Experiment of Flexural Behavior of Prestressed Concrete Beams with External Tendons according to Tendon Area and Tendon Force

Recently, the externally prestressed unbonded concrete structures are increasingly being built. The mechanical behavior of prestressed concrete beams with external unbonded tendon is different from that of normal bonded PSC beams in that the slip of tendons at deviators and the change of tendon eccentricity occurs as external loads are applied in external unbonded PSC beams. The purpose of the present paper is therefore to evaluate the flexural behavior by performing static flexural test according to tendon area and tendon force. From experimental results, before flexural cracking, there was no difference between external members and bonded members. However, after cracking, yielding load of reinforcement, ultimate load, and the tendon stress of external members was lower than that of bonded members. For the relationship of load-tendon stress, the increasing of tendon strain was inversely proportional to the initial tendon force. However, even if the initial tendon force was large, the tendon strain with small effective stress was smaller than that with large effective stress. The concrete compressive strain was proportional to the effective stress of external tendon. From the comparison between test results and codes, the ACI-318 could not consider the effect of tendon force or effective stress, and especially the results of ACI-318 were very small, so it was very conservative. And the AASHTO 1994 could be influenced on the tendon area, initial force and effective stress, but as it was made on the basis of internal unbonded tendon, its results were much larger than the test results. For this reason, the new correct predict equation of external tendon stress will be needed.

강선량 및 긴장력에 따른 외부 강선을 가진 PSC 보의 휨거동 실험

최근 들어 외부 강선을 이용한 프리스트레스트 콘크리트구조물의 건설이 증가하고 있다. 그러나 극한거동 해석시 단면 적합조건을 이용하는 내부 부착 강선과는 다르게 외적 비부착 강선은 부재의 전체거동에 의해서 응력 증 가량이 결정된다. 또한 편향부에서의 미끌림 효과와 강선의 편심 변화 효과 등이 발생하게 된다. 따라서 본 연구는 외 부 강선을 가지는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 보의 거동 특성을 평가하기 위하여 강선량, 긴장력 등을 변수로 하여 정적 휨실험을 수행하여 외부 강선 부재의 휨거동 특성을 얻었다. 실험 결과에 의하면 균열발생 이전의 외부 강선 PSC 부재는 부착 강선 PSC부재와 거동 차이가 크지 않음을 알 수 있었다. 그러나 균열이 발생한 이후의 거동에서는 철근의 항복하중, 극한하중, 강선 응력 등이 외부 강선 부재에서의 값이 부착 강선 부재에 비해서 작게 나타나고 있다. 하중-강 선 변형률 관계에서 보면, 외부 강선 부재들의 경우, 하중 증가에 따른 외부 강선 변형률의 증가량은 초기 긴장력의 크 기 순서와 거의 반대의 순서로 외부 강선의 변형률이 증가한 것으로 나타났으나, 다만 초기 긴장력이 크다할지라도 강 선의 유효응력이 작은 경우의 강선 변형률은 강선의 유효응력이 큰 부재들보다는 다소 작게 증가하고 있는 것으로 나 타났다. 외부 강선 부재의 콘크리트에 발생된 압축 변형률의 크기는 외부 강선의 유효응력 크기 순서와 일치하는 것으 로 나타나, 콘크리트의 압축변형률은 외부 강선의 유효응력에 비례함을 알 수 있다. 실험 결과와 기존의 설계식과 비교 해본 결과, ACI-318에 의한 결과는 긴장력 혹은 유효응력이 차이를 전혀 반영하지 못하고 있고 특히, 그 결과가 실험 결과보다 상당히 작게 나타나, 지나치게 보수적인 것으로 판단된다. 한편 AASHTO 1994는 ACI-318과는 다르게 강선량, 초 기 힘 및 유효응력 등의 변화에 적절하게 영향을 받고 있는 것으로 나타났지만 내부 비부착 강선의 실험 결과를 이용 하여 작성된 이유로 외부 강선 실험 결과보다 지나치게 큰 결과를 유발하고 있는 것으로 평가된다. 이러한 이유로 외 부 강선의 극한응력을 정확하게 예측할 수 있는 새로운 규정이 필요하다.