Safety assessment of PSC containment structures considering nonlinear behavior of unbonded internal tendons and evaluation of anchorage zone

Abstract

본 연구에서는 PSC 구조물의 정착부의 거동특성과 긴장재와 콘크리트간 상호 작용에 대한 2가지 주제에 대하여 연구를 수행하였다. 포스트 텐션 방식 PSC 구조물의 정착부는 긴장력 시, 정착구의 지압판을 통해 높은 수준의 압축 응력과 인장응력이 발생하는 부분이며 국부적인 정착부의 파괴를 방지하기 위해 나선철근, 띠철근 등 횡방향 보강철근이 설치되게 된다. 본 연구에서는 정착부 하중전달시험에 의한 실험적 방법과 3차원 고체 요소를 사용한 비선형 유한요소 해석을 이용한 해석적 방법을 통해 정착부 주요 설계 변수에 따른 정착부 거동 특성을 분석하였다. 정착구의 형상 및 보강철근의 배근 상세, 덕트의 설치 깊이를 주요 변수로 설정하였으며 하중 전달 시험 결과에서 얻어진 하중 변위 곡선 및 극한 하중 값 검토를 통해 정착부 보강 철근의 배근안을 도출하였고 정착구 형상 및 강도 증가에 기여하는 구속응력 산정을 통해 수정된 극한강도 예측식을 제안하였다. 또한, PSC 구조물의 인장강화 효과 및 긴장재 콘크리트 간 부착-슬립 관계를 반영하여 수정된 긴장재의 응력 변형률 관계를 도출하였다. 추가적으로 비부착 긴장재의 거동특성을 반영하기 위한 반복 해석 알고리즘을 제안하였다. 긴장재와 콘크리트간 상호 작용에 대한 거동 반영을 위하여 기존에 사용되는 이중 절점 방식의 모델링 등의 비해 본 연구를 통해 제안된 모델은 간접적으로 응력-변형률 관계의 수정을 통해 간접적으로 반영하는 방식으로 상용 해석프로그램을 통해 간편하게 적용할 수 있으며 PSC 보 및 원전 격납건물 1/4 축소모형 실험과의 비교를 통해 제안 응력-변형률 관계 모델 및 비부착 거동 알고리즘에 타당성을 검증하였다. 온도 상승이 발생한 경우, 콘크리트 및 강재의 강도, 탄성 계수 등 재료 물성이 변화함에 따라서 구조 비선형 요인이 추가 되고 제안된 응력-변형률 관계 및 반복해석 알고리즘을 통해 1/4 격납건물의 고온, 고압을 수반한 중대사고가 발생을 해석 모델로 설정하여 추가 검토를 수행하였다. 앞서 비교한 내압 재하 시 실험 및 해석 결과와 비교하여 온도 영향 반영 시 구조의 강성 및 극한강도에 있어서 중대한 영향을 미치게 되며 이는 구조 단면 내 온도 상승으로 인한 추가 변형 영향 뿐만 아니라 재료 강도의 저하 영향이 크게 나타나는 것을 확인 할 수 있다.