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보고서 요약서

SUMMARY

CONTENTS

목차

제1장 연구개발과제 개요 19

1절 연구개발의 목적 및 필요성 19

1. 연구개발의 목적 19

2. 연구개발의 필요성 20

2절 연구개발의 정의, 범위 및 특징 23

1. 연구개발 정의 23

2. 연구 개발 범위 30

3. 연구개발 특징 37

제2장 국내외 기술개발 현황 41

1절 국내·외 연구동향 41

가. 고강도 콘크리트 기술동향 41

나. 저형고 교량의 기술동향 42

다. 유지관리 최소화 기술동향 43

라. PSC I 거더 교량의 경제성 향상을 위한 기술동향 44

마. 말뚝의 경제성 향상을 위한 기술 동향 45

2절 국내·외 기술 특허 동향 46

가. 국내외 기술 개발 수준 분석 46

나. 국내외 관련 기술 특허 동향 46

제3장 연구수행 내용 및 성과 49

1절 연구 수행 단계 49

2절 고강도콘크리트 생산기술 50

3절 다양한 신형식 말뚝 및 연결 기술 개발 51

1. 실험 목적 51

2. 실험체 종류 및 개수 52

3. 단면 상세 및 제작 방법 68

4. 실험 수행 결과 70

5. 결과 분석 86

4절 거더-교대 접합부 상세 개선 99

1. 실험 목적 99

2. 실험 계획 99

3. 실험체 제작 및 실험 106

4. 실험 결과 107

5. 강도 분석 109

6. 소결 111

5절 프리텐션과 부재의 시공 중 거동 예측 기술 112

1. 연구개요 112

2. 실험체 설계 114

3. 실험체 제작 115

4. 실험방법 117

5. 실험 결과 및 분석 119

6. 결론 133

6절 시제품 성능 평가 실험 134

1. 시제품 제작 목적 및 실험 계획 134

2. 실험체 설계 135

3. 실험체 제작 146

4. 실험 계측 및 방법 152

5. 실험 결과 159

6. 실물 실험체 성능 평가 170

7. 소결 171

8. 비선형 구조 해석 (Non-Linear Analysis) 172

9. 선형탄성 구조 해석 (Linear Analysis) 191

10. 비선형 및 선형탄성 구조 해석 결과 분석 192

11. 결론 193

제4장 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 195

1절 목표 달성도 195

2절 관련분야 기여도 197

(1) 국가 연구 개발 사업 유사연구 검토 197

(2) 사업화과제의 차별화 내용 198

(3) 국내외 시장분석 및 사업화 전망 198

(4) 종합결론 206

제5장 연구 개발 성과의 활용 계획 209

1절 연구개발 성과 활용 계획 209

2절 연구에 따른 기대성과 및 파급효과 211

가. 과학기술적 측면 211

나. 사회·경제적 측면 212

다. 정책적 측면 213

제6장 연구 개발 성과의 보안등급 215

1. 공개 가능 여부 : 공개 가능 215

2. 보안등급 : 일반과제 215

제7장 국가과학기술정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 215

제8장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행 실적 216

1절 연구실 안전조치 이행 계획 216

1. 한맥기술 216

2. 고려대학교 산학협력단 218

제9장 연구개발과제의 대표적 연구 실적 219

제10장 기타사항 219

제11장 참고문헌 221

[표 1.2.1] 동일 계열 교량 공사비 비교 23

[표 1.2.2] 제안기술에 대한 구조 거동특성 검토 27

[표 2.1.1] 해외 고강도 콘크리트 시공 사례 41

