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목차
요약문 15
ABSTRACT 16
제1장 서론 17
1.1. 배경 및 목적 17
1.2. 연구내용 17
제2장 EX 거더의 한계상태설계법 정립 18
2.1. EX 거더의 설계개념 및 한계상태설계 18
2.1.1. 전응력화 최적설계 18
2.1.2. 텐던 프로파일 최적화 24
2.1.3. 검증 대상 한계상태와 하중조합 26
2.1.4. 비균열단면 EX거더의 한계상태설계 28
2.1.5. 한계상태설계에 의한 균열단면 EX거더 30
2.1.6. 텐던 프로파일 최적화에서의 면내력 고려 31
2.2. 내구성 확보를 위한 설계등급 등 한계값 산정 규칙 정립 31
2.2.1. 환경조건에 따른 노출등급 산출 규칙 정립 31
2.2.2. EX 거더교의 부재별 노출등급 및 한계값에 대한 기본값 34
2.2.3. 공칭피복두께 산출 규칙 정립 36
2.2.4. 거더 및 바닥판의 노출등급 설정 영역 구분 41
2.2.5. 공칭피복두께 산출에서의 기본값 42
2.3. 사용한계상태의 검증 45
2.3.1. 긴장시 및 사용하중조합에서의 응력한계 45
2.3.2. 재료 특성치 설정 및 기준치 계산 49
2.3.3. 균열폭 제어 필요 여부 판정 및 최소철근량 53
2.3.4. 균열폭의 직접 제어를 위한 균열폭 계산 및 균열폭 한계값 59
2.3.5. 균열폭 계산을 위한 균열단면해석 61
2.3.6. 간접균열제어 69
2.3.7. 복부의 균열 제어 71
2.3.8. 활하중+충격에 의한 처짐 검증 72
2.4. 극한 및 극단상황 한계상태의 검증 81
2.4.1. 개요 81
2.4.2. 휨강도 검증을 위한 설계휨강도 계산 82
2.4.3. 연성파괴를 위한 중립축깊이 제한 92
2.4.4. PSC 부재의 균열휨파괴 방지 93
2.4.5. 연직 전단파괴 방지 94
2.4.6. 서로 다른 시기에 타설한 콘크리트의 계면 전단 102
2.4.7. 교각지점부의 최소휨저항 능력 한계값 104
2.4.8. RC 부재의 휨균열 파괴 방지를 위한 최소 철근량 105
2.5. 피로한계상태의 검증 105
2.6. 정착부 검증 및 설계 106
2.6.1. 정착부 검증 관련 일반사항 106
2.6.2. 정착부의 기하조건(도설한(2016) 5.12.12.2) 107
2.6.3. 정착부의 검토 108
2.6.4. 정착판 앞 콘크리트의 압축응력 검토 108
2.6.5. 정착부의 인장력 계산 및 철근보강(도설한(2016) 5.12.12.3) 109
2.6.6. 스트럿-타이 모델에 의한 인장력 계산 110
2.7. 한계상태 검증 검토항목 외 설계 검토항목 정립 111
2.7.1. 구조해석 계산 관련 111
2.7.2. 구조해석 모델링 관련 철근 배치 112
2.7.3. 구조해석 모델링 관련 포스트텐션 덕트 배치 113
2.7.4. 도면 작성 관련 철근 규정 116
제3장 구조해석 정식화 118
3.1. 하중의 계산 118
3.1.1. 구조부재와 비구조적 부착물의 중량하중(DC) 계산 118
3.1.2. 포장과 설비 등의 중량하중(DW) 계산 122
3.1.3. 중량 외 지속하중 125
3.1.4. 변동하는 하중 126
3.1.5. 활하중의 횡분배 131
3.2. 단면상수의 계산 136
3.2.1. 시공단계별 단면 136
3.2.2 거더 단면 모서리 라운딩의 계산 137
3.2.3. 바닥판 합성후 단면에서의 바닥판 유효폭 139
