• 대한토목학회논문집
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• 제30권3A호
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• pp.201-209
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• 2010

일반적으로 PSC 거더 교량은 철근 콘크리트 부재와 달리 전단면을 사용하여 외부하중을 저항한다. 또한 설계와 시공의 용이성, 구조적 안전성, 경제성, 유지관리의 편리성 등의 장점 때문에 30 m 이하의 중/소 경간 교량에 많이 적용되고 있다. 그러나, 최근 전세계적으로 환경, 미관 등에 관심이 높아짐에 따라, 교량의 경간은 점점 길어지는 추세이다. 이러한 추세는 케이블 교량뿐만 아니라 PSC 교량에서도 나타난다. 본 연구는 시대적 흐름에 맞춰 PSC 거더를 50 m 이상의 장경간에 적용하기 위한 연구의 일환으로 상부에 H형 강재가 도입된 중공 박스 합성거더를 개발하였다. 개발된 거더는 타설 전 상부에 H형 강재에 미리 비부착 압축 프리스트레스를 주어 거더의 성능저하 시 프리스트레스력을 제거하여 성능을 회복시키는 방법이다. 개발된 거더는 실제 교량에 사용하기위한 필수적인 정적실험을 3점 재하로 4단계로 구분하여 수행하였다. 1차 하중은 균열발생시점까지로 하였으며, 하중 제거 후 미리 상부강재에 도입된 프리스트레스력을 제거하여 거더의 성능회복력을 확인하였다. 그 후, 거더가 파괴될 때까지 하중을 재하하였다. 실험 결과, 18.7 mm의 잔류변형이 발생하였으나, 상부 강재의 PS 제거에 의해 7.7 mm로 회복되었다. 즉, 상부 H형 강재에 도입된 비부착 압축프리스트레스의 제거에 의한 거더 하연의 추가 압축응력으로 하중 증가에 따른 잔류변형을 약 60%가량 회복시키는 성능향상을 보였다. 상부에 H형 강재를 시공함으로써 추후 보수보강을 용이하게 할 수 있고, 비용도 절감할 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권1호
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• pp.59-66
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• 2008

본 연구는 교량구조물의 핵심 부재인 거더에 대한 연구이다. 강재 거더에 비해 가격 경쟁력이 높은 유리섬유 제품을 사용한 거더는 탄성계수가 강재보다 작아서 강재 단면에 비해 과대한 처짐이 발생되는 문제점과 FRP 생산회사의 큰 단면 부재를 생산할 시설적 여력 부족의 기술적 제약 사항이 존재한다. 그래서 본 연구에서는 언급된 기술적 문제점을 해결하기 위하여 대형 단면의 적용이 가능하도록 모듈 형식의 단면을 제안하였으며, FRP의 낮은 강성을 확보하기 위하여 콘크리트를 충진하는 새로운 FRP+콘크리트 합성 거더를 개발하였다. FRP+콘크리트 합성 거더의 구조 거동을 파악하기 위하여 충진된 콘크리트 강도의 차이, 스터드의 유무에 따른 휨강도 실험을 실시하였다. 휨 실험 결과 FRP+콘크리트 합성 거더 개발의 콘크리트 충진에 따른 합성 효과와 콘크리트 강도에 따른 강성 증진 효과를 확인 할 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.737-749
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• 2007

LRFD 법을 이용하여 3경간 연속 이중합성 박스거더교의 부모멘트를 받는 내측 교각 위 단면을 설계하였다. 3경간 연속교의 최대경간은 80-120m를 고려하였으며 경간비는 1:1.25:1로 가정하였다. 설계 시에는 최대부모멘트를 받는 이중합성거더 단면의 강도한계상태, 사용성한계상태 및 시공성 검토를 고려하였다. 하부 보강콘크리트가 압축플랜지에 합성되기 전에는 압축플랜지의 좌굴을 검토하였으며 합성 후에는 좌굴이 방지된 것으로 가정하였다. 이중합성 박스거더의 하부플랜지 위에 타설하는 콘크리트의 두께에 따른 단면전체의 휨강성과 휨저항강도를 비롯하여 인장플랜지, 압축플랜지 및 복부판의 휨강도를 비교 분석하였다. 상부플랜지와 하부플랜지 단면적비가 이중합성 박스거더의 연성거동 및 휨응력 분포에 미치는 영향을 검토하고 적절한 단면적비를 분석하였다. 하부 보강콘크리트의 유무에 따른 소요 강재량을 비교한 결과, 이중합성 거더의 경우가 기존 단일합성 거더에 비해 15% 내외의 강재량 절감효과가 있는 것으로 분석되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권6A호
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• pp.347-354
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• 2012