[표 2.2.1] 국내 특허 분석 47

[표 2.2.2] 국내 관련 특허 키워드 분석 48

[표 3.2.1] 고강도콘크리트 배합비 50

[표 3.3.1] 복합말뚝 실험체 종류 52

[표 3.3.2] 실험체당 재하 축하중 71

[표 3.3.3] 이종 재료 간 합성거동 수치해석 단면제원 86

[표 3.3.4] CFT 단면의 설계기준별 강성 기준 91

[표 3.3.5] CFT말뚝 시제품의 재료 및 단면 제원 91

[표 3.3.6] 각 설계기준에 의한 CFT말뚝의 단면 영향계수 91

[표 3.4.1] 거더-교대 간 접합부 휨균열강도 평가 결과 109

[표 3.4.2] 거더-교대 간 접합부 휨공칭강도 평가 결과 110

[표 3.5.1] 실험체 별 콘크리트 압축강도 117

[표 3.5.2] 솟음량 및 회전량 125

[표 3.5.3] 균열 강도 및 극한강도 132

[표 3.6.1] 실물실험체 제원 135

[표 3.6.2] 공정별 콘크리트 압축강도(MPa) 150

[표 3.6.3] 측정 장비 및 센서 152

[표 3.6.4] 게이지 부착 위치와 게이지 번호 153

[표 3.6.5] 실험 전경 157

[표 3.6.6] 재료별 적용 비선형 해석 이론 172

[표 3.6.7] 재료 강도 173

[표 3.6.8] 구조해석 검토 항목 173

[표 3.6.9] 경계조건 175

[표 3.6.10] 재하 하중별 발생변위 175

[표 3.6.11] 각 검토단면별 재하 하중에 따른 인장응력 176

[표 3.6.12] 각 검토단면별 재하 하중에 따른 인장변형률 176

[표 3.6.13] 각 검토단면별 재하 하중에 따른 철근 및 강연선 인장응력 177

[표 3.6.14] 각 검토단면별 재하 하중에 따른 철근 및 강연선 인장응력 177

[표 3.6.15] 각 검토단면별 재하 하중에 따른 압축응력 178

[표 3.6.16] 각 검토단면별 재하 하중에 따른 압축변형률 178

[표 3.6.17] 재료시험결과에 따른 콘크리트 물성치 182

[표 3.6.18] 재료시험결과에 따른 철근 물성치 183

[표 3.6.19] 재료시험 결과에 따른 구조해석 적용 물성치 183

[표 3.6.20] 재하 하중별 발생변위 184

[표 3.6.21] 각 검토단면별 재하 하중에 따른 인장응력 185

[표 3.6.22] 각 검토단면별 재하 하중에 따른 인장변형률 185

[표 3.6.23] 각 검토단면별 재하 하중에 따른 철근 및 강연선 인장응력 186

[표 3.6.24] 각 검토단면별 재하 하중에 따른 철근 및 강연선 인장변형률 186

[표 3.6.25] 각 검토단면별 재하 하중에 따른 압축응력 187

[표 3.6.26] 각 검토단면별 재하 하중에 따른 압축변형률 187

[표 4.2.1] 유사 연구 분석 197

[표 4.2.2] 국가연구개발사업 유사 연구 과제 197

[표 4.2.3] 유사 연구과제와 본 과제의 차이점 198

[표 4.2.4] 최근 5년간 교량 복구비용 199

[표 4.2.5] 각 분야별 SOC 사업 예산 199

[표 4.2.6] 국도 평균 건설 단가 199

[표 4.2.7] 국내 고속도로 노선별 교량 비율 200

[표 4.2.8] 교량 평균 건설 단가 200

[표 4.2.9] 교량 형식별 분포도 201

[표 4.2.10] 공사비 검토 204

[표 4.2.11] SWOT 분석 207

[그림 1.1.1] 기존 공법(프리플렉스교)과 제안공법의 개략도 19

[그림 1.1.2] 형하 여유 공간이 많지 않은 곳 및 도심지에 가설된 교량 사례 21

[그림 1.1.3] 교량 유지관리 사례 22

[그림 1.2.1] 개발 교량 개략도 23

[그림 1.2.2] 목표 공사비 산정을 위한 기존 교량 공사비 분석 (L＝40m) 24

