KR20030030101A - a method for removing residual stress of prestressed composite beam and prestressed composite beam using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 프리스트레스트 합성빔의 잔류응력 제거방법 및 이를 이용하여 제작한 프리스트레스트 합성빔에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 프리스트레스트 합성빔용 강형(I형 또는 H형)에 프리플랙션 하중을 가할 때, 반복적인 과다 프리프랙션 하중에 의한 영구변형을 유도하지 않고서도 단 1회의 프리플랙션하중만 가하여 상기 강형의 내부잔류응력을 제거할 수 있으며, 잔류응력제거의 사각지대인 강형의 상부플랜지의 잔류응력도 효과적으로 제거할 수 있는 프리스트레스트 합성빔의 잔류응력 제거방법 및 그 방법에 의하여 제작된 프리스트레스트 합성빔에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing residual stress of a prestressed composite beam and a prestressed composite beam fabricated using the same. More specifically, when prefraction load is applied to the rigid steel for the prestressed composite beam (Type I or H), only one prefraction load is applied without inducing permanent deformation by repeated excessive prefraction load. The residual stress removal method of the prestressed composite beam which can remove the internal residual stress of the steel and can effectively remove the residual stress of the upper flange of the steel, which is a blind spot of residual stress, and the prestressed composite produced by the method Relates to the beam.
프리스트레스트 합성빔용 I형 또는 H형 강형을 제작할 때, 소정 두께의 압연강판을 일정한 형상으로 가공하여 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지 부재를 제작하여 각각의 상기 부재를 소정의 형상으로 결합하는 과정에서, 상기 압연과정의 경우 회전하는 압연기의 롤러 사이에 가열된 강철을 넣어 막대기 모양이나 판 모양으로 성형되면서 강판내부에 잔류응력이 잔존할 뿐만 아니라, 상기 용접과정의 경우 용접에 의해 강판의 재료인 금속내부조직이 강한 열을 받은 후 식는 과정에서 열을직접 받는 부분과 그 주변부위의 경계면 부위에서의 불균일한 소성변형에 의하여 강형에 잔류응력이 또 다시 누적되어 잔존하게 된다. 상기와 같은 잔존응력은 프리스트레스트 합성빔에 프리스트레스를 도입할 때, 상기 강형의 하부플랜지에 타설되는 하부플랜지콘크리트에 도입되는 프리스트레스 즉 압축응력을 설계 시 예측되는 값보다 낮은 값으로 도입되는 결과를 초래한다.(통상 압연과정에서 발생하는 잔류응력은 설계 시 무시되고, 용접과정에서의 잔류응력이 주요 제거대상이다. 이하 본 발명의 경우 용접과정에서 발생하는 강형의 잔류응력의 제거가 주목적이 된다.) 즉, 도1의 응력-변형율 선도를 기준으로 설명하면, 도2a와 같이 솟음(δ₁)처리된 프리스트레스트 합성빔용 강형(10,I형강형)에 프리플랙션하중(P)을 도2b와 같이 캠버(δ₂)를 가지도록 재하하면, 상기 I형 강형은 O 점에서 A점까지의 라인의 A점에 해당하는 인장응력(σse)을 받고, O 점에서 C점에 해당하는 변형(δ₁+δ₂)이 발생하게되며, 도2c와 같이 I형 강형의 하부플랜지 주위에 하부플랜지콘크리트를 타설하고 양생시킨 후, 도2d와 같이 상기 프리플랜션하중(P)을 제거하면 I형 강형은 A점에서 다시 O점으로 탄성복귀 되고, 상기 하부플랜지 콘크리트는 I형 강형의 탄성복귀에 상응하여 C점에서 D점까지 압축되면서 B점에서의 I형 강형의 프리스트레스트 즉 인장응력(σsp)에 상응하는 하부플랜지 콘크리트의 프리스트레스트 즉 압축응력(σcp +△σc)이 도입되어야 하나, I형 강형 내부에 잔존하는 잔류응력 때문에 프리플랙션하중(P) 제거 시 I형 강형이 A점에서 O점으로 복귀되지 않고 O´점으로 복귀하면서 B´에 도달함으로서 실제로 하부플랜지콘크리트에는 σcp 에 해당하는 압축응력 밖에 도입되지 않는다. 하지만 프리스트레스트 합성빔의 설계는하부플랜지 콘크리트에 압축응력(σcp +△σc)가 도입되는 것으로 설계하게 되므로, 실제로는 압축응력(σcp )이상으로 시공 후 활하중이 가해지게 되면 그 차이에 해당하는 △σc 값은 하부플랜지 콘크리트에 인장응력으로 작용하게 되어 하부플랜지콘크리트에 균열이 발생하고 이는 프리스트레스트 합성빔의 내구성을 저하시키는 문제점이 있다.When manufacturing I-type or H-type steel for prestressed composite beams, in the process of manufacturing the upper flange, the abdomen and the lower flange members by processing a rolled steel sheet of a predetermined thickness to a predetermined shape, and combining the respective members in a predetermined shape, In the case of the rolling process, as the heated steel is put between the rollers of the rolling mill to be shaped into a bar or plate, residual stress remains in the steel sheet, and in the case of the welding process, the metal is a material of the steel sheet by welding. In the process of cooling after a strong heat, the residual stress accumulates again in the steel due to non-uniform plastic deformation at the interface part of the heat directly and its peripheral part. Such residual stress results in the introduction