수치해석을 이용한 모노텐던 앵커헤드의 거동특성연구

Abstract

교량기술이 발전하고 콘크리트 교량구조물의 장경간화를 위해서 콘크리트에 프리스트레싱을 가하는 프리스트레스트 콘크리트 구조물이 널리 사용되고 있다. 강선을 정착시키는 포스트 텐션용 인장 정착장치의 구성요소로는 쐐기와 앵커헤드 등으로 구성되는데 국내교량에 사용되는 정착장치는 대략 4~5개의 해외 시스템과 2~3개의 국내개발 시스템이 소개되어 적용되고 있다. 그러나 정착장치에 대한 성능은 기존 평가 실험 결과에만 의존하고 상세한 구조적 특성에 대한 분석은 부족한 실정이며 유지관리 측면에서는 거의 곤란한 상황이다. 또한 긴장력의 유지 상태를 검증할 수 있는 시스템은 거의 갖추어지지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 현재 국내 정착장치 제조회사인 KTA사 모노 텐던 정착장치 제품을 모델링하여 유한요소 프로그램 ABAQUS 6.11를 이용해 수치 해석하였다. 앵커헤드의 긴장력 도입에 따른 하중과 변형과의 관계를 확인하기 위하여 비선형 변위 제어법을 이용하여 앵커헤드의 변형률을 확인하였다. 해석을 위해 해석 변수는 앵커헤드와 쐐기와의 접촉 마찰 계수와 10 변위 제어시 편심 하중 발생을 가정하여 편심 하중 각도와 방향을 변수로 하여 수치 해석 하였다. 해석결과 쐐기의 정착에 의한 앵커헤드의 최외곽 부위의 변형률을 통해서 쐐기 중심부에 위치한 앵커헤드 최외곽부가 쐐기 단부에 위치한 앵커 최외곽부보다 큰 변형를 보이는 것을 확인하였다. 또한 마찰 계수에 따른 CASE 해석(Friction 0.2, 0.3, 0.4) 수행결과 앵커헤드와 쐐기와의 접촉 마찰 계수값이 작을수록 큰 변형을 나타내었고, Radial 방향, Axial 방향, Hoop 방향 변형률 중 Hoop 방향 변형률이 가장 큰 것으로 나타났다. 편심 하중이 두 가지 방향으로 5° 발생 시에 따른 변위제어 수치해석 결과, 반경방향 변형과 원주방향 변형은 편심이 없을 때와 거의 유사한 변형을 나타내었지만, 축방향 변형은 편심이 없을 때의 축방향 변형보다 크게 발생하는 것을 확인하였다. 이를 통해서 앵커헤드와 쐐기와의 마찰 조건과 하중의 편심에 따른 영향을 확인하였으며, 앵커헤드의 변형률과 하중의 관계 추정 시 마찰 조건 및 하중의 편심 등이 적절히 고려되어야 할 것이다.