[그림 1.2.3] 프리캐스트 제작 설비 25

[그림 1.2.4] 분절거더 모멘트도 25

[그림 1.2.5] 분절거더에 프리텐션 도입 후 접합면 거동 26

[그림 1.2.6] 일체형 교량의 거더-교대 접합부 배근 28

[그림 1.2.7] 복합말뚝 29

[그림 2.1.1] 프리플렉스교 시공사례 42

[그림 2.1.2] IAB 교량사례 : 미국 인디애나주 SR18 over Missinewa River 43

[그림 2.1.3] 저형고 라멘교 시공사례 43

[그림 2.1.4] PSC I형 거더 44

[그림 2.1.5] 복합말뚝 45

[그림 3.1.1] 신기술 개발 주요 연구 단계 49

[그림 3.2.1] 고강도 콘크리트 생산 설비 및 시험성적서 50

[그림 3.3.1] CFT Pile 실험체 일반도 (Type A, Type B, Type C) 53

[그림 3.3.2] SC, Steel, RC Pile 실험체 일반도 54

[그림 3.3.3] CFT Pile 접합부 실험체 일반도 55

[그림 3.3.4] PHC Pile 실험체 개요도 (두부보강-원컷팅 방식) 56

[그림 3.3.5] PHC Pile 실험체 개요도 (두부보강-도로교 설계기준(안)) 57

[그림 3.3.6] PHC Pile 실험체 기초 배근도 58

[그림 3.3.7] CFT Pile 실험체 개요도 (Type A) 59

[그림 3.3.8] CFT Pile 실험체 기초 배근도 (Type A) 60

[그림 3.3.9] CFT Pile 실험체 개요도 (Type B) 61

[그림 3.3.10] CFT Pile 실험체 기초 배근도 (Type B) 62

[그림 3.3.11] SC Pile 실험체 개요도 63

[그림 3.3.12] SC Pile 실험체 기초 배근도 64

[그림 3.3.13] RC Pile 실험체 개요도 65

[그림 3.3.14] RC Pile 실험체 기초 배근도 66

[그림 3.3.15] 가력부 Zig 개념도 67

[그림 3.3.16] CFT말뚝의 시험 생산과 실험체 제작 전경 69

[그림 3.3.17] 말뚝 실험체 제작 과정 69

[그림 3.3.18] 실험 별 하중 재하 및 경계 지점 70

[그림 3.3.19] 가력 하중 프로그램 71

[그림 3.3.20] CFT말뚝 (Type A-양단 강판 밀폐형) 72

[그림 3.3.21] CFT말뚝 (Type B-양단 개방형) 72

[그림 3.3.22] CFT말뚝 (Type C-양단 철근 보강형) 73

[그림 3.3.23] RC말뚝 74

[그림 3.3.24] SC말뚝 74

[그림 3.3.25] 강관 말뚝 실험 결과 75

[그림 3.3.26] CFT말뚝 (Type-A) 75

[그림 3.3.27] RC말뚝의 전단균열 형태 76

[그림 3.3.28] 말뚝 간 연결부 (CFT-PHC 접합부) 76

[그림 3.3.29] 각 말뚝별 연결부 균열 및 파괴 형태 76

[그림 3.3.30] CFT말뚝의 두부보강장치 (Type A-볼트 이음식, P＝0kN) 77

[그림 3.3.31] CFT말뚝의 두부보강장치 (Type A-볼트 이음식, P＝0kN)의 파괴 양상 77

[그림 3.3.32] CFT말뚝의 두부보강장치 (Type A-볼트 이음식, P＝430kN) 78

[그림 3.3.33] CFT말뚝의 두부보강장치 (Type A-볼트 이음식, P＝430kN)의 파괴 양상 78

[그림 3.3.34] CFT말뚝의 두부보강장치 (Type A-볼트 이음식, P＝860kN) 79

[그림 3.3.35] CFT말뚝의 두부보강장치 (Type A-볼트 이음식, P＝860kN)의 파괴 양상 79

[그림 3.3.36] CFT말뚝의 두부보강장치 (Type B-J형 철근 이음식, P＝0kN) 80