본 연구에서는 Sine 파형 복부판을 갖는 I형 플레이트 거더의 비틂 상수와 �� 상수식을 제안한다. Sine 파형 복부판을 갖는 플레이트 거더는 일반적으로 기하학적 특성에 따라 높은 면외 방향 강성 및 전단강도, 비틂 강성을 갖는다. 특히, 플레이트 I형 거더의 횡-비틂 강도를 산정하는 데 있어서 부재 단면의 비틂 상수 및 �� 상수는 큰 영향을 미치는데, 종래의 수식으로는 Sine 파형 복부판의 이러한 단면상수를 합리적으로 산정하는 데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 Sine 파형 복부판의 기하학적 특성을 반영할 수 있는 새로운 제안식을 연구하였다. 쉘 요소를 사용한 I형 플레이트 거더의 순수 비틂 거동에 대한 유한요소해석결과를 통해 파형의 기하학적 특성에 따른 비틂 상수 변화를 분석하고 이를 회귀분석하여 수식을 제안하였다. 이후, 순수 비틂과 �� 비틂이 함께 존재하는 조건에서의 유한요소해석 결과를 통해 �� 상수 계산식을 제안하였다. 이 두 제안식은 단순 지지된 Sine 파형 복부판을 갖는 I형 플레이트 거더의 횡-비틂 좌굴해석 결과를 토대로 검증되었다. 본 연구에서 제안한 두 수식을 통해 Sine 파형 복부판을 갖는 I형 플레이트 거더의 중요한 두 단면 상수를 명확히 계산할 수 있고, 이를 통해 정확한 횡-비틂 좌굴 강도를 손쉽게 계산할 수 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제13권1호
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• pp.13-24
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• 2000

교량 바닥판 설계에 대한 현 시방규정은 바닥판 슬래브가 처짐이 구속된 거더에 연속 지지되어 있다고 가정하므로, 바닥판 지간 중앙의 정모멘트와 거더 상단에 발생하는 부모멘트의 크기가 같은 것으로 간주하고 있다. 그러나 바닥판에 발생하는 휨모멘트는 거더의 처짐에 의해서 많은 영향을 받고 있으며, 거더의 처짐을 고려치 않는 현 시방규정에 의해 설계된 바닥판은 상부철근의 부식으로 인한 내구성 저하와 유지보수 비용 증가 등의 문제점을 안고 있다. 따라서 본 연구에서는 매크로 요소를 이용해 거더의 처짐 효과를 고려할 수 있는 해석법을 개발하였고, 이를 유한요소법을 통해 검증하였다. 또한, 이 해석법을 바탕으로 바닥판의 횡방향 휨모멘트에 영향을 미치는 여러 변수에 대한 분석을 수행하였다. 해석 결과, 바닥판의 지점부 모멘트는 거더의 간격뿐만 아니라 거더와 바닥판의 휨강성비 교량의 길이, 하중의 재하위치, 거더의 비틀림 강성, 가로보의 휨강성과 배치 간격 등에 많은 영향을 받고 있는 것을 알 수 있으며, 영향선을 이용해 최대하중 위치를 결정하여 몇 개의 예제교량을 대상으로 지점부의 설계모멘트를 계산해 본 결과, 현 시방규정이 다소 보수적인 값을 나타내고 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권6A호
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• pp.417-424
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• 2011

본 연구에서는 60 m 급의 장경간 PSC 거더의 개발을 위하여 단면 개선부터 텐던 배치 형상까지 구조적인 성능뿐만 아니라 경제성과 시공성 등을 고려해가며 거더 개발에 관한 연구를 진행하였다. 단면 최적화를 통해 Bulb-T 형의 단면을 도출하였고 단면 평가를 통해 실제 설계 가능성을 평가하였다. 또한 텐던의 배치를 효율적으로 구성하여 사용하중에 대해 효과적으로 대처할 수 있도록 하였다. 실제 대상교량을 선정한 후 개발 거더를 적용해 유한요소해석을 수행한 결과, 모든 하중단계에서 설계 허용응력을 만족하였다. 또한 사용하중에 의해 발생하는 응력이 허용하중보다 작아 안전측 설계가 가능한 것으로 나타났다. 이를 바탕으로 실물 크기의 60 m 거더를 제작해 4점 실험을 실시한 결과 초기 균열이 사용하중의 2배 이상에서 발생하여, 실험 결과를 통해서도 충분한 구조적 성능을 입증하였다. 본 연구를 통해 개발된 Half-Decked PSC 형식의 60 m 거더는 단면개선과 효율적인 텐던 배치로 경간대비 매우 낮은 형고를 갖게 되었고, 구조적인 이점은 물론 경제성이나 시공성 등에서도 큰 장점을 가질 것으로 판단된다.