of prestress, ie, compressive stress, introduced into the lower flange concrete placed in the lower flange of the rigid body when the prestress is introduced into the prestress composite beam. (Residual stress generated in the rolling process is generally ignored in design, and residual stress in the welding process is the main object of removal. Hereinafter, in the case of the present invention, the removal of the residual stress of the steel that occurs in the welding process becomes a main purpose. In other words, when the stress-strain diagram of FIG. 1 is used as a reference, the pre-fractional load P is applied to the prestressed composite beam steel beams 10 (I-shaped steel beams) treated as raised (δ₁) as shown in FIG. 2A. When loaded with camber (δ₂), the I-shaped steel receives tensile stress (σse) corresponding to point A of the line from point O to point A, and the deformation (δ₁ + corresponding to point C at point O). δ ₂) is generated, and after placing the lower flange concrete around the lower flange of the I-type steel as shown in Figure 2c and curing, and remove the pre-planar load (P) as shown in Figure 2d, I-type steel A point Is returned to point O again, and the lower flange concrete is compressed from point C to point D corresponding to the elastic return of type I steel, corresponding to the prestress, that is, the tensile stress (σsp) of type I steel at point B. Prestress, or compressive stress (σcp + △ σc), of the lower flange concrete should be introduced, but the I-type steel returns from point A to point O when removing the pre-fractional load (P) due to residual stress remaining inside the I-type steel. By returning to the point O 'and reaching B', only the compressive stress corresponding to σcp is introduced into the lower flange concrete. However, since the design of the prestressed composite beam is designed to introduce the compressive stress (σcp + △ σc) into the lower flange concrete, in practice, when the live load is applied after the compressive stress (σcp) or more, △ corresponding to the difference The σc value acts as a tensile stress on the lower flange concrete, causing cracks in the lower flange concrete, which lowers the durability of the prestressed composite beam.
이러한 I형 강형에 잔존하는 잔존응력을 제거하는 방법으로 고안된 것이 특허등록 제 1163호로서 도3a와 같이 중앙부분이 상부로 소정의 솟음(δ₁)처리된 프리스트레스트 합성빔용 강형(I형)의 양단을 지지한 상태에서 탄성한계 내의 1차 프리플랙션 하중(P1)을 가하여 도3b와 같이 소정의 캠버(δ₂)를 갖도록 하고, 상기 프리플랙션 하중(P1)을 제거하여, 도3c와 같이 캠버(δ₃)를 갖는 상태로 탄성 복귀시켜 I형 강형의 제작 시 발생된 내부 잔류응력을 제거하고, 다시 상기 1차 프리플랙션하중(P1)과 동일한 크기의 2차 프리플랙션하중(P2)를 가하여 캠버(δ₂)와 동일한 캠버(δ₄)를 갖도록 한 상태에서, 도3d와 같이 I형 강형의 하부플랜지 콘크리트에 콘크리트를 타설한 후 양생하여 상기 2차 프리플랙션하중(P2)을 제거하여, 도3e와 같이 I형 강형의 탄성복귀에 따라 하부플랜지 콘크리트에 프리스트레스트 즉 압축응력이 도입되면서 최종적으로 캠버(δ)를 갖는 프리스트레스트 합성빔을 제작하는 것이다. 이를 도4의 응력-변형율 선도를 기준으로 설명하면 다음과 같다. I형 강형(10)에 1차 프리플랙션 하중(P1)을 가하면 I형 강형은 O점에서 A점까지의 라인의 A점까지의 라인의 A점에 해당하는 인장응력(σse)을 받고, O 점에서 C점에 해당하는 변형(δ₁+δ₂)이 발생하게되며, 상기 1차 프리플랙션 하중은 I형강형의 탄성한계 내에 설정되더라도 상기 I형강형은 내부의 잔류응력에 의하여 A점에서 O′으로 복귀하게 된다. 이 상태에서 다시 2차 프리플랙션하중(P2)을 가하면, I형 강형은 O′에서 A점을 향하여 변형되며, 이때 2차 프리플랙션하중(P2)을 1차 프리플랙션하중(P1)과 동일한 크기로 하면 A점까지 변형되어 σse 만큼의 인장응력을 받게되며, O′에서 C만큼의 변형이 수반된다. 다음 상기 2차 프리플랙션 하중(P2)를 가한 상태에서 I형 강형의 하부플랜지에 하부플랜지콘크리트(20)를 타설하여 양생시킨 후 2차 프리플랙션하중을 제거하면, I형 강형에는 σsp 만큼의 프리스트레스트 즉 인장응력이 도입되면서 O에서 H 까지의 인장변형이 수반되며, 하부플랜지콘크리트에는 σcp 만큼의 프리스트레스트 즉 압축응력이 도입되면서, C에서 H만큼 압축변형이 수반된다. 따라서 프리스트레스트 합성빔은 1차 프리플랙션 하중을 가한 후 제거하면서 영구변형을 수반하면서 내부잔류응력을 제거한 상태에서 2차 프리플랙션 하중을 가하여 프리스트레스트 합성빔을 완성시켜, 시공 후 설계강도가 실제강도 이상으로 되는 것을 방지하여 프리스트레스트 합성빔의 균열을 방지할 수 있다. 