[그림 3.3.37] CFT말뚝의 두부보강장치 (Type B-J형 철근 이음식, P＝0kN)의 파괴 양상 80

[그림 3.3.38] CFT말뚝의 두부보강장치 (Type B-J형 철근 이음식, P＝430kN) 81

[그림 3.3.39] CFT말뚝의 두부보강장치 (Type B-J형 철근 이음식, P＝430kN)의 파괴 양상 81

[그림 3.3.40] CFT말뚝의 두부보강장치 (Type B-J형 철근 이음식, P＝860kN) 82

[그림 3.3.41] CFT말뚝의 두부보강장치 (Type B-J형 철근 이음식, P＝860kN)의 파괴 양상 82

[그림 3.3.42] 하중에 따른 RC말뚝의 두부보강장치 실험 결과 83

[그림 3.3.43] SC 말뚝의 두부보강장치-축하중(650kN) 84

[그림 3.3.44] SC 말뚝의 두부보강장치-축하중(650kN)의 파괴... 84

[그림 3.3.45] PHC 말뚝의 두부보강-축하중(720kN) 85

[그림 3.3.46] PHC 말뚝의 두부보강-축하중(720kN)의 파괴 양상 85

[그림 3.3.47] 합성구조물 비선형 해석 결과-변형형상 87

[그림 3.3.48] 합성구조물 비선형 해석 결과-변형률 분포 88

[그림 3.3.49] CFT Type별 하중-변위 곡선 89

[그림 3.3.50] CFT말뚝 강성 분석 90

[그림 3.3.51] CFT말뚝 강성 분석 92

[그림 3.3.52] CFT Pile의 휨 실험과 연결부 실험 결과 비교 95

[그림 3.3.53] CFT말뚝의 두부보강장치(Type B : J형 철근 이음)의 하중-변위 곡선 및 파괴양상 95

[그림 3.3.54] SC Pile의 휨 실험과 연결부 실험 결과 비교 96

[그림 3.3.55] RC Pile의 휨 실험과 연결부 실험 결과 비교 96

[그림 3.3.56] 말뚝 두부접합부의 검토 단면 97

[그림 3.3.57] 말뚝 두부접합부의 강도 분석 97

[그림 3.4.1] 기존 일체형 교량의 거더-교대... 99

[그림 3.4.2] 거더-교대 접합부 실험체 거더 일반도 100

[그림 3.4.3] 거더-교대 접합부 실험체 거더 배근도 101

[그림 3.4.4] 거더-교대 접합부 실험체 일반도 102

[그림 3.4.5] 거더-교대 접합부 실험체 배근도 (1) 103

[그림 3.4.6] 거더-교대 접합부 실험체 배근도 (2) 104

[그림 3.4.7] 거더-교대 접합부 실험체 배근도 (3) 105

[그림 3.4.8] 실험체 제작 106

[그림 3.4.9] 완성된 실험체 형상 및 하중 재하 유압잭 106

[그림 3.4.10] 거더-교대 간 접합부 실험 균열 형상 107

[그림 3.4.11] 실험체 하중-변위 곡선 107

[그림 3.4.12] 접합부 설계 검토 단면 109

[그림 3.4.13] 접합부 FEM 해석 110

[그림 3.4.14] 단면 휨 강도 분석 110

[그림 3.5.1] 분절 거더에 프리텐션 도입 후 접합면 거동 112

[그림 3.5.2] 프리텐션 전달장 개념 및 반력대 113

[그림 3.5.3] 프리텐션 세그먼트 변형량 계측 계획도 113

[그림 3.5.4] 분절거더 접합면 상세 및 시공 사례 114

[그림 3.5.5] 부착률에 따른 프리텐션 거동 예측 실험체 개략도 115

[그림 3.5.6] 부착률에 따른 PVC Pile 배치도 115

[그림 3.5.7] 실험체 제작과정 116

[그림 3.5.8] 긴장력 도입 117

[그림 3.5.9] 3점 재하 실험 Setting 118

[그림 3.5.10] 부착률 100% 긴장력 도입 119

[그림 3.5.11] 부착률 100% 긴장력 도입 120

[그림 3.5.12] 부분 부착률 50% 긴장력 도입 121

[그림 3.5.13] 부분 부착률 50% 긴장력 도입 122

