitoring and inspection of PSC I girder bridges should focus on concrete strain or cracking.

프리스트레스트 콘크리트 교량의 정적 풍하중 거동에 대한 재료 비선형성의 영향

이재석,최규천 한국풍공학회 2006 한국풍공학회지 Vol.10 No.2

A study for the effects of material nonlinearity on the wind load behavior of PSC(Prestressed Concrete) bridges is presented. To account for the nonlinear behaviors of the PSC bridges, the effects of material and geometric nonlinearities as well as the time-dependent properties of materials are considered. For the material nonlinear analysis, the nonlinear stress-strain relationship and cracking of concrete and nonlinear stress-strain relationships of reinforcing steel, prestressing steel and cable including load reversals are considered. Various case studies regarding the effects of material and geometric nonlinearities on the wind load behavior of segmentally erected straight PSC girder bridge and straight and curved PSC cable-stayed bridges are carried out. The numerical results on these bridges show that the analysis considering the effects of material nonlinearity due to crack of the concrete and geometric nonlinearity due to increase of transverse deflections of the bridge deck under the wind load is important to predict the wind load behaviors of the PSC cable-stayed bridges exactly during the construction or after the completion of the bridges. 이 논문에서는 재료의 비선형성의 고려여부가 PSC 교량의 풍하중 거동을 예측하는 데 미치는 영향을 검토하였고, 부가적으로 기하학적 비선형성이 풍하중 거동을 예측하는 데 미치는 영향도 검토하였다. PSC 교량의 정적거동해석을 위해 재료의 비선형성과 기하학적 비선형성 및 재료의 시간의존적 특성의 영향을 모두 고려하였으며, 재료의 비선형성으로는 콘크리트의 인장균열과 콘크리트, 보강철근, PS 강재 및 케이블의 비선형 응력-변형률 관계와 하중반전(load reversal)을 고려하였다. 재료의 비선형성과 기하학적 비선형성의 고려여부를 조합하여 직선 PSC 거더교와 직선 PSC 사장교 및 곡선 PSC 사장교의 풍하중 거동을 해석한 후 각각의 영향을 비교하였다. 재료의 비선형성과 기하학적 비선형성을 모두 고려하여 해석한 경우에, 상판이 연결되기 직전 단계에서는 직선 PSC 사장교와 곡선 PSC 사장교에서 풍하중에 의한 처짐이 크게 증가하고, 시공완료 직후에 구조물의 자중과 활하중 및 풍하중에 의해 직선 PSC 사장교의 주경간에서 균열이 발생함을 확인하였다. 따라서 PSC 사장교의 풍하중 거동을 정확히 예측하기 위해서는 통상적으로 고려하는 기하학적 비선형성에 더하여 재료의 비선형성을 가능한 정확히 고려한 해석이 필요함을 알 수 있었다.

PSC박스거더교의 유지관리 개선방안

이영일 ( Lee Yeong-il ),최진웅 ( Choi Jin-woong ),전준창 ( Jeon Jun-chang ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.2

현재 PSC박스거더교의 상부플랜지는 시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침(안전점검 및 진단/ 성능평가)에 따라 콘크리트 바닥판으로 유지관리되고 있다. PSC박스거더의 상부플랜지는 기능적으로는 바닥판 역할을 하지만, 구조적으로는 내부에 PS강선이 매입된 PSC 부재로 거동할 뿐만 아니라, 지점부 상부플랜지에 PS강재가 매입되어 있으므로 PSC 거더부와 동일한 유지관리 수준을 적용하는 것이 합리적이다. 따라서, PSC 거더부와 동일한 유지관리 수준을 적용하면 PSC박스거더교의 특성에 부합하는 적극적이고 예방적 차원의 유지관리에 기여할 것으로 판단된다.

