프리캐스트 분할보의 철골 전단키 접합부의 전단거동 및 시공방법

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11166(2023) 이 기사 인용

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세그먼트 사이의 접합부는 약점을 나타내고 구조에 불연속성을 유발하므로 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 교량에서 특히 중요합니다. 본 연구에서는 새로운 강철 전단키를 설계하고 6회의 실규모 시험을 수행하였다. 다양한 전단 키와 접합 유형을 실험 변수로 사용하여 균열 전파, 파손 모드, 전단 슬립, 극한 지지력 및 직접 전단 하중 하에서 다양한 접합부의 잔류 지지력을 연구했습니다. 그 결과, 강철 전단 키 조인트의 강성과 전단 내력은 콘크리트 키 조인트보다 높았고, 균열 발생 시 구조 시스템은 콘크리트 키 조인트보다 더 안정적인 것으로 나타났습니다. 콘크리트 키와 강철 키 에폭시 접합부 모두 직접 전단 파손을 겪었습니다. 그러나 취성 파손을 경험한 콘크리트 에폭시 접합부와는 달리 강철 키 에폭시 접합부는 큰 잔류 용량을 보여주었습니다. 전통적인 분할 교량 건설을 기반으로 강철 전단 키 조인트를 사용한 공법에는 단선 일치, 장선 일치 및 모듈러 공법이 도입되었습니다. 마지막으로 공학적 시험을 통해 강철 전단 키 접합 구조의 타당성을 검증했습니다.

프리캐스트 콘크리트 세그먼트 교량(PCSB)은 경제적이고 안전한 설계, 빠르고 다양한 시공, 지반 중단 없음, 우수한 서비스 가능성, 낮은 수명주기 비용 및 쉽게 달성할 수 있는 품질 관리 등의 장점으로 인해 빠르게 발전했습니다1,2,3. 조인트는 조인트의 압축 및 전단 응력을 전달하는 PCSB의 특성입니다4,5. 그러나 구조물의 취약한 부분인 접합부에서 철근과 콘크리트가 불연속적이다6,7. 따라서 관절의 전단 성능은 연구자들로부터 주목을 받고 있습니다.

Jones et al.8과 Buyukozturk et al.9는 건식 키 조인트의 전단 거동이 구속 응력 수준에 따라 다르다는 결론을 내렸습니다. Zhou et al.10은 일련의 실물 크기 키 조인트의 전단 전달 메커니즘에 대한 테스트를 수행하고 에폭시 조인트가 건식 조인트보다 일관되게 더 높은 전단 강도를 갖는다는 결론을 내렸습니다. Sangkhon et al.11은 열쇠 모양에 대한 실험적 연구를 수행했으며 반원형 및 삼각형 키의 전단 지지력은 사다리꼴 키보다 분명히 우수하지만 반원형 및 삼각형 키는 취성 파손에 더 취약하다고 믿습니다. Yuan 등12은 강화된 건반의 연성이 일반 콘크리트 건반보다 우수하고 내부 힘줄이 콘크리트 건반의 전단 능력을 향상시키는 데 도움이 된다는 사실을 발견했습니다. Choi et al.13은 적절한 수준의 구속 응력과 에폭시가 높은 진폭의 주기적 하중 조건에서 접합부의 갑작스러운 파손을 방지할 수 있다고 믿습니다. Al-Rousan et al.14은 비선형 FEA 시뮬레이션을 통해 건식 단일 키 조인트의 전단 거동에 대한 구속 응력과 콘크리트 압축 강도의 영향을 연구하고 전단 용량 공식을 제안했습니다. Zhang et al.15은 다중 키 에폭시 조인트의 전단 거동에 대한 전체 규모 테스트를 수행하고 전단 응력의 불균일한 분포를 고려한 새로운 공식을 제안했습니다. Alcalde의 테스트 결과는 조인트를 통해 전달되는 평균 전단 응력이 키 수에 따라 감소하지만 구속 응력이 증가함에 따라 이러한 영향은 덜 평가된다는 것을 보여줍니다. Zhan et al.1은 반복 하중 하에서 KTJ(Key Tooth Joint)의 전단 성능에 대한 실험적 조사를 수행한 결과, 단조 하중에 비해 KTJ의 하중 지지 능력과 강성이 반복 하중 시 손상으로 인해 크게 감소한다는 것을 발견했습니다. 콘크리트에 축적. 한편, Zhan et al.17은 일반 콘크리트 키 조인트가 직접 하중 하에서 "직접 전단" 파손을 나타내며 내부 강철 막대를 추가하면 키 조인트 연결을 강화하고 지배적인 파손 모드를 "압쇄" 모드로 전환하는 데 기여할 것이라고 밝혔습니다. . Luo et al.18은 다양한 변형 속도에서 에폭시 접합의 동적 전단 용량을 예측하기 위한 분석적 표현을 제안했습니다. Freitas et al.19는 구속 압력 P, 모멘트 M 및 비틀림 T에 대한 주요 다축 전단 능력을 고려하여 파손 포락선을 개발했습니다. 모멘트와 전단 M/V, 비틀림과 전단 T/T 간의 비율을 발견했습니다. V, 실패 메커니즘을 제어합니다. Smittakorn et al.20과 Beattie et al.21은 강철섬유보강콘크리트(SFRC)를 활용하여 접합부의 전단강도와 변형을 평가하는 시험을 수행한 결과, 강철섬유를 첨가하면 키형 접합부의 전단능력과 연성이 향상되는 것으로 나타났다. Jiang 등7은 SFRC 건식 조인트의 강도가 기존 콘크리트 키 조인트보다 25% 더 높다는 사실을 발견했습니다. Park et al.22은 실험적 조사를 통해 SFRC 키 조인트의 전단력을 예측하는 분석 모델을 제안하였다. Voo et al.23, Gopal et al. 24와 Kim et al.25은 UHPC 키 조인트의 전단 능력에 대한 테스트를 수행한 결과 전단 키의 수에 따라 파손 하중이 증가한다는 것을 발견했습니다. Hu 등4은 이전 실험 결과와 수치 시뮬레이션을 바탕으로 UHPC 키형 건식 접합부의 전단강도 예측 방법을 얻었습니다. Sunet al. 26은 일반 강철 막대의 전단 키 연성이 더 좋은 반면 FRP 막대의 전단 키는 취성이 더 크다는 것을 발견했습니다. Issa et al.27은 AASHTO 사양이 에폭시 수지의 기여를 무시하고 단일 키 에폭시 접합의 전단 강도를 과소평가한다는 사실을 발견했습니다. Rombach et al.28은 건식 조인트에 대한 새로운 설계 모델을 제안했으며 AASHTO 사양은 건식 조인트의 지지력을 과대평가했다고 믿습니다. Turmo 등29은 AASHTO 공식에 따라 콘크리트 키 조인트의 전단강도를 계산할 때 안전계수(0.75)를 고려해야 한다고 생각했습니다. Shamass et al.30은 높은 구속 압력이 적용될 때 AASHTO 코드 방정식에 사용된 마찰 계수를 줄이는 것을 권장합니다.