[그림 3.5.14] 부분 부착률 25% 긴장력 도입 123

[그림 3.5.15] 부분 부착률 25% 긴장력 도입 124

[그림 3.5.16] 부착률 100% 3점 재하 실험 126

[그림 3.5.17] 초기 휨 균열 및 파괴 126

[그림 3.5.18] 부착률 100% 3점 재하 실험 127

[그림 3.5.19] 부분 부착률 50% 3점 재하 실험 128

[그림 3.5.20] 초기 휨 균열 및 균열 128

[그림 3.5.21] 부분 부착률 50% 3점 재하 실험 129

[그림 3.5.22] 부분 부착률 25% 3점 재하 실험 130

[그림 3.5.23] 초기 휨 균열 및 파괴 130

[그림 3.5.24] 부분 부착률 25% 3점 재하 실험결과 131

[그림 3.6.1] 실물실험체 개략도(L＝30.0m) 134

[그림 3.6.2] 실물실험체(L＝30.0m) 일반도 136

[그림 3.6.3] 실물실험체(L＝30.0m) 배근도(1) 137

[그림 3.6.4] 실물실험체(L＝30.0m) 배근도(2) 138

[그림 3.6.5] 실물실험체(L＝30.0m) 배근도(3) 139

[그림 3.6.6] 실물실험체(L＝30.0m) 거더 텐던도 및 일반도 140

[그림 3.6.7] 실물실험체(L＝30.0m) 거더 배근도 (1) 141

[그림 3.6.8] 실물실험체(L＝30.0m) 거더 배근도 (2) 142

[그림 3.6.9] 실물실험체(L＝30.0m) 강합성말뚝 두부보강 상세도 143

[그림 3.6.10] 실물실험체(L＝30.0m) 거더 분절 상세도 (1) 144

[그림 3.6.11] 실물실험체(L＝30.0m) 거더 분절 상세도 (2) 145

[그림 3.6.12] 실험시설 구축 및 CFT 말뚝 시공 147

[그림 3.6.13] CFT 말뚝 두부 보강 및 교대부 시공 147

[그림 3.6.14] 거더 세그먼트 제작 및 조립 148

[그림 3.6.15] 슬래브 시공 및 구조물 완공 149

[그림 3.6.16] 만능 재료 시험기 151

[그림 3.6.17] 센서 부착 위치 152

[그림 3.6.18] 정적하중 재하 위치도 155

[그림 3.6.19] 반력대 개념도 156

[그림 3.6.20] 실험 전경 157

[그림 3.6.21] 하중 재하 프로그램 158

[그림 3.6.22] 실물 실험체 하중–변위 그래프 159

[그림 3.6.23] 슬래브 상단 콘크리트... 159

[그림 3.6.24] 거더 하단 콘크리트... 160

[그림 3.6.25] 슬래브 내부 철근(Top)... 160

[그림 3.6.26] 슬래브 내부 철근(Bottom)... 160

[그림 3.6.27] 거더 내부 철근... 161

[그림 3.6.28] 거더 내부 철근... 161

[그림 3.6.29] 지간 중앙 단면에서 높이 별 변형률 분포 161

[그림 3.6.30] 거더 세그먼트 접합부(B-L... 162

[그림 3.6.31] 거더 세그먼트 접합부(B-R... 162

[그림 3.6.32] 슬래브 상단 콘크리트... 162

[그림 3.6.33] 슬래브 내부 철근 변형률(B-L... 162

[그림 3.6.34] 슬래브 상단 콘크리트... 163

[그림 3.6.35] 슬래브 내부 철근 변형률(B-R... 163

[그림 3.6.36] 시공 Joint(C-L Part) 균열... 163

[그림 3.6.37] 시공 Joint(C-R Part) 균열... 163

[그림 3.6.38] C-L Part 슬래브 상단... 164

[그림 3.6.39] C-L Part 슬래브 상단... 164

[그림 3.6.40] C-R Part 슬래브 상단... 164

[그림 3.6.41] C-R Part 슬래브 상단... 164