즉 설계 시 I형강형의 응력-변형률 선도는 O′에서 A 라인을 기준을 설계하게 된다.Patent registration No. 1163, which is designed as a method of removing the residual stress remaining in the type I steel, is provided at both ends of the prestressed composite beam steel (type I) with a predetermined portion of the center portion raised upward as shown in FIG. 3A. Is applied to the primary prefraction load P1 within the elastic limit to have a predetermined camber δ₂ as shown in FIG. 3B, and the prefraction load P1 is removed, and the camber as shown in FIG. 3C. The elastic residual is returned to the state having (δ₃) to remove the internal residual stress generated during the fabrication of the type I steel, and the second prefraction load P2 having the same size as the primary prefraction load P1 is again obtained. In the state to have the same camber (δ₄) and the same camber (δ₂), as shown in Figure 3d to cast concrete in the lower flange concrete of the I-shaped steel, and then curing to remove the secondary preflection load (P2), As shown in Fig. 3E, La prestressed in the bottom flange concrete that is to ultimately produce a prestressed composite beam having a camber (δ) the introduction of compressive stress. This will be described based on the stress-strain diagram of FIG. 4. When the first pre-fraction load (P1) is applied to the I-shaped steel 10, the I-shaped steel receives tensile stress (σse) corresponding to the A point of the line from the O point to the A point of the line. Deformation (δ₁ + δ₂) corresponding to point C occurs at point O. Even if the first pre-fraction load is set within the elastic limit of the I-shaped steel, the I-shaped steel at point A is caused by the residual stress inside. Return to O '. In this state, if the second prefraction load (P2) is applied again, the type I steel is deformed toward the point A at O ', and at this time, the second prefraction load (P2) is converted into the first prefraction load (P1) If it is the same size as, the strain is deformed to point A, and the tensile stress is as much as σse, and the strain is accompanied by the strain at O '. Next, the lower flange concrete 20 is poured into the lower flange of the I-type steel in the state where the secondary pre-fraction load (P2) is applied, and then the secondary pre-fractional load is removed, and as much as σsp for the I-type steel. Prestress, i.e., tensile stress, is introduced, followed by tensile strain from O to H, and lower flange concrete is accompanied by prestress, ie, compressive stress, as much as σcp, and compressive strain is accompanied by C to H. Therefore, the prestressed composite beam is applied after the first pre-fraction load and the second pre-fraction load is applied to remove the residual residual stress with permanent deformation while removing the residual stress. The cracking of the prestressed composite beam can be prevented by preventing the strength beyond the actual strength. In other words, the stress-strain diagram of the I-beams in the design is based on the A line at O '.
하지만 1차 및 2차 프리플랙션하중을 이용하여 I형 강형에 잔존하는 내부응력 제거하는 방법의 문제점을 프리스트레스트 합성빔의 제작 응력-변형률 선도를 기준으로 설명하면 다음과 같다.However, the problem of the method of removing the internal stress remaining in the I-type steel by using the first and second prefraction loads will be described based on the stress-strain diagram of the prestressed composite beam.
