비대칭 PS강선 배치에 의한 곡선형 거더의 비틀림 회전제어 :Torsion control of curved girder bridges by non-symmetrical placement of PS tendons

김승규

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김승규 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수: 이용학

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2021

비대칭 긴장력을 받는 곡선형 프리스트레스트 콘크리트 거더교의 시간종속적 거동

김승규 인프라시스템공학과 2021.01 학위논문

2017

PS 긴장재의 배치형상과 위치변화에 따른 곡선형 거더의 비틀림 거동 변화

김승규 , 박영성 , 이용학 대한토목학회 학술대회 2017.10 학술대회자료

비대칭 PS강선 배치에 의한 곡선형 거더의 비틀림 회전제어

김승규 토목공학과 2017.01 학위논문

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프리스트레스트 콘크리트(Prestressed concrete, PSC) 교량은 PS강선에 긴장력을 도입하여 구조물의 휨 저항성을 증가시키는 구조형식이다. 그래서 최근 PSC 구조물들에 대한 연구의 목적은 휨 저항성의 증가를 통한 단면의 슬림화와 장경간화 및 그에 따른 경제성과 심미성 등이 주가 되어 왔다. 하지만 이에 따라 구조물 단면의 구성요소들이 박판과 같이 얇아짐에 따라서 비틀림 저항성은 감소된다. 현재는 비틀림 저항성을 키우기 위해서 단면의 크기를 증가시키거나 브레싱(Bracing)과 같은 비틀림 저항을 위한 추가부재를 사용해서 해결한다. 그러나 이는 역설적으로 PSC 구조물의 장점인 단면의 슬림화와 장경간화를 제한하는 방법이다.
최근 Lee 등(2011)에 의하여 대칭으로 긴장된 PS 강선을 가진 Double T-beam이 비틀림을 받을 때의 PS 강선의 비틀림 복원성질에 대한 규명이 이루어졌다. 그러나 이 해석기법에서는 대칭으로 위치하고 양쪽 웨브(Web)에 대칭으로 PS긴장력을 도입한 PSC 박판 휨부재의 경우에만 적용할 수 있어 그 범위가 한정되어 있다. 이어서 박영성(2015)은 곡선형 교량에 배치된 PS 강선의 비대칭 긴장력 도입을 통해 비틀림 저항성을 증가시키는 역학적 관계를 규명했다.
본 논문에서는 박영성(2015)에 의해 유도된 역학적 개념에 근거해 곡선형PSC 거더의 비틀림 회전 제어를 위해서 배치된 PS 강선의 비대칭 긴장력을 이용한 경우와 부분적으로 추가적인 PS 강선을 배치한 경우로 나누어서 강선의 도입 위치와 긴장력 크기 등에 따른 비틀림 회전제어에 대한 평가를 목적으로 연구를 수행하였다.
수치해석의 결과로 비대칭 긴장력의 도입구간은 휨모멘트구간의 정모멘트 구간이 비틀림 제어에서 가장 좋은 효과를 보였고, 구간의 길이는 경간 중앙부에서부터 긴장재의 배치 기울기의 변곡점(Point of inflection) 부근까지가 가장 좋은 효과를 보였다.
비대칭 긴장재의 배치를 통한 비틀림 회전제어는 뒴함수(Warping function)의 최대지점에 긴장재를 배치하는 것이 더 좋은 효과를 보였다.

Prestressed concrete (PSC) bridges are a type of structure that increases the bending resistance of a structure by introducing a prestressing force to the prestressing tendons. Recently, the purpose of the study on the PSC structures has been mainly focused on the slimness of the cross section through the increase of the bending resistance, the increase of the span, and the economical and esthetic thereof. However, the torsional resistance is therefore reduced as the components of the section of the structure become thinner like a thin plate. Now, in order to increase the torsional resistance, it is solved by increasing the size of the cross section or by using additional members for torsional resistance such as bracing. However, this is a paradoxical way to limit the slimness of the cross section and the increase of the length of the span, which is an advantage of the PSC structure.
Recently, Lee et al. (2011) researched the torsional restoring properties of PS tendons when a double T-beam with symmetrically strained PS tendons is twisted. However, in this analysis technique, the range is limited because it can be applied only to PSC thin plate flexural members which are symmetrically located and prestressing forces are applied symmetrically to both webs. Then, Park Yeong-Seong (2015) researched the mechanical relationship that increases the torsional resistance through the introduction of the non-symmetrical prestressing force of the PS tendons placed on the curved bridge.
In this paper, it is conducted that the non-symmetrical prestressing force of PS tendons arranged for control of torsional rotation of curved PSC girder based on the mechanical concept induced by Park Yeong-Seong (2015), and the case where additional PS tendons are partially installed, The purpose of this study was to evaluate the torsional rotation control according to the position and the magnitude of the prestressing force.
As a result of the numerical analysis, the introduction period of the non-symmetrical prestressing force showed the best effect in the torsional control of the positive bending moments of the bending moment section, and the introduction length of non-symmetrical prestressing force was from the center of the span to the vicinity of the point of inflection of the tilt inclination Showed good effect.
Torsional rotation control through the placement of non-symmetrical PS tendons showed better effect to install PS tendons at the maximum point of the warping function.

#PS 강선 #비틀림 회전제어 #유한요소법 #비대칭 긴장력 #?함수

1. 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구내용의 구성 2
2. 휨 부재의 비틀림 3
2.1 개단면(open section)의 순수비틀림 3
2.2 뒴 비틀림 7
3. PSC 거더의 비틀림 11
3.1 휨과 뒴-비틀림을 받는 PSC 거더의 거동 12
3.2 PSC 거더의 가상일 15
3.2.1 콘크리트 단면의 가상 변형에너지 15
3.2.2 PS 강선의 가상 변형에너지 16
3.2.3 철근의 가상 변형에너지 20
3.2.4 총 변형에너지 22
3.3 유한요소 정식화 23
4. 프리스트레스트 휨 부재의 비틀림 제어 26
4.1 비틀림 제어의 기본개념 26
4.2 비틀림 제어 대상 구조물 28
4.2.1 구조물 단면 제원 28
4.2.2 PS비틀림 제어 메카니즘의 구성 30
4.3 비틀림 제어 32
4.3.1 비대칭 긴장력 도입을 통한 비틀림 제어 36
4.3.1.1 비대칭 긴장력 도입구간에 따른 비틀림 제어 36
4.3.1.2 비대칭 긴장력 도입구간 길이에 따른 비틀림 제어 43
4.3.2 부분적 추가 긴장재 배치를 통한 비틀림 제어 53
4.3.2.1 추가 긴장재 배치 기울기 변화에 따른 비틀림 제어 53
4.3.2.2 PS 강선 선대칭 추가 배치를 통한 비틀림 제어 63
5. 결론 69
참고문헌 71
국문초록 74

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