• 한국철도학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.515-525
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• 2016

도시형 자기부상열차 프리텐션 거더교의 최적설계를 위해서 설계변수 분석을 수행하였다. 자기부상철도용 거더 설계 시에는 중앙부 처짐을 고려해야 하므로 이와 연관있는 콘크리트 압축강도, 거더 형고, 거더 연장및 강연선비부착 길이를 설계변수로 선정하였다. 또한, 프리텐션 거더에서 지점부의 상연응력을 제어하기 위해서 강연선 개소수 및 배치방식을 설계변수로 선정하고, 강연선비부착률을 검토하였다. 설계변수 해석결과로부터 거더 처짐량에는 거더 형고와 거더 연장이 콘크리트 압축강도와 강연선 비부착 길이보다 더 큰 영향을 미치는 것을 확인하였고, 민감도 분석을 통해 설계 가중값을 제시하였다. 지점부 상연응력 제어를 위해서 비부착 강연선배치기준을 만족하는 경우에는 상연 긴장선 또는 철근배근이 필요한 것으로 확인되었다. 따라서 향후 경제성 및 시공성 향상을 위해 자기부상철도 가이드웨이의 하중특성을 고려한 비부착강연선 기준 향상에 대한 검토가 필요하다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.73-82
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• 2022

이 논문은 72m 초고강도 콘크리트 섬유보강 콘크리트 프리스트레스트 박스거더의 비선형 거동을 해석하는 3차원 해석방법을 제시하였다. UHPC재료의 비선형 거동을 나타내기 위해 콘크리트 손상소성(CDP)모델을 채택하였다. 제시된 응력-변형률 관계 곡선에 근거한 수치해석 모델은 50m UHPC 프리스트레스트 박스 거더 휨실험결과로 검증하였다. 검증된 해석모델을 사용하여 72m UHPC 프리스트레스트 박스거더의 휨거동을 파악하는데 적용하였다. 각 하중단계에 따른 하중 변위관계, 응력상태 및 연결부분 상세를 해석하였다. 하중-변위관계 곡선과 설계하중 및 극한하중 비교 결과는 UHPC 박스거더 휨거동을 해석하는 적절한 수단으로써 비선형 유한요소법의 적용성을 입증하고 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.111-119
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• 2022

모듈형 CFT 부재를 이용한 연속 강박스 거더의 단면강성 증대 및 프리스트레싱 공법은 긴장재로 프리스트레싱된 CFT 모듈을 강박스 거더 하부플랜지와 일체화한 후 긴장재를 제거함으로써 발생하는 CFT 모듈의 복원력을 강박스 거더 하부플랜지의 프리스트레싱력으로 이용하고 일체화된 CFT 모듈이 강박스 거더의 단면 강성을 향상시킨다. 본 연구에서는 CFT 모듈을 이용하여 일체화된 강박스 거더에 대한 프리스트레싱 도입의 적용성을 검토하기 위하여 하부플랜지를 모사한 실험체를 대상으로 CFT 모듈을 이용하여 프리스트레싱 도입 실험을 실시하고 유한요소해석으로 도입 프리스트레스를 평가하였다. 또한 실제 강박스 거더에 대한 프리스트레스 도입과 CFT 모듈을 통한 단면강성 증대효과를 확인하기 위하여 연속지점부에 적용 가능한 강박스 단면에 대하여 CFT 모듈에 도입된 프리스트레싱력 및 CFT 모듈의 단면제원에 따른 유한요소해석을 실시하고 이를 비교하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5A호
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• pp.887-899
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• 2006

본 연구의 목적은 교량 거더 단면의 공기역학적 특성을 나타내는 기본 자료인 공기력계수와 플러터계수가 동적응답과 어떠한 상관관계를 가지는지를 규명하는데 있다. 이를 위해 세 단계의 단면모형실험이 수행되었다. 첫 번째 단계에서는 총 7개의 거더 단면 즉, 6개의 플레이트거더 단면과 1개의 박스거더 단면이 고려되었으며 거더 단면의 기하학적 형상, 영각, 바람의 방향 그리고 기류조건이 공기력계수인 항력계수, 양력계수 그리고 모멘트계수에 미치는 영향을 정적 단면모형실험을 통해 살펴보았다. 두 번째 단계에서는 동적실험을 통해 각 단면의 공기력계수와 동적응답의 상관성을 검증하였다. 마지막으로 2자유도하의 동적 단면모형실험을 통해 세 개의 거더 단면의 플러터계수를 산출하고 이를 동적실험결과와 비교하였다. 주어진 단면형상에 대한 비정상 공기력에 의해 변화되는 시스템의 감쇠와 강성을 가장 잘 반영하는 플러터계수는 초기변위-자유진동시스템을 이용하여 추출하였다. 이를 위해 등류조건에서 풍속별로 교량단면의 수직 및 비틀림 초기변위의 시간에 따른 진폭의 감쇠를 측정하였다. 본 연구에서 제시한 교량단면의 공기력계수와 플러터계수는 공탄석해석 및 버펫팅해석을 위한 기본 자료로 유용하게 쓰일 것으로 보인다.