첫째, 도5와 같이, 0점에서 A′점으로 1차 프리플랙션하중(1.078×강형의 항복강도)을 가한 후, 이를 제거하면 A′점에서 점 C로 탄성 복귀하게 된다. 이에다시 C점에서 2차 프리프랙션하중(0.98 ×강형의 항복강도)을 가하게되면 I형 강형은 A점에서의 인장응력 및 변형을 가지게 된다. 이러한 내부잔류응력에 의한 잔류변형을 고려한 1차 및 2차 프리플랙션 하중의 크기는 I형 강형의 경우 항복강도 이전까지 이론적으로 응력-변형률 선도에서 탄성적 거동을 한다고 설계 상 설정되어 있지만, 강형의 항복강도의 98%에 일률적으로 10%를 추가하여 상기 1차 프리플랙션하중을 재하한 후, 강형의 항복강도의 98%에 해당하는 2차례의 프리플랙션하중의 재하는 잔류응력에 의한 잔류변형을 제거하는 방법을 적용하고 있는 실정이다. 그러나 강형의 항복강도의 98%에 일률적으로 10%를 추가하여 프리플랙션하중을 재하하는 것은 분명 강형의 탄성범위를 일탈하는 것이 분명하지만 I형 강형은 설계 및 제작에 따라 그 크기 및 형상이 변형될 수 있고, 강판 및 용접시공의 정도에 따라 잔존하는 잔류응력에 의한 잔류변형이 일정하지 않아 I형 강형의 잔류응력을 일일이 잔류응력 측정장치로 검사하여 차별화된 프리플랙션하중을 재하하는 것이 매우 번거롭고 비경제적이기 때문에, 일률적으로 10%의 프리프랙션 하중 증가분치를 적용하는 것이다. 하지만 보다 경제적이고 효율적인 교량시공이라는 설계기본원칙상 과다한 프리플랙션 하중을 먼저 재하한 후, 또 다시 항복강도에 근접한 프리플랙션 하중을 반복하여 재하 하는 것은 많은 시간과 비용이 소요된다는 점에서 매우 비효율적이며, 나아가 I형 강형의 항복강도를 초과하는 1차 프리플랙션하중을 일정시간 I형 강형에 재하하는 경우 I형 강형의 재료적손상을 입히게 되고, 이러한 재료적 손상은 I형 강형의 내구성에 영향을 미치고 종국적으로 I형강형을 이용하는 프리스트레스트 합성빔의 내구성저하에 따른 교량시공의 하자로 이어질 수 있다는 문제점이 있다. 즉 프리스트레스트 합성빔의 제작과정에 있어, 프리플랙션하중을 2회에 걸쳐 I형 강형의 항복강도 이상 및 추가적인 항복강도에 해당하는 프리플랙션 하중을 반복하여 재하하지 않고서도 안정된 프리스트레스트 합성빔의 제작방법이 절실히 요구되었으며,First, as shown in Fig. 5, after applying the first pre-fraction load (1.078 × yield strength of steel) from point 0 to point A ', if it is removed, elastic return to point C from point A' is performed. If a second prefraction load (0.98 × yield strength of steel) is applied at point C, the type I steel has tensile stress and deformation at point A. The magnitudes of the primary and secondary preflection loads considering the residual strain due to the internal residual stress are set by design to be elastic in the stress-strain diagram theoretically before the yield strength in the case of Type I steels. After loading the primary pre-fraction load by adding 10% uniformly to 98% of yield strength of, the load of the two pre-fraction loads corresponding to 98% of the yield strength of the steel is caused by residual stress. The situation is applied to remove residual deformation. However, it is clear that the load of pre-fraction by adding 10% uniformly to 98% of the yield strength of the steel is clearly out of the elastic range of the steel, but the size and shape of I-shaped steel deforms according to design and fabrication. The residual strain due to the remaining residual stress is not constant according to the degree of steel sheet and welding construction. Therefore, it is very important to check the residual stress of the I-type steel with a residual stress measuring device to load the differentiated prefraction load. As cumbersome and uneconomical, a uniform 10% prefraction load increase is applied. However, due to the design principle of more economical and efficient bridge construction, it is very inefficient to load excessive prefraction load first and then repeatedly load the prefraction load close to yield strength. In addition, when the primary pre-fraction load exceeding the yield strength of the I type steel is applied to the I type steel for a certain time, the material damage of the I type steel is caused, and the material damage is caused by the durability of the I type steel. There is a problem that it may affect the bridge construction due to the degradation of durability of the prestressed composite beam using the I-shaped steel. That is, in the fabrication process of the prestressed composite beam, the prestressed composite beam is stable without repeatedly loading the pre-fraction load twice over the yield strength corresponding to the yield strength of the Type I steel and the additional yield strength. How to make an urgent need for