[그림 3.6.42] C Part 거더 상치부 콘크리트... 164

[그림 3.6.43] 내부 철근 변형률(C-L Part,... 165

[그림 3.6.44] 내부 철근 변형률(C-R Part,... 165

[그림 3.6.45] 내부 철근 변형률(C-L Part,... 165

[그림 3.6.46] 내부 철근 변형률(C-R Part,... 165

[그림 3.6.47] 내부 철근 변형률(C-L Part, A-L11~A-L15) 166

[그림 3.6.48] 내부 철근 변형률(C-R Part, A-R11~A-R15) 166

[그림 3.6.49] D Part 기초 길이방향 변위(D05, D16) 166

[그림 3.6.50] D Part 기초 길이방향 상대변위 166

[그림 3.6.51] D Part 기초 높이 방향 변위(D01, D03) 167

[그림 3.6.52] D Part 기초 높이방향 변위(D14, D17) 167

[그림 3.6.53] CFT Pile 이음부 보강 철근(In-1~In-4) 167

[그림 3.6.54] CFT Pile 이음부 보강 철근(In-5~In-8) 167

[그림 3.6.55] CFT Pile J형 갈고리 철근(J-1~J-4) 168

[그림 3.6.56] CFT Pile J형 갈고리 철근(J-5~J-8) 168

[그림 3.6.57] CFT Pile 강관 (SP-L1~SP-L4) 168

[그림 3.6.58] CFT Pile 강관 (SP-L1~SP-L4) 168

[그림 3.6.59] 실물 실험체 균열 170

[그림 3.6.60] 구조해석 검토 대상 (실물실험체, L＝30.0m) 172

[그림 3.6.61] 재료별 응력-변형률 곡선 172

[그림 3.6.62] 구조해석 검토 위치 173

[그림 3.6.63] 시공 단계 174

[그림 3.6.64] 경계조건 175

[그림 3.6.65] 거더 및 교대부의 인장응력 176

[그림 3.6.66] 강연선 및 슬래브 철근의 인장응력 177

[그림 3.6.67] 거더 및 교대부의 압축응력 178

[그림 3.6.68] 구조해석 결과 (재하 하중 30ton) 179

[그림 3.6.69] 구조해석 결과 (재하 하중 90ton) 179

[그림 3.6.70] 구조해석 결과 (재하 하중 150ton) 180

[그림 3.6.71] 구조해석 결과 (재하하중 210ton) 180

[그림 3.6.72] 구조해석 결과 (재하 하중 270ton) 181

[그림 3.6.73] 구조해석 결과 (재하 하중 300ton) 181

[그림 3.6.74] 거더 및 교대부의 인장응력 185

[그림 3.6.75] 강연선 및 슬래브 철근의 인장응력 186

[그림 3.6.76] 거더 및 교대부의 압축응력 187

[그림 3.6.77] 구조해석 결과 (재하 하중 30ton) 188

[그림 3.6.78] 구조해석 결과 (재하 하중 90ton) 188

[그림 3.6.79] 구조해석 결과 (재하 하중 150ton) 189

[그림 3.6.80] 구조해석 결과 (재하 하중 210ton) 189

[그림 3.6.81] 구조해석 결과 (재하 하중 270ton) 190

[그림 3.6.82] 구조해석 결과 (재하 하중 300ton) 190

[그림 3.6.83] 시제품 성능 분석 192

[그림 4.2.1] 프리플렉스교 개략도 203

[그림 4.2.2] 프리플렉스 일체식 교량 개략도 203

[그림 4.2.3] 제안공법(고강도 분절거더)교량 개략도 204

[그림 4.2.4] 부산지방국토관리청 구매의향서 205

[그림 4.2.5] 대전지방국토관리청 구매의향서 206

[그림 5.1.1] 형하 여유 공간이 많지 않은 곳 및 도심지에 가설된 프리플렉스 교량 사례 209

[그림 5.2.1] 형고에 따른 교량 개략도 211