3.2.4. 교량 처짐 계산에서의 단면 139
3.3. PS 강재의 장력과 응력 및 신장량 계산 140
3.3.1. 긴장하는 PS강재의 장력 및 신장량의 계산 140
3.3.2. 긴장 후 PS강재의 장력(초기 장력) 142
3.3.3. 긴장시 재하되는 거더 자중을 고려한 텐던의 탄성수축손실 계산 148
3.4. 시간의존 거동의 계산 150
3.4.1. 콘크리트와 PS 강재의 시간의존적 변형 계산 150
3.4.2. 시간의존적 하중효과에 의한 단면력과 응력 계산 155
3.4.3. 간략 계산식에 의한 PS 강재의 장기손실 계산 169
제4장 한계상태설계에 의한 EX거더의 표준도 설계 170
4.1. 표준도 설계 제원 170
4.1.1. 교량 횡단 제원 170
4.1.2. 교량 및 거더의 종단 제원 172
4.1.3. 거더 단면 형상 173
4.1.4. 사용 재료 177
4.1.5. 노출등급과 철근피복두께 178
4.1.6. 시공 일정 설정 179
4.2. 거더 중앙에서 텐던을 1행으로 배치하는 한계상태설계 EX 거더 표준도 181
4.2.1. 설계기준에 따른 최적단면 형상의 변화 181
4.2.2. 텐던 개수 조정 182
4.2.3. 복부두께 상향 조정 184
4.2.4. 좌우 대칭 텐던 배치 프로파일 185
4.2.5. 하부플랜지 두께 증가 185
4.2.6. 단면 치수의 이산화 186
4.2.7. 거푸집의 재활용을 고려한 10cm 단위 단면치수 이산화 189
4.2.8. 거더 중앙에서의 1행 텐던 배치 한계상태설계 EX 거더의 표준도 단면 190
4.3. 텐던 횡편심 최소화 최적 거더 설계 195
4.3.1. 덕트의 횡방향 최소 순간격 축소 195
4.3.2. 거더 중앙 다수행 텐던 배치 198
4.3.3. 거더 중앙 다수행 텐던 배치 거더의 하부플랜지폭 최적화 199
4.3.4. 거더 중앙 다수행 텐던 배치 한계상태설계 EX 거더의 표준도 202
제5장 시공관련 특이사항 검토 207
5.1. 긴장시 횡변위 발생 억제 방안 207
5.1.1. 현행 EX 거더의 횡변위 문제 207
5.1.2. 횡변위 원인에 대한 추정 209
5.1.3. 쌍교차 긴장에 의한 횡변위 가능성 저감 210
5.1.4. 좌우 대칭 텐던 프로파일 설계 214
5.1.5. 텐던 프로파일의 횡편심 최소화 설계 216
5.2. PS 강재의 부식 방지 방안 및 시공 지침 219
5.2.1. 덕트 피복 확보 219
5.2.2. 그라우트 시공 방법 개선 219
5.2.3. 그라우트 캡 적용 220
5.3. 거더 인양시의 안정성 확보 기준 및 방안 221
5.3.1. 거더 인양 방법 221
5.3.2. 인양기구와 함께 기울어진 거더의 정적 평형 222
5.3.3. 거더의 기울어짐 안정성에 대한 기준 225
5.3.4. 인양 전 횡변위에 대한 제한 기준 225
5.3.5. 거더 인양기구의 기하학적 안정성 226
5.4. 거더 거치 후 횡전도 방지 방안 227
5.4.1. 거더의 횡전도 방지를 위한 현행의 방법 227
5.4.2. 현행 방법의 한계상태설계기준 불만족성 및 문제점 227
5.5. 고성능 콘크리트 및 고강도 강연선의 효과적 활용 방안 228
제6장 특별제안 사항 연구 233
6.1. 균열단면 거더 적용 EX거더교의 설계법 및 유용성 평가 233
6.1.1. 특별제안 취지 233
6.1.2. 계산 및 설계 방법 234
6.1.3. 설계 제원 235
6.1.4. 최적단면 산출 및 분석 235
