손실 긴장력 보완을 고려한 설계및 시공지침

[bigman]

제 2 장 손실 긴장력 보완을 고려한

PSC빔의 설계 및 시공편

제 2 장 손실 긴장력 보완을 고려한 PSC빔의 설계 및 시공

2.1 일반사항

(1) 본 지침은 손실긴장력 보완을 고려하여 PSC빔교를 설계 및 시공하는 경우에 한하여 적용된다.

(2) PSC빔을 설계할 때 손실긴장력 보완을 고려할 것인지에 대한 여부는 대상 교량의 중요성, 향후 보강공사의 작업 여건 등을 종합적으로 검토하여 결정하도록 한다.

(3) 본 지침에서 손실긴장력을 고려한 설계 및 시공이란 PSC빔 교량이 긴장력의 손실 등의 원인으로 공용 내하력의 저하 또는 과다한 처짐 등이 발생하였을 경우 이를 복원하기 위하여 추가로 긴장력을 도입할 수 있도록 최초 설계 단계에서 미리 적절한 조치를 취해 두는 것을 의미한다.

【해설】

(1) PSC빔교를 설계할 때 도로교설계기준과 콘크리트구조설계기준에 제시된 규정에 충실히 따른 경우라도 설계시 예상하지 못했던 여러 가지 원인으로 과다한 긴장력의 손실이 발생하여 보강공사를 하게 되는 경우가 종종 있다. 이 경우에는 추가로 긴장력을 도입하여 과다하게 손실된 긴장력을 보완하는 방식으로 보강을 하는 것이 효과적인데, 최초 교량 설계단계에서 이에 대비한 설계가 되어 있지 않은 경우에는 실제 보강공사시에 많은 어려움을 겪게 된다. 본 지침은 이와 같이 과다한 긴장력의 손실에 따른 추가 긴장을 효과적으로 할 수 있도록 교량 설계단계에서부터 추가 긴장력의 도입을 반영하여 설계 및 시공하는 PSC빔에 대해서만 적용하면 된다.

(2) 본 지침은 설계단계에서 고려한 긴장력의 손실보다는 더 큰 긴장력의 손실이 발생할 것을 가정하고 설계 단계에서 미리 이 점을 고려하여 설계해야 되는, 논리상의 맹점을 갖고 있다. 또한, 현재 건설되고 있는 PSC빔 교량에서 과다한 긴장력의 손실에 따른 보강공사를 하는 경우도 많지는 않다. 따라서, 신설되는 전체 PSC빔 교량에 대해 본 지침을 적용하는 것은 경제성과 실효성 면에서 무리가 있으므로 본 지침을 적용하여 PSC빔을 건설할 것인지에 대해서는 대상 교량의 중요성, 주변 환경 등을 고려하여 신중히 결정해야 한다. 즉, 도심지 또는 통행량이 매우 많은 주요 도로상에 위치하여 상시적인 차량 통행의 확보가 필요하거나, 또는 향후 보강공사시 작업 여건이 매우 좋지 않은 교량 등에 한하여 본 지침을 적용하는 것이 좋다. 본 지침의 적용 여부는 위에서 언급한 내용을 참고로 하여 발주청과 관련 전문가의 종합적인 검토를 거쳐서 결정하는 것이 바람직하다.

(3) PSC빔에 도입된 긴장력이 설계시 가정했던 값보다 더 크게 손실되면 공용 내하력이 저하되어 교량의 안전성에 위협을 받게 되며, 처짐 또한 증가하여 사용성에 문제가 발생할 수 있다. 이 경우 PSC빔에 외부 프리스트레싱을 도입하여 긴장력을 추가로 도입하는 보강방법은 보강성능과 작업성 등을 고려할 때 가장 효율적인 방법으로 알려져 있다.

기존 PSC빔에 외부프리스트레싱에 의해 추가로 긴장력을 도입하기 위해서는 정착구 및 새들 등을 추가로 설치하고 정착부 및 변각부에 대한 보강을 해야 한다. 손실긴장력 보완을 고려한 설계 및 시공이란 교량의 최초 설계 단계에서 설계기준에 따라 계산된 긴장력의 손실량 이외에 추가의 손실이 발생한다고 가정하고 이에 대한 추가 긴장력을 산정한 후, 추가 PS강재의 배치를 결정하고 정착부 및 변각부의 보강을 미리 해 두는 것을 말한다. 이때, 필요한 경우에는 정착장치를 미리 장착해 둘 수도 있으나, 유지관리 및 효율성 대비 경제성, 미관 등에서 바람직한 방법이라고 볼 수는 없다. 즉, 손실긴장력 보완을 고려한 설계를 수행하게 될 경우에는 최소한의 초기 비용 증가로 향후 필요시에 효과적으로 추가 긴장을 수행할 수 있도록 최소한의 조치를 취해 두는 것을 기본 전제로 해야 한다.