둘째, I형 강형의 경우 용접에 의한 현장 및 공장제작시 상부플랜지 및 하부플랜지의 복부와의 접합부(용접에 의한 결합이기 때문이다)에 내부잔류응력이 집중되어 있으며, 그 크기도 거의 차이가 없음에도 불구하고, 프리플랙션하중을 I형 강형의 상부면에 소정의 간격을 두고 일정시간 가하여 하부플랜지는 인장응력을 받는 반면, 상부플랜지는 압축응력을 받게함으로서 강형의 내부잔류응력을 제거하고있으나, 이는 결론적으로 인장응력을 받는 하부플랜지 부위의 내부잔류응력만을 제거하는 방법에 국한되고 있는 실정이다.(내부잔류응력은 강형이 인장응력을 받는 상태에서 제거되며 압축응력을 받는 상태에서는 제거되지 않는다). 결국 압축응력을 받는 상부플랜지는 잔류응력 제거 효과가 없거나 미미함에도 불구하고, 이에 대한 고려가 프리스트레스트 합성빔의 설계 및 제작과정에 전혀 반영되지 않고 있어, 이를 고려한 프리스트레스트 합성빔의 내부잔류응력 제거방법이 절실히 요구되었다.Secondly, in case of Type I steel, internal residual stress is concentrated at the joint part (because it is by welding) of the upper flange and the lower flange at the factory and factory manufacturing by welding. Nevertheless, the preflection load is applied to the upper surface of the I-type steel for a certain time, and the lower flange receives the tensile stress while the upper flange receives the compressive stress, thereby eliminating the internal residual stress of the steel. This is confined to the method of removing only internal residual stress of lower flange part under tensile stress. (Internal residual stress is removed under tensile stress and not under compressive stress. ). After all, although the upper flange subjected to the compressive stress has no or little effect of removing residual stress, the consideration of this is not reflected in the design and fabrication process of the prestressed composite beam. Therefore, the internal residual stress of the prestressed composite beam is considered. The method was desperately needed.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,The present invention is to solve the above problems,
본 발명의 목적은 종래의 프리플랙션하중을 2회에 걸쳐 반복 재하 함으로서 I형 또는 H형 강형의 영구변형을 유도하지 않고서도 I형 또는 H형 강형에 잔존하는잔류응력을 제거할 수 있는 프리스트레스트 합성빔의 잔류응력제거방법 및 이를 이용하여 제작된 프리스트레스트 합성빔을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to repeatedly load a conventional prefraction load two times to remove the residual stress remaining in the I- or H-type steel without inducing permanent deformation of the I- or H-type steel. The present invention provides a method for removing residual stress of a rest composite beam and a prestress composite beam manufactured by using the same.
본 발명의 다른 목적은 프리스트레스트 합성빔의 상부 및 하부플랜지 접합부위에 존재하는 내부잔류응력을 효과적으로 제거할 수 있는 프리스트레스트 합성빔의 잔류응력제거방법 및 이를 이용하여 제작된 프리스트레스트 합성빔을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for removing residual stress of a prestress composite beam capable of effectively removing internal residual stresses present at upper and lower flange joint portions of a prestress composite beam, and a prestress composite beam manufactured using the same. will be.
본 발명의 또 다른 목적은 프리스트레스트 합성빔의 제작과정에서 시간 및 비용이 많이 소요되는 프리플랙션 하중재하공정의 단계를 단순화하면서도, 안정된 프리스트레스트 합성빔의 제작이 가능하여 작업공기를 단축할 수 있고 이로서 공사비를 절감할 수 있어 매우 효율적인 프리스트레스트 합성빔의 잔류응력제거방법 및 이를 이용하여 제작된 프리스트레스트 합성빔을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to simplify the steps of the pre-fraction load loading process, which is time-consuming and costly in the manufacturing process of the prestressed composite beam, and to produce a stable prestressed composite beam, thereby reducing work air. In this way, the construction cost can be reduced, thereby providing a highly efficient method of removing residual stress of the prestressed composite beam and a prestressed composite beam manufactured using the same.
도1은 종래의 프리스트레스트 합성빔 제작을 위한 프리스트레스트 도입상태를 도시한 응력-변형률선도이다.1 is a stress-strain diagram showing a state of prestressing for producing a conventional prestressed composite beam.
도2a,도2b,도2c 및 도2d는 종래의 프리스트레스트 합성빔의 제작순서도이다.2A, 2B, 2C and 2D are manufacturing flow charts of a conventional prestressed composite beam.
도3a,도3b,도3c,도3d 및 도3e는 종래의 프리스트레스트 합성빔의 다른 제작순서도이다.3A, 3B, 3C, 3D, and 3E show another manufacturing flowchart of a conventional prestressed composite beam.
도4는 도3의 방법으로 제작된 프리스트레스트 합성빔의 프리스트레스트 도입상태를 도시한 응력-변형률선도이다.FIG. 4 is a stress-strain diagram showing the prestress introduction state of the prestressed composite beam manufactured by the method of FIG.
도5는 도3의 방법으로 제작된 프리스트레스트 합성빔 잔류응력제거방법의 문제점을 도시한 응력-변형률선도이다.FIG. 5 is a stress-strain diagram showing the problem of the prestressed composite beam residual stress removal method manufactured by the method of FIG.