PSC 박스 거더교 내부의 덕트 공동 탐지를 위한 LSTM Auto-Encoder의 활용

이다인(Da-In Lee),오병두(Byoung-Doo Oh),최형(Hyung Choi),김유섭(Yu-Seop Kim) 한국정보과학회 2022 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.28 No.2

PSC 박스 거더교는 내부 구조물 중 덕트 내부에 강연선을 삽입 후 콘크리트를 타설하지만, 작은 내부 직경으로 인해 약간의 실수로도 공동이 발생할 수 있다. 그래서 비파괴 검사인 Impact-Echo (IE) 신호에 대해 전문가의 해석이 요구되지만, 덕트 내부의 공동을 정확히 식별하기는 어렵다. 또한, IE 신호는 측정하는 환경에 따라 신호의 패턴이 달라진다. 따라서 본 연구에서는 PSC 박스 거더교 내부 덕트의 공동 여부를 탐지하기 위해 IE 신호와 비지도 학습인 오토 인코더(Auto-Encoder)를 도입한다. 오토인코더의 구조는 시계열 데이터에 장점을 보이는 장단기 메모리(Long Short-Term Memory)를 활용한다. 우리는 정상 IE 신호를 LSTM 오토 인코더로 학습한 후 평가 데이터에 대한 인코더의 출력(잠재 벡터)을 비교하여 평가한다. 실험 결과, 공동 신호와 정상 신호의 잠재 벡터는 최대 0.0634의 유사도 차이를 보였다. 이를 통해 실제 PSC 박스 거더교 내부 덕트의 공동을 탐지하는 데에 도움을 될 것이다. In the PSC box girder bridge, concrete is poured after inserting a tendon inside the duct, but void may occur due to the small internal diameter. Therefore, many experts interpreted the Impact-Echo (IE) signal, which is a non-destructive test, but it is difficult to accurately identify the void inside the duct. In addition, the IE signal has a different pattern depending on the measurement environment. In this study, the IE signal and Auto-Encoder are introduced to detect the void inside the duct of the PSC box girder bridge. The structure of the auto-encoder utilizes Long Short-Term Memory, which is advantageous for time series. We trained the normal IE signal by the LSTM auto-encoder and compared the encoder"s output (latent vector) for evaluation. As a result, the latent vectors of the void signal and the normal signal have a similarity difference up to 0.0634. This will help to detect voids in the duct inside the actual PSC box girder bridge.

서울시 노후 PSC박스거더교의 내부텐던 상태조사 연구

김영진 ( Kim Young Jin ),양달훈 ( Yang Dal-hun ),송치원 ( Song Chiwon ),진원종 ( Chin Won Jong ),김재석 ( Kim Jae-seok ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.2

노후 프리스트레스트 콘크리트(PSC)교량의 구조안전성이 사회적으로 큰 이슈가 되고 있으나, 핵심부재인 내부텐던의 상태조사는 물리적인 한계로 거의 수행되지 않고 있다. 본 연구에서는 노후 PSC교량의 구조건전성을 확보하기 위한 상태조사 절차로 GPR탐사, IE기법을 활용한 공동(Void)탐사, 천공 및 내시경조사, 파취조사, 그라우트샘플링 및 특성시험 등으로 제시하였다. 위험도 매트릭스 및 확률론적 샘플링 기법을 통해 서울시 5개 PSC박스거더교량의 386개소와 6개 PSC I-거더교 등의 24개소를 상태조사 위치로 선정한 후 현장조사를 실시하고 있다. 본 연구에서는 현재 수행된 홍제천고가교 상태조사에 대하여 내부텐던 결함을 분석하고 기술한다. 홍제천고가교 조사 대상텐던은 총 80개소로 선정되었으며, 그 중 7개소에서 그라우트 미충진과 일부 강연선 부식이 발견되었다. 원인과 영향 범위를 정확히 추정하기 위해 추가적인 현장조사를 진행하고 있으며 향후 조사결과가 나오면 홍제천고가교 내부텐던의 구조적 안전성에 대한 정확한 예측이 가능할 것으로 판단된다.

PSC-I 거더교의 지진취약도 평가를 위한 HAZUS 방법의 국내 적용성 연구

서형열,이진학,김두기,송종걸 한국구조물진단유지관리공학회 2010 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.14 No.2