2.2 설계편

2.2.1 일반사항

(1) 손실긴장력 보완을 고려한 PSC빔의 설계는 도로교설계기준의 관련 제 규정에 따라야 한다.

(2) 손실긴장력 보완을 고려한 설계는 최초 교량 설계시 수행해야 하며, 긴

장력 손실량의 가정, 추가 긴장재 및 긴장방법 결정, 정착구 및 새들의 선정 과정, 응력집중부 구조해석 및 보강, 교량 전체의 안전성 검토 등을 모두 포함한다.

(3) 손실긴장력 보완을 고려한 PSC빔의 설계와 관련하여 본 지침에서 특별히 언급하지 않은 사항에 대해서는 도로교설계기준 또는 콘크리트구조설계기준을 따라야 한다.

【해설】

손실긴장력 보완을 고려한 PSC빔의 설계는 일반적인 PSC빔의 설계 방법에 따라 설계한 후, 향후 추가 손실량을 가정하여 이에 대한 추가 긴장력을 결정하고 이에 대한 설계를 덧붙이면 된다. <그림 2.2.1>에서는 일반적인 방법으로 PSC빔을 설계한 후 긴장력의 추가 손실을 고려하여 보강 설계를 하기 위한 순서도를 보여주고 있다.

<그림 2.2.1>에서 추가 손실량에 대한 가정은 이론적으로는 불가능하므로 대상 교량과 유사한 교량에 대한 보강공사 기록 및 발주청의 여건, 전문가의 의견 등을 종합적으로 고려하여 손실량을 결정하여야 한다. 가정된 손실량에 따라 추가 보강량을 결정하고, 추가 PS강재의 배치 형상, 정착위치 및 굽힘 위치 등을 결정하는 과정을 거쳐 정착구와 새들을 선정한 후 정착부 등 응력집중부에 대한 추가 보강설계를 수행한다. 이와 같은 보강설계가 완료된 후에 교량 전체에 대한 안전성을 추가로 검토해야 한다. 한편, 추가 손실량에 따른 보강설계는 교량이 완공되고 상당한 기간이 경과한 후에 사용될 가능성이 높으므로 외기에 노출된 부분에 대한 유지관리 방안을 함께 마련해야 한다.

<그림 2.2.1> 손실긴장력 보완을 고려한 PSC빔의 설계 순서도

2.2.2 긴장력의 손실량 및 보강량 결정

(1) 손실 긴장력에 대한 보완 설계를 위한 손실량의 가정은 대상 교량의 중요성, 발주청의 의견 등을 종합적으로 검토하여 합리적인 수준으로 이루어져야 한다.

(2) 손실 긴장력에 대한 보강량은 가정된 손실량보다는 크게 하여 설계시 의도한 내하력 이상을 확보할 수 있도록 해야 한다.

【해설】

(1) 손실긴장력 보완을 고려한 설계에서 가장 기본적인 사항은 손실량의 크기를 결정하는 것이다. 설계시 예상할 수 있는 모든 손실량에 대해서는 이미 반영된 상태이므로 이론적인 방법에 의해 손실량을 가정하는 것은 불가능하다고 할 수 있다. 따라서, 추가로 발생할 수 있는 손실량의 크기는 기존의 관련 자료와 대상 교량의 기대 수명 및 중요성 등을 토대로 하여 발주청과 해당 분야 전문가의 의견을 수렴하여 결정하는 것이 좋다.

(2) <그림 2.2.2>에서는 교량의 공용기간 중에 과다한 긴장력의 손실이 발생하여 교량이 공용내하력 이하로 떨어진 경우에 이를 보강하기 위해 추가긴장력을 산정하는 방법을 보여주고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 교량의 설계 당시에 의도된 크기의 긴장력을 확보할 수 있도록 추가긴장력을 도입하므로써 교량의 수명을 연장할 수 있으므로, 보강량을 결정할 때는 이점을 감안해야 한다. 하지만, 과도한 손실량의 가정에 따른 보강량의 결정은 비경제적이므로 합리적인 수준으로 손실량을 결정하는 것이 무엇보다도 중요하다.