도6은 본 발명의 구체예인 프리스트레스트 합성빔의 잔류응력제거방법이 도시된 응력-변형률 선도이다.Fig. 6 is a stress-strain diagram showing a method for removing residual stress of a prestressed composite beam, which is an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10:강형20:하부플랜지콘크리트10: Rigid 20: Lower Flange Concrete
본 발명은 프리스트레스트 합성빔의 효율적인 제작 및 효율적인 품질관리방법이 가능하도록, I형 또는 H형 강형에 잔존하는 잔류응력을 제거하는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은 I형 또는 H형 강형의 반복 과하중에 의한 영구변형을 유도하지 않아, 강형에 무리가 가지않는 1차례의 프리플랙션 하중만을 가하여 강형의 내부잔류응력을 제거하고, I형 또는 H형 강형의 상부플랜지 부위의 잔류응력도 함께 제거될 수 있도록 강형의 하부플랜지 및 상부플랜지 양자에 동일하게 강형에 무리가 가해지지 않는 프리플랙션 하중을 재하하는 것에 특징이 있으며, 이러한 방법으로 제작되어 작업공정이 단축되고 이로서 공사비가 절감되는 프리스트레스트 합성빔을 제공한다.The present invention provides a method for removing residual stress remaining in an I-type or H-type steel, to enable efficient fabrication and efficient quality control method of the prestressed composite beam. Since it does not induce permanent deformation due to overload, the internal residual stress of the steel is removed by applying only one pre-fractional load that does not overwhelm the steel, and the residual stress of the upper flange portion of the I-type or H-type steel is also removed. It is characterized by loading the pre-fraction load that is not applied to the steel in the same way to both the lower flange and the upper flange of the steel, and is produced in this way to shorten the work process, thereby reducing the construction cost Provide the beam.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도5를 기준으로 설명한다. 본 발명의 실시예는 프리스트레스트 합성빔의 제작에서, I형 강형 또는 H형 강형과 같이 프리스트레스트 합성빔의 내부에 매설되는 강형에 잔존하는 잔류응력제거방법에 그 특성이 존재하므로 이를 상세히 설명하며, 이를 이용하여 프리스트레스트 제작방법은 통상의 프리스트레스트 합성빔 제작방법과 동일한 방법으로 제작되므로 이에 대한 상세 설명은 생략한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. An embodiment of the present invention will be described in detail because there is a characteristic in the residual stress removal method remaining in the steel embedded in the prestressed composite beam, such as I-type or H-type in the fabrication of the prestressed composite beam Since the prestress fabrication method is manufactured in the same manner as the conventional prestress composite beam fabrication method, detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 실시예인 프리스트레스트 합성빔의 I형 또는 H형 강형에 잔류응력을 제거하는 방법은 소정의 형상의 강형에, 잔류변형율을 고려한 설계 프리플랙션 하중값에 해당하는 1차 프리플랙션 하중을 가하여 상기 강형의 내부잔류응력을 제거하고; 강형의 하부플랜지에 콘크리트를 타설한 후, 상기 1차 프리플랙션 하중을 제거하는 것을 포함한다.The method of removing residual stress in the I-type or H-shaped steel beams of the prestressed composite beam according to the embodiment of the present invention includes a primary pre-fraction load corresponding to the design pre-fraction load value considering the residual strain in the steel of a predetermined shape. Adding to remove the internal residual stress of the steel; After placing the concrete on the lower flange of the steel, and removing the primary pre-flection load.
강형은 역학적 특성이 우수한 단면의 I형 강형을 이용하는 것이 바람직하지만 반드시 이에 한정되는 것이 아니지만 이하 I형 강형을 기준으로 설명한다. 프리플랙션 하중을 프리스트레스트 합성빔에 도입하기 위하여, 미리 중앙상부가 솟음처리된 것을 이용하는 것은 통상의 프리스트레스트 합성빔을 제작하는 것과 동일하다.It is preferable to use the I-shaped steel having a cross section excellent in mechanical properties, but the steel is not limited thereto. Hereinafter, the steel will be described based on the I-shaped steel. In order to introduce the pre-fraction load into the prestressed composite beam, using the previously centered top portion is the same as producing a conventional prestressed composite beam.
상기 솟음처리된 I형 강형에 한 번의 프리플랙션하중을 재하하여 I형 강형에 잔존하는 잔류응력이 제거된 상태에서, I형 강형의 하부플랜지에 하부플랜지 콘크리트를 타설한 후 양생하고, 상기 프리프랙션하중을 제거하여 프리스트레스트 합성빔을 완성시킨다. 이때 I형 강형의 잔류응력이 제거되는 과정을 I형 강형에 프리플랙션하중을 도입하는 과정에서의 응력-변형률선도인 도6을 기준으로 설명하면 다음과 같다.In the state where the residual stress remaining in the I-type steel is removed by loading one pre-fraction load on the raised I-type steel, the lower flange concrete is poured into the lower flange of the I-type steel and cured. The fractional load is removed to complete the prestressed composite beam. In this case, the process of removing the residual stress of the I-type steels will be described with reference to FIG. 6, which is a stress-strain diagram in the process of introducing a pre-fraction load into the I-type steels.