6.1.5. 단면치수 이산화 및 균열단면 EX 거더의 표준도 238
6.2. 보완이 필요한 도로교설계기준 항목 연구 및 적용 241
6.2.1. 제안 취지 및 내용 241
6.2.2. 최소설계등급과 적용 하중 조합 241
6.2.3. 콘크리트 균열강도 246
제7장 결론 248
참고문헌 251
판권기 255
그림 2.1.1. EX 거더의 단면형상 변수 19
그림 2.1.2. 거더의 상연과 하연에서 발생하는 압축응력과 인장응력의 최대치 20
그림 2.1.3. 최소형고 거더의 응력상태에 따른, 상, 하플랜지폭 공간에서의 영역 구분 22
그림 2.1.4. 현행 EX 거더 중앙에서의 1행 텐던 배치 24
그림 2.1.5. PSC I 거더 단부의 정착장치 배치 24
그림 2.1.6. 현행 EX 거더의 텐던 프로파일 구성 25
그림 2.1.7. 복부 두께를 최소화시키는 철근과 덕트의 배치 26
그림 2.1.8. 연직방향 및 수평방향의 덕트간 최소순간격이 다를 때의 최소순간격 규칙 26
그림 2.1.9. 한계상태설계법의 응력한계조건에 따른 최적거더 구분 영역 30
그림 2.2.1. 노출등급의 불리성 수준에 따른 나열 36
그림 2.2.2. 내구성 관련 한계값들의 산출 프로세스 40
그림 2.2.3. EX 거더교의 거더 및 바닥판에 대한 노출등급 설정 영역 구분 41
그림 2.2.4. 전단철근 D16, 종철근 H13 적용시 덕트 외경에 따른 EX 거더의 최소 복부두께 45
그림 2.3.1. 균열전 및 균열 후 콘크리트의 응력도와 변형를도 62
그림 2.3.2. 긴장 시점부터 임의의 시점까지 발생하는 PS 강재의 변형률 65
그림 2.4.1. 휨파괴 시의 콘크리트 응력블록 84
그림 2.4.2. 비선형 해석을 위한 콘크리트 응력-변형률 곡선의 Eco,r에 대한 2차다항식 근사 88
그림 2.4.3. Eurocode 2, EN 1992-1-1:2004(E) 3.3.6(2)의 철근의 응력-변형률 관계선 90
그림 2.4.4. Eurocode 2, EN 1992-1-1:2004(E) 3.3.6(7)의 PS 강재의 응력-변형률 관계선 92
그림 2.6.1. Eurocode 2, EN 1992-1-1:2004(E) 3.2.7(3) 111
그림 3.1.1. 단부구간, 변단면구간, 일반구간으로 구분된 거더 자중 분포 119
그림 3.1.2. 가로보 연결 헌치블록의 기하 형상 및 부피계산 방법 120
그림 3.1.3. 가로보의 높이에 따른 가로보의 형상 부피 계산 방법 121
그림 3.1.4. 현장치기 바닥판 및 거푸집 대용 반단면 프리캐스트 바닥판의 판넬 설치 구조 122
그림 3.1.5. 방호울타리 부피계산을 위한 울타리 형식별 단면 치수와 계산식 123
그림 3.1.6. 다수의 동일 강성 스프링 위에 놓인 정정구조계 강체의 정적 평형 124
그림 3.2.1. 시공 단계별 단면(콘크리트, 덕트구멍, PS강재, 종철근(거더, 바닥판) 고려) 136
그림 3.2.2. 모서리의 라운딩 여부에 따른 거더 단면 형상 137
그림 3.2.3. 단면 모서리 라운딩 부분의 단면계수 계산 방법 137
그림 3.3.1. 정착장치 활동에 의한 즉시 손실 후의 텐던 장력 143
그림 3.4.1. 시간에 따른 탄성응력 발생 및 구속응력 형성 과정 개념도 156
그림 4.1.1. 설계 교량의 횡단면 제원 171
그림 4.1.2. 도로교설계기준(2010) 4.7.4.1(1)의 표 4.7.1에 의한 캔틸레버 바닥판의 최소두께 172