<그림 2.2.2> 추가 긴장 시점 및 추가 긴장력의 결정

2.2.3 PS강재의 배치

(1) 손실긴장력을 보완하기 위한 추가 긴장은 외부긴장방식을 채택하는 것을 원칙으로 한다.

(2) 추가 PS강재의 정착부는 기존 PS강재의 정착부와의 구조적인 간섭 및 추가 긴장작업의 가능성 등을 고려하여 그 위치를 결정하여야 한다.

(3) 추가 PS강재는 단면에 대하여 대칭으로 배치하는 것이 좋다.

(4) 추가 PS강재의 변각부에서의 곡률반경은 최소곡률반경으로 하는 것이 바

람직하다.

【해설】

(1) PSC 교량에서 긴장력의 손실이 발생하였을 때 추가 긴장이 가능하도록 하는 방식으로는 내부긴장방식(Internal Prestress)과 외부긴장방식(External Prestress)을 들 수 있으나, 대부분 외부긴장방식을 사용하고 있다. 그 이유는 내부긴장방식의 경우, 추가 PS강재의 설치를 위한 덕트를 미리 매설한 상태에서 보강공사가 필요할 때 텐던 및 정착장치를 설치하여 긴장작업을 하는 것이 일반적인데, 그 시공성이 좋지 않으며, 덕트의 유지관리에 특별한 주의를 해야 하는 문제점이 있기 때문이다. 또한, PSC빔의 경우에는 단면 폭이 작기 때문에, 내부긴장방식을 사용하는 경우 기존 PS강재와의 간섭을 피하려면 비효율적인 배치를 하거나, 또는 PSC빔의 단면 폭을 증가시켜야 되는 문제가 발생할 확률이 높다. 이와 같은 점으로 미루어볼 때 손실긴장력 보완을 위한 추가 PS강재는 가능한 한 외부긴장방식으로 설계하는 것이 좋다.

(2) PS강재의 배치에서는 정착부 및 변각부의 위치를 결정하는 것이 중요하다. PS강재의 효율성을 높이기 위해서는 교량 단부에 정착부를 위치시키는 것이 좋지만, 추가 PS강재의 정착부는 추후 긴장작업이 가능하도록 교량 단부에서 일정 거리만큼 떨어져서 위치해야 한다. 이러한 작업공간은 추가 PS강재의 조립순서, 긴장방향, 긴장순서 등에 따라 달라진다. 한편, 교량 단부에는 기존 PS강재와 철근이 집중되어 있으며, 정착부로부터 일정거리 내에 있는 단면은 매우 복잡한 거동 특성을 나타낸다. 따라서, 이러한 점을 충분히 고려하여 정착부의 위치를 결정해야 한다.

(3) 추가 긴장력의 도입으로 인하여 단면 내에서 뒤틀림이 발생하는 것은 바람직하지 않으므로 추가 PS강재는 단면 내에서 대칭이 되도록 설치하는 것이 좋다. 비슷한 이유에서 교량 전체에 대하여 대칭을 이루도록 PS강재를 배치하는 것이 바람직하다.

(4) 추가 PS강재의 곡률반경을 크게 할 경우 변각부 새들의 부재치수가 커지게 되어 설계상 불리해질 수 있으므로 최소곡률반경을 확보하는 것이 좋다.

2.2.4 정착방식의 결정

(1) 손실긴장력 보완을 위한 PS강재의 정착방식은 추가 긴장력의 크기, 향후 보강공사에 대한 시공성, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 선정하여야 한다.

(2) 손실긴장력 보완을 위한 PS강재의 정착방식은 추가로 도입되는 긴장력이 부재에 확실하게 전달될 수 있는 구조로 하여야 한다.

【해설】

(1) 가정된 손실량에 따라 추가 긴장력을 도입하는 방식은 추가 PS강재의 정착방식에 따라 분류할 수 있다. PSC빔교의 경우에는 내부긴장방식을 통해 추가 긴장력을 도입하는 것이 바람직한 방법이라고 할 수 없으므로 여기서는 외부긴장방식에 따른 추가 긴장력을 도입하는 보강 방법만 고려하기로 한다.