보통 일반 후판(두꺼운 강판)을 겹겹이 사용하여 제작된 I형 강형의 잔류응력에 의한 내부잔류변형은 약 7%~13%으로서 일정하지가 않다. 이러한 강형의 내부잔류변형량을 고려하여 강형 내부잔류응력을 제거하는 방법을 살펴보면, 도6의 응력-변형률선도와 같이 프리플랙션하중 재하 시 잔류변형 10%를 고려하여 I형 강형을 제작을 하였을 경우 이론적인 하중 재하는 종래의 방법에 의하면 프리플랙션하중 0.98fy의 10%를 할증된 값으로 하중 재하를 하여야하나(점A´) 설계 캠버(솟음)를 10%할증한 변형률(점D)을 갖더라고 하중 증가(점A) 없이 도달되어진다. 즉 프리플랙션하중 재하시 굳이 상기 종래기술과 같이 A´점까지 프리플랙션하중을 가하지 않더라도 내부잔류응력이 소멸되어 짐에도 불구하고(강형이 항복하는 A점에서 추가적인 하중증가 없이도 강형의 변형이 진행됨을 간과하는 것이다) I형 강형에 무리한 하중을 재하하는 비효율적인 제조공정(종래기술의 과도한 1차 프리플랙션 하중)이 추가된다는 것을 의미하며, 본 발명이 제거하고자하는 작업공정이 된다. 이러한 작업공정은 강형의 제작공정에 상당한 시간(한개 또는 수개의 강형에 가해지는 프리플랙션하중의 재하횟수는 교량의 길이에 따라 프리플랙션하중의 재하시간이 보통 수시간에서 수일에 걸쳐 진행되기 때문에 재하공정을 한번이라도 줄일 수 있다면 교량전체 제작공기는 종래의 방법과 비교하여 상당한 차이를 가질수 있으며, 비용적 적으로도 대형장비가 이용되는 만큼 종래의 방법은 상당한 제작비의 비효율성을 수반하게된다.Usually, internal residual strain due to residual stress of type I steel, which is made of layers of ordinary thick plates (thick steel sheet), is not constant, about 7% to 13%. Looking at the method of removing the internal residual stress in consideration of the internal residual strain of the steel, when the I-shaped steel is manufactured by considering the residual strain 10% during the preflection load as shown in the stress-strain diagram of FIG. According to the conventional method of theoretical loading, 10% of the pre-fractional load 0.98fy should be loaded at a premium (point A´), but a strain (point D) which is 10% higher than the design camber (rise) Even with no load increase (point A). In other words, even if the pre-flection load is not applied to the point A 'as in the prior art, even though the internal residual stress is extinguished. This implies that an inefficient manufacturing process (excessive primary prefraction load of the prior art) is added to the type I steel, and the present invention is a work process to be removed. This work process involves a considerable amount of time in the manufacturing process of the steel (the number of loadings of preflectional load on one or several steels varies from several hours to several days depending on the length of the bridge). Therefore, if the loading process can be reduced even once, the overall manufacturing air of the bridge can have a considerable difference compared with the conventional method, and as a large-scale equipment is used, the conventional method is accompanied by a considerable manufacturing cost inefficiency. .
본원 발명과 같이 단 한번의 프리플랙션하중을 즉 도6의 점 A까지 가함으로서 최종적으로 강형의 잔류응력 제거량을 살펴보면 잔류변형률의 선분CD(선분OO′)가 되는 것이며 최종 변형률은 설계변형률 선분OD(선분O′C)로 동일하게 되어 하부플랜지 콘크리트타설 및 프리플랙션하중 제거 후 설계하중이 작용하는 동안 선분OB 즉 탄성범위에 있게되어 설계와 시공의 일체성을 이룰 수 있다. 즉 강형의 응력-변형률선도는 잔류응력 제거후 설계하중이 작용하는 동안 응력축은 강형 고유의 축F에 있게 되어, 설계 시 잔류응력에 의한 잔류변형에 기준과 실제 강형에 가해지는 실제하중의 거동이 일치하게 되어 보다 비용, 제작공기의 면에서 효율적인 프리스트레스트 합성빔의 제작 및 이를 이용한 시공이 가능하게되는 것이다.As shown in the present invention, when a single prefraction load is applied to the point A of FIG. 6, the residual stress removal amount of the steel is finally determined as the line segment CD (line segment OO ') of the residual strain, and the final strain line is the design strain line OD. It becomes the same as (line segment O'C), and it is in line segment OB, that is, elastic range, while design load is applied after placing bottom flange concrete and removing pre-fraction load, thus achieving unity of design and construction. In other words, the stress-strain diagram of the steel structure shows that the stress axis is in the steel's own axis F while the design load is applied after the residual stress is removed. The coincidence of the prestressed composite beam in terms of cost, manufacturing air, and construction using the same can be achieved.