그림 4.1.3. 현행 및 한계상태설계 EX 거더의 종단 제원 173
그림 4.2.1. 거더 중앙에서 텐던 1행 배치 거더의 하부플랜지폭 최적화 해석 결과 181
그림 4.2.2. 거더 중앙에서 텐던 1행 배치 거더의 텐던당 스트랜드 개수 및 60MPa 거더의 텐던 183
그림 4.2.3. 거더 중앙에서 텐던 1행 배치 거더의 덕트직경 및 철근과 덕트의 피복에 의한 최소 복부두께 184
그림 4.2.4. 거더 중앙에서 텐던을 1행으로 배치하는 거더의 복부두께와 하부플랜지 단부 두께 및 하부플랜지 상면의 경사면 높이를 각기 290mm, 200mm, 120mm~160m로... 186
그림 4.2.5. 거더 중앙에서 텐던을 1행으로 배치하는 거더의 복부두께와 하부플랜지 단부 두께 및 하부플랜지 상면의 경사면 높이를 각기 290mm, 200mm, 120mm~160m로... 187
그림 4.2.6. 거더 중앙에서 텐던을 1행으로 배치하는 거더의 거푸집 재활용을 고려한 하부플랜지 폭과 형고의 10cm 단위 구분 설정 단면 및 응력여유비 189
그림 4.3.1. 덕트의 면내력 및 순간격 198
그림 4.3.2. 거더 중앙에서 텐던을 1행으로 배치하는 방법과 다수행으로 배치하는 방법 198
그림 4.3.3. 거더 중앙에서 텐던을 1행으로 배치하는 거더의 복부두께와 하부플랜지 단부 두께 및 하부플랜지 상면의 경사면 높이를 각기 290mm, 200mm, 120mm~160m로... 200
그림 4.3.4. 거더 중앙에서 텐던을 다수행으로 배치하는 거더의 하부플랜지폭 최적치 201
그림 4.3.5. 거더 중앙에서 텐던을 다수행으로 배치하는 거더의 하부플랜지폭과 형고값의 이산화(복부두께 290mm) 202
그림 5.1.1. 상주-안동 3공구 위천교의 각 거더에 발생한 횡변위 208
그림 5.1.2. 텐던 개수 별 쌍교차 긴장의 긴장 순서 213
그림 5.1.3. 거더 중앙에서 텐던을 1행으로 배치하는 거더의 텐던 횡편심 215
그림 5.1.4. 거더 중앙에서 텐던을 다수행으로 배치하는 거더의 텐던 횡편심 217
그림 5.2.1. 그라우트의 유입 및 유출 방향이 모두 상향이 되도록 설치한 텐던 정착장치와 웨지의 틈과 PS 강선이 모두 그라우트에 매립, 밀폐되게 하는 그라우트 캡 219
그림 5.3.1. 국내에서 PSC I 거더를 인양하는 대표적인 방법 221
그림 5.3.2. 강재를 설치하여 인양하는 방법(NU 거더(Nebraska University Girder)) 222
그림 5.3.3. 인양기구에 기울어진 상태로 매달려 정적 평형이 이루어진 거더 형상 222
그림 5.3.4. 강체 거동 인양기구와 함께 기울어진 거더의 정적평형 상태의 도식화 223
그림 5.3.5. 거더 인양기구의 제변수와 거더 기울어짐 각도의 관계 224
그림 5.3.6. 인양케이블로 구성된 인양기구 삼각형의 강체거동 유지 조건 226
그림 5.4.1. 현행의 일반적인 거더 전도방지시설 227
그림 6.1.1. 거더 중앙에서 텐던을 다수행으로 배치하는 부분 프리스트레스트 균열단면 최적 EX거더의 설계 결과 236
그림 6.1.2. 거더 중앙에서 텐던을 다수행으로 배치하는 부분 프리스트레스트 균열단면 최적 EX거더의 설계 결과 237
그림 6.1.3. 비균열단면 거더의 총 스트랜드 개수에 대한 균열단면 거더의 총 스트랜드 개수의 비 238
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