본 지침의 취지에 맞는 추가 긴장을 위한 정착방식으로는 <그림 2.2.3>에서 보이는 바와 같은 두 가지 종류를 예로 들 수 있다.

(a) 돌출형 정착방식

(b) 마찰지지형 정착방식

<그림 2.2.3> 추가 긴장을 위한 정착방식 예

<그림 2.2.3> (a)의 돌출형 정착방식은 PSC빔 제작시 추가 긴장을 위한 정착구를 일체로 제작하고, 향후 PS강재를 설치하여 긴장력을 도입할 수 있는 구조이다. 그림 (b)의 마찰지지형 정착방식은 PSC빔 제작시 추가 긴장을 위한 정착구를 설치할 수 있도록 강봉 삽입용 구멍을 미리 뚫어두고, 필요시 강봉 삽입 및 정착구 설치, PS강재의 설치 과정을 거쳐 긴장력을 도입할 수 있는 구조이다.

돌출형 정착방식은 정착구가 주형과 일체로 제작되어, 구조적인 거동 파악이 비교적 용이하고, 비교적 큰 긴장력을 수용할 수 있는 구조라는 장점이 있다. 그러나, 실제로 추가 긴장을 도입할 확률에 비해 초기 비용이 다소 과다한 면이 있다. 반면에 마찰지지형 정착방식은 강재 정착장치를 삽입된 강봉으로 지지하기 때문에 주형과 정착구가 완전히 일체로 거동하기 어려우며, 강봉을 통해 긴장력이 주형으로 전달되는 구조이므로 도입 긴장력의 크기에 한계가 있다. 즉, 추가 긴장력이 큰 경우 정착장치의 크기가 과도하게 커질 우려가 있다. 그럼에도 불구하고 초기 공사비용의 증가가 많지 않기 때문에 향후 사용될 확률에 대비한 경제성은 매우 우수한 방식이다.

앞에서 예로 든 방식 외에도 외부긴장에 의한 PSC빔의 보강 방식에는 여러 가지가 있으므로 설계 대상 교량에 가장 적합하다고 판단되는 형식으로 정착방식을 선정하는 것이 바람직하다. 한편, 추가 긴장력 도입을 위한 보강방식들 중에는 특허 또는 신기술로 지정된 경우가 많으므로, 정착방식을 선정하기 전에 이러한 점을 미리 조사해 두는 것이 좋다.

2.2.5 정착부의 설계

(1) 추가 긴장을 위한 정착부의 설계는 도로교설계기준 “4.6 프리스트레스트 콘크리트”의 정착부 설계관련 규정을 따라야 한다.

(2) 추가 긴장을 위한 정착부의 설계에서는 정착방식의 특성에 따라 적절한 보강을 하여야 한다.

(3) 추가 긴장을 위한 정착부의 위치는 추가 긴장을 위한 작업공간이 충분히 확보될 수 있도록 결정하여야 한다.

【해설】

(2) 2.2.4절에서 제시한 돌출형 정착방식과 마찰지지형 정착방식은 긴장력의 전달 메커니즘이 서로 다르므로 정착부에서는 이에 따른 적절한 보강이 이루어져야 한다. 다음은 돌출형 정착방식과 마찰지지형 정착방식에 대한 정착부 설계시 고려해야 되는 사항에 대한 것이다.

정착돌기를 만들어서 외부 텐던을 긴장하는 돌출형 방식은 <그림 2.2.4>와 같이 복부 좌․우측에 대칭으로 돌기를 만들어 외부 PS강재를 정착하게 하는 것이 일반적이다.

<그림 2.2.4> 돌출형 정착부에서의 인장력 및 보강 예

돌출형 정착방식에서는 정착부에 T3, T4, T5와 같은 인장력이 발생하게 되므로 이에 대한 구조해석을 수행한 후 적절한 보강을 해야 한다. <그림 2.2.4>에서 P는 긴장력, e는 부재의 도심에 대한 긴장력의 편심, T3은 모서리(우각부)에 발생하는 인장력, T4는 정착부 전면(前面)에 발생하는 인장력, T5는 긴장력의 편심에 의한 휨모멘트(M=P․e)에 의해 발생하는 인장력이다. 이 외에도 외부텐던이 주거더의 상하방향으로 경사지게 설치되는 경우에는 이로 인해 발생하는 인장력을 추가로 고려하여야 한다. 한편, 정착 돌기의 형상 및 치수는 추가로 도입될 긴장력의 크기에 따라 결정된다.