결국, 과도한 프리플랙션하중(0.98fy)을 최소화(1회)하여 내부잔류응력을 제거함으로써 여타의 반복 재하에의한 내부잔류응력 방법은 내부잔류응력 제거와 더불어 소성변형을 초래할 수 있는 유해한 시공공법을 개선할 수 있으며 작업단계를 개선함으로써 공기를 단축할 수 있어 경제적인 시공공법이 된다. 주의해야할 사항은 I형 강형 제작 시 잔류변형을 고려하여 제작하되 I형 강형의 재료마다 잔류응력은 각각 다르므로 잔류변형 제거 시 설계 프리플랙션하중 이상을 재하하면 I형 강형 자체 재료손상을 가져올 수 있으므로 설계 변형(솟음)과 설계하중의 상관관계를 항상 일정하게 지켜지도록 시공을 해야하며, 이는 작업조건에 따른 설계시방서가 미리 작성됨으로서 해결 가능하다.As a result, by minimizing the excessive prefraction load (0.98fy) (one time) to remove internal residual stress, the internal residual stress method caused by other repetitive loads eliminates the internal residual stress and causes harmful construction that can cause plastic deformation. The construction method can be improved and the air can be shortened by improving the working stage, making it an economic construction method. Caution should be taken in consideration of residual deformation in the production of type I steel, but the residual stress is different for each material of type I steel. Therefore, construction should always be carried out so that the correlation between design deformation (rising) and design load is kept constant. This can be solved by preparing design specifications according to working conditions in advance.
상기와 같은 1차례의 프리플랜션하중을 I형 강형의 상부면에 직접 재하하는 경우에, I형 강형의 하부플랜지에는 인장응력이 가해지고, I형 강형의 상부플랜지에는 압축응력이 가해지게 되는데, 이때 I형 강형의 하부플랜지 부위에 존재하는 내부잔류응력(특히 용접에 의한 것)은 상기 인장응력에 의해서 제거되는 반면, 상부플랜지 부위에 존재하는 잔류응력은 그 크기면에서 하부플랜지와 거의 동일함에도 압축응력만 가해질 뿐이어서 실제로 제거되지 않은 상태가 될 수 있는데, 이러한 상부플랜지 잔류응력이 계속 잔존하더라도 안정성 확보(상부플랜지의 압축좌굴에 의한 파괴가 되지 않을 정도로 설계되는 경우)에 문제가 없는 경우에는 상기와 같이 1차례의 프리플랙션하중을 I형 강형에 재하하는 것으로 프리스트레스트 합성빔의 제작이 가능하지만, 프리스트레스트 합성빔을 이용한 교량 완공후, 프리스트레스트 합성빔의 시간이 지남에 따른 내구성의 저하로 외부하중의 반복적인 재하에 따라 잔류응력이 제거되지 않은 상태의 압축플랜지는 압축좌굴파괴가 발생할 수 있고(I형 강형의 내구성저하로 인한 것), 압축플랜지의 압축 및 인장을 반복함에 따라(교통하중과 같은 외부하중이 교량을 통과하는 경우 일시적으로 I형 강형의 상부플랜지에 압축응력이 가해지고 , 차량이 교량을 벗어나게 되면 I형 강형의 상부플랜지에 일시적으로 인장응력이 가해지게 되므로 상부플랜지 부위에 잔존하는 잔류응력이 시간이 지남에 따라 제거되는데, 이러한 I형 강형의 상부플랜지의 잔류응력의 단계적인 감소량 만큼, 프리스트레스트 합성빔을 이용한 교량의 처짐을 유발할수 있어 교량의 사용성에 문제가 발생할 여지가 있는 경우에는 상기 상부플랜지 부위에 존재하는 잔류응력을 제거할 필요가 있다. 이러한 경우에는 상술한 1차례의 프리플랜션하중을 I형 강형에 재하하여 하부플랜지의 잔류응력을 제거한 후, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 I형 강형을 뒤집어 상기 하부플랜지가 상부플랜지로서 다시 1차례의 프리플랙션하중이 가해짐으로서 잔류응력이 제거되게 하여, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 결국 상부플랜지 및 하부플랜지에 존재하는 잔류응력을 1차례씩 프리플랙션 하중(0.98fy)을 가함으로서 제거하게된다.In the case where the first pre-planar load is directly loaded on the upper surface of the I-type steel, the tensile stress is applied to the lower flange of the I-type steel, and the compressive stress is applied to the upper flange of the I-type steel. In this case, the internal residual stress (particularly by welding) existing in the lower flange