교량구조물의 지진재해평가기술을 개발하기 위해서는 전체 교량에 대한 분류체계별 표준교량을 선정한 후, 간편한 정식화 방법을 통해 지진취약도를 분석하고, 이로부터 교량의 근사적인 지진위험도를 평가하는 것이 현실적이라 할 수 있다. 본 연구에서는 HAZUS에서 사용 중인 간편하면서도 실용적인 방법을 미국과 국내의 내진설계수준 등을 고려하여 국내 PSC-I 거더교에 적용 가능하도록 ‘수정된 HAZUS 방법에 의한 한국형 지진취약도함수’를 개발하였다. 이를 위해 국내 표준교량 형식 중 하나인 PSC-I 거더교에 대해 수치해석적 방법을 적용하여 해석적 지진취약도함수를 구하고, 수정된 HAZUS 방법을 적용하여 지진취약도함수를 구한 후 그 결과를 비교·분석하였다. 수정된 HAZUS 방법에서의 주요 계수는 수치해석적 방법에 의한 지진취약도함수와 가장 유사한 경향을 보이도록 하는 계수를 선택하는 방법으로 결정하였으며, 강도감소계수의 경우 HAZUS에서 제시한 값의 70% 수준을 사용할 때 해석적 결과와 유사한 지진취약도 함수를 구할 수 있음을 알 수 있었다. To reduce the amount of seismic damage, several design codes are being improved considering the earthquake resistant systems, and many researches are being conducted to develop the earthquake damage evaluation techniques. This study develops the Korean seismic fragility function using the modified HAZUS method applicable to PSC-I girder bridges in Korea. The major coefficients are modified considering the difference between the seismic design levels of America and Korea. Seismic fragility function of the PSC-I girder bridge (one of the standard bridge types in Korea) is evaluated using two methods: numerical analysis and modified HAZUS method. The main coefficients are obtained about 70% of the proposed values in HAZUS. It is found that the seismic fragility function obtained using the modified HAZUS method closes to the fragility function obtained by conventional numerical analysis method.

단경간 및 다경간 PSC-I 교량의 바닥판 및 거더의 균열분포 예측

정현진,안효준,김재환,박기태,이종한 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.27 No.6

국내 고속도로 교량 중 가장 많은 비중을 차지하고 있는 PSC-I 거더교의 최근 10년간 정밀 안전진단 데이터의 상태등급을 분석한 결과41.3%가 C등급으로 나타났다. 노후화되는 교량이 증가함에 따라 선제적 관리가 중요시되고 있다. 바닥판과 거더는 손상 및 열화 발생 시 교체 주기가 길어 교량의 서비스 및 노후도에 미치는 영향이 매우 크다. 또한 신축이음과 교량받침 등의 장치 손상 발생 비율도 높아 교량 부재에 미치는영향에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 단경간 및 다경간 대표 PSC-I 거더 교량을 선정하여, 교량의 주요부재 및 부재 장치의단일손상과 바닥판의 열화가 결합된 이종손상 시나리오를 정의하였다. 이종손상이 발생한 경우 단일손상이 발생한 경우보다 균열 발생 면적이 증가하였으며, 단경간 교량의 경우 교량받침 손상으로 인해 거더 균열 분포가 크게 확산되었으며, 다경간 교량의 경우 신축이음 양면손상으로 인해바닥판의 균열분포가 크게 확산되었다. 이를 통해 교량 장치 손상이 발생하였을 때, 신속한 보수 및 교체가 이루어지지 않으면 손상 발생과 손상 확산으로 2차 피해를 유발할 수 있어, 바닥판 및 거더의 응답에 대한 지속적인 관찰과 대응이 필요할 것으로 판단된다. PSC-I girder bridges constitute the largest proportion among highway bridges in Korea. According to the precision safety diagnosis data for the past 10 years, approximately 41.3% of the PSC-I bridges have been graded as C. Furthermore, with the increase in the aging of bridges, preemptive management is becoming more important. Damage and deterioration to the deck and girder with a long replacement cylce can have considerable impacts on the service and deterioration of a bridge. In addition, the high rate of device damages, including expansion joints and bearings, necessitates an investigation into the influence of the device damage in the structural members of the bridge. Therefore, this study defined representative PSC-I girder bridges with single and multiple spans to evaluate heterogeneous damages that incorporate the damage of the bridge member and device with the deterioration of the deck. The heterogeneous damages increased a crack area ratio compared to the individual single damage. For the single-span bridge, the occurrence of bearing damage leads to the spread of crack distribution in the girder, and in the case of multi-span bridges, expansion joint damage leads to the spread of crack distribution in the deck. The research underscores that bridge devices, when damaged, can cause subsequent secondary damage due to improper repair and replacement, which emphasizes the need for continuous observation and responsive action to the damages of the main devices.