마찰지지형 정착방식으로 정착부를 설치할 경우 정착부 주변에 발생하는 힘은 <그림 2.2.5>와 같다. 마찰지지방식의 경우에는 돌출 정착부 방식과는 달리 작용력이 T4와 T5만이 발생한다. 하지만, 추가 긴장력은 돌출 정착부 방식과 같기 때문에 철근 배근은 돌출정착부 방식과 동일하게 한다. 마찰지지방식에서 발생한 T4와 T5는 구분을 위하여 각각 T7과 T8로 표기한다. 여기서 Pb는 지압판에 가해진 압축력이다.

<그림 2.2.5> 마찰지지형 정착방식의 정착구에 발생하는 힘

한편, 마찰지지형 정착방식에서는 정착장치를 지지하기 위한 강봉이 삽입되어 강봉에 의한 지압력이 발생하므로 이에 대한 보강을 추가로 하여야 한다.

여기서, 언급한 방법과 다른 방식으로 정착방식을 선정한 경우에는 그에 따른 정착부의 해석을 별도로 수행한 후 보강을 하여야 한다.

(3) 추가 긴장을 위한 정착구의 설치 위치가 기존 가로보가 설치된 위치와 근접할 가능성이 높기 때문에, 설계시에 추가 긴장을 위한 긴장용 잭의 설치 및 긴장 작업 등이 가능한 지를 검토해야 하며, 필요시 정착구의 위치 또는 가로보의 위치를 변경하여 작업공간을 확보할 수 있도록 조치해야 한다.

2.2.6 변각부 새들의 설계

(1) 변각부 새들은 추가 긴장력이 가장 효율적으로 도입될 수 있도록 그 위치를 선정하여야 한다.

(2) 새들은 외부 PS강재를 효율적으로 배치할 수 있도록 하기 위하여 설치하는 것이므로, 외부 PS강재에 의한 상향력을 부재에 충분히 전달할 수 있는 구조로 하여야 한다.

(3) 새들의 종류는 새들을 설치할 위치의 구조적인 성능 및 시공성, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 선정하여야 한다.

【해설】

(1) 변각부 새들은 추가 긴장을 위한 PS강재를 주거더의 외부에 돌출시키는 경우에 사용하는 별도의 부가장치이다. 손실긴장력 보완을 고려한 설계에서는 특정 부위에 대한 보강을 목적으로 하는 것이 아니라 교량 전체의 긴장력 손실을 보완하는 것을 목적으로 하기 때문에 교량 전체의 내하력을 최대한으로 증가시킬 수 있는 위치에 새들을 설치하는 것이 좋다.

(2),(3) 외부긴장방식에 의해 긴장력을 도입하는 구조에서는 정착장치와 변각부 새들을 통해 긴장력을 부재로 전달시키게 된다. 새들은 PS강재의 기울기를 변환시키기 위하여 사용되므로 새들에는 긴장력의 경사에 의한 연직방향 분력이 발생하게 된다. 일반적으로 새들이 설치된 위치에서 발생하는 연직방향 분력은 구조물에 유리하게 작용하므로, 이러한 상향력이 구조물에 확실하게 전달될 수 있도록 새들의 구조를 설계해야 한다. 현재 주로 사용되고 있는 새들은 <그림 2.2.6>과 같은 두 가지 방식을 들 수 있다.

(a) 매입형 새들(b) 부착형 새들

<그림 2.2.6> 부착형 새들

① 매입형 새들

매입형 새들은 PSC빔 제작시 외부강선을 설치할 수 있도록 주거더의 중간하부에 미리 철근으로 보강하여 강선을 추가로 설치할 수 있도록 한 형식으로, 강선의 최소반경을 만족시켜 줄 수 있도록 견인용 강관(Guide Steel Pipe)을 미리 매입해 두어야 한다.

② 부착형 새들

부착형 새들은 손실긴장력 보완을 고려하여 제작되지 않은 기존의 PSC빔에 대한 보강시 철재를 이용하여 제작한 후 부착하여 설치하는 것으로 매입형과는 달리 교량의 손상형태에 따라 설치위치를 다양하게 변경할 수 있으며 역시 견인용 강관을 부착하여 설치토록 되어있는 방식이다. 하지만, 손실긴장력 보완을 고려한 PSC빔의 설계시에는 향후 필요시 새들을 설치할 위치를 미리 결정해야 하므로 기존의 장점은 사라지게 된다. 부착형 새들은 미리 새들을 설치해 두는 것이 아니라 향후 보강이 필요한 경우에 새들을 부착할 수 있도록 구체에 천공을 해 두고, 필요한 시점에 그 구멍에 강봉을 삽입한 후 강재 새들을 설치하는 방식이다. 따라서, 이 형식에서는 강봉 삽입용 구멍의 유지관리가 무엇보다도 중요하다고 할 수 있다.

이들 두 가지 형식에서 매입형은 PSC빔 제작시 미리 새들을 설치해 두므로 추가 긴장이 필요한 경우 신속한 보강 공사가 가능하므로 차량 통행 제한의 최소화가 가능하나, 미관상 불리하고, 향후 사용 가능성에 비해 다소 비경제적인 면이 있다. 한편, 부착형의 경우에는 실제로 추가 긴장이 필요한 시점에서 새들을 설치하므로 매입형에 비해 공사기간이 약간 증가하고, 미리 천공해 둔 구멍의 유지관리에 주의해야 하는 단점이 있는 반면에 경제성 및 미관 면에서는 매입형에 비해 유리하다. 따라서, 이러한 점을 종합적으로 고려하여 대상 교량에 대한 변각부 새들의 형식을 선정해야 한다.

본 지침에서 예시한 것 외에도 다음과 같은 변각부 새들의 기본적인 필요조건을 충족시킬 수 있다면, 어떤 형식이라도 사용될 수 있다. 즉, 새들의 유해한 변형이나 주거더로부터의 분리가 없어야 하고, 외부 PS강재보다 더 큰 강도를 가져야 한다. 따라서, 새들을 설계할 때는 PS강재의 인장강도에 해당하는 하중에 대해서도 새들의 구조적인 안전성을 검토해야 한다.

2.2.7 변각부 설계

(1) 추가 긴장용 PS강재로 직선텐던이 아닌, 굽힘 또는 곡선 텐던을 사용할 경우에는 변각부에 대한 설계를 하여야 한다.

(2) 변각부를 설계할 때는 최대 추가 긴장력과 변각에 따라 발생하는 최대 변각력에 대한 변각부의 지압응력을 검토하여야 한다.

(3) 지압응력에 대한 설계는 도로교설계기준의 관련 규정을 따른다.

(4) 변각용 새들을 설계할 때 과도한 국부응력으로 인한 텐던의 파단을 방지하기 위하여 새들은 최소곡률반경의 조건을 만족하도록 하여야 한다.

(5) 변각부에 대한 보강철근을 설계할 때는 다음 규정을 참고하는 것이 좋다.

① 인장철근은 하부플랜지의 상부 철근까지 충분히 정착시킨 띠철근으로 하고, 각각의 덕트를 둘러싸도록 배근한다.

② 균열을 제어하기 위해서는 긴장재 전체를 둘러싸는 폐합스터럽을 배치하며, 변각부의 내력을 계산할 때는 이 철근을 무시한다.

③ 띠철근과 폐합스터럽은 동일한 직경 및 간격으로 한다. 그 치수는 덕트의 곡률 및 바깥지름, 철근 간격, 정착길이 등에 의해 결정된다.

④ 덕트의 최상단 위치로부터 띠철근까지의 간격은 최소 3cm로 한다.

⑤ 폐합스터럽의 연직방향 내측 치수는 띠철근보다 적어도 5cm이상이 되도록 크게 해야 한다.

⑥ 띠철근에 사용되는 철근의 지름은 90°로 굽힘이 가능하도록 최대 치수를 D16 이하로 하고, 부득이하게 이보다 직경이 더 큰 철근이 필요한 경우에는 최소반경으로 굽혀서 사용하여야 한다.

【해설】

PS강재는 자체의 직선성과 강성으로 인하여 곡선배치시 긴장력 도입으로 인한 원호 바깥면의 국부적인 인장파괴가 발생할 수 있으며, 비부착식 텐던을 사용했을 경우에는 차량통행에 의한 충격으로 굴곡부가 지속적으로 덕트관과 마찰을 일으키기 때문에 많은 시간이 경과한 후에는 국부적인 마모에 의한 강선의 파단현상이 발생할 수 있다. 이러한 국부적인 항복파괴 현상을 방지하기 위해서는 <그림 2.2.6>과 같이 텐던의 최소곡률반경을 준수해야 한다. 또한, 텐던은 도입 긴장력이 클수록 그 직경이 커지기 때문에 긴장력에 비례하여 텐던의 곡률반경 또한 커지게 된다. 따라서, 텐던의 배치를 계획할 때 반드시 이러한 점을 고려하여야 한다.

<그림 2.2.6> 변각부에서 텐던의 최소곡률반경

2.2.8 기타 고려사항

(1) 예상한 손실량의 발생에 따라 추가 긴장력을 도입한 경우를 가정하여 도로교설계기준의 하중조합에 의거하여 교량 전체의 구조해석을 수행하고 필요시 보강을 하여야 한다.

(2) 설계도면에는 가정한 최대 손실량 및 이에 따른 보강 설계 내용을 모두 작성하여야 한다.

(3) 외부긴장방식에 의한 손실긴장력 보완을 하는 경우에는 외부 PS강재에 유해한 진동이 발생하지 않도록 설계해야 한다.

(4) 추가 긴장을 위한 정착구의 위치는

(4) 추가 긴장을 위한 외부 PS강재가 가로보를 통과하는 경우에는 가로보 설계시 이를 반영하여야 한다.

【해설】

(1) 기존 PS강재의 긴장력이 과다하게 손실되어 추가 긴장에 의한 보강을 하게 되면, 긴장력의 재분배에 따른 각 부재의 응력을 검토할 필요가 있다. 즉, 추가 긴장력을 도입한 경우에 대하여 하중조합을 하고, 그에 따른 각 부재의 응력을 검토하여 추가 긴장력을 도입한 이후에도 모든 부재가 관련 기준을 만족할 수 있도록 해야 한다.

(2) 손실긴장력 보완을 고려한 PSC빔의 설계에서는 일반적인 설계방법에 따른 설계도면은 물론이고 손실긴장력 보완을 고려한 부분에 대한 설계도면이 별도로 추가되어야 한다. 즉, 추가 긴장을 위한 PS강재의 배치, 추가긴장을 위한 정착장치 및 새들, 정착부 및 변각부의 보강, 추가 긴장순서 등에 대한 상세도면을 추가하여야 하며 이들 각각에 대한 시공시점 및 시공방법 등에 대한 주석을 첨부하여야 한다. 또한, 보강설계에서 목표로 한 손실량 및 추가 긴장량에 대해서도 명시하여야 한다.

(3) 외부 프리스트레싱 방식에서 추가적으로 발생하는 문제점 중 하나가 케이블의 진동이다. 긴장재의 고정점간 거리가 길고, 중간에 지지점이 없게 배치된 경우에는 상재 하중에 의한 주거더의 진동으로 인해 공진을 일으킬 가능성이 있다.

긴장재의 자유단 부분의 진동수가 구조계의 고유진동수에 근접하게 되면 차량의 운행에 의해 발생하는 구조물의 진동으로 인해 긴장재 자체가 진동하여 반복적인 휨응력이 구조물에 작용할 수 있다. 따라서, 긴장재의 고유진동수와 구조물의 고유진동수가 서로 달라지도록 조치를 취해야 한다. 이 방법에는 방진장치를 설치하여 긴장재의 진동지간을 짧게 하거나 적절한 감쇠성능을 부여하는 방법이 있다. 참고로, PSC 구조물의 고유진동수는 일반적으로 3～5㎐ 정도이다.

PSC빔에 있어서 외부텐던방식의 경우에는 차량통행에 의한 주거더의 진동이 비교적 큰 편이기 때문에 이로 인한 공진뿐 아니라 새들이나 정착부에서 강선의 쏠림현상이 발생하여 강선의 국부적 파단이나 보호관의 파손이 발생할 우려가 높다. 따라서, 보강 텐던의 진동길이가 긴 경우에는 이를 방지하기 위한 별도의 텐던 지지장치가 필요하다.

외부 케이블의 고유진동주기는 케이블 자체의 관성이 없다고 가정하면, 아래 식으로 구할 수 있다.

여기서, l은 케이블 고정 지지대간의 거리, 는 긴장력, 은 케이블의 단위길이당 질량, 은 고려하는 진동주파수이다.

위의 식에 따른 계산을 하지 않는 경우에는 다음과 같은 방식으로 진동 지지대를 설치하면 된다. 일반적으로 케이블 정착부의 중간에 약 10m 간격으로 지지대를 설치하면 긴장재의 진동수가 10㎐ 이상이 되므로 유해한 진동이 발생하지 않는다. 따라서 방진장치를 10m 이내에 설치하는 경우에는 긴장재의 진동에 대한 검토를 하지 않아도 좋다. 단, 케이블의 고유진동주기가 0.1～0.15초를 넘지 않는 범위에서는 구조물의 휨고유주기를 피하기 위해 고정지지점을 7～8m 이내로 한다.

한편, 방진을 위한 고정지지점에서는 작은 힘만이 작용하므로 고정방법은 복부에 간단한 강재 고정장치를 설치하는 것으로 충분하다.

(4) 손실 긴장력 보완을 위한 추가 긴장재를 배치할 때 가로보를 통과하도록 한 경우에는 가로보를 설계할 때 미리 PS강재가 통과할 수 있도록 배려하여야 한다.

2.3 시공편

2.3.1 일반사항

(1) 손실긴장력 보완을 고려한 부분에 대한 시공은 도로교표준시방서에 따라야 한다.

(2) 손실긴장력 보완을 고려한 부분에 대한 시공을 할 때는 설계도면에서 PSC빔의 제작단계에서 수행하도록 한 것에 대해서만 시공에 반영하여야 한다.

(3) 시공 전에 추가 긴장을 위한 작업공간이 충분한지를 확인하여야 한다.

(4) 손실긴장력 보완을 위해 필요한 부분으로 외기에 노출되어 있는 곳에 대해서는 유지관리를 철저히 수행할 수 있도록 필요한 조치를 취해 두어야 한다.

【해설】

(2) 손실긴장력 보완을 고려한 시공은 PSC빔의 제작 과정에서 반영해야 될 사항과 실제로 추가 긴장을 하게 되는 경우에 반영해야 되는 사항으로 구분된다. 따라서, PSC빔을 제작하기 전에 손실긴장력 보완을 고려한 설계 의도를 확실하게 이해하는 것이 중요하다.

(4) 손실긴장력 보완을 고려한 PSC빔이 실제로 효과를 발휘하기 위해서는 추가 긴장에 사용하기 위해 준비해 둔 부재 또는 기기에 대한 유지관리가 매우 중요하다. 즉, 돌출형 정착방식의 경우에는 정착구가 파손되지 않도록 해야 하며, 마찰지지형 정착방식에서는 정착장치를 지지하기 위한 강봉 삽입용 구멍의 유지관리가 무엇보다도 중요하다. 따라서, 손실긴장력 보완을 고려한 PSC빔의 제작 후에는 이러한 중요 부분에 대한 유지관리지침을 별도로 작성하여 그 성능을 지속적으로 확보할 수 있도록 해야 한다.

2.3.2 긴장력 손실량의 추적

손실긴장력 보완을 고려한 PSC빔에 대해서는 긴장력의 손실량을 추정할 수 있는 항목을 지속적으로 조사한 후 기록하여야 한다.

【해설】

손실긴장력 보완을 고려한 PSC빔에 있어서 설계에서 가정한 긴장력의 손실이 발생할 경우 추가 긴장을 하여야 하는데, 사용중인 PSC빔교에서 현재 긴장력을 측정하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 긴장력의 손실량을 직접 측정하는 것을 대신하여 긴장력의 변화를 역으로 추정할 수 있는 방법으로 솟음(Camber)량의 변화를 측정하는 것이 효과적이라고 알려져 있다. 즉, 교량의 시공 직후부터 솟음량을 주기적으로 계측, 기록하고 그 변화량을 역으로 평가하므로써 교량의 상태 및 긴장력의 손실량을 추정하여 추가 긴장이 필요한 시점을 결정할 수 있게 된다. 따라서, 교량관리주체에서는 주기적으로 솟음량을 계측, 기록하여 필요시에 현재 긴장력을 추정할 수 있는 근거를 마련해 두는 것이 바람직하다.

[개구리밥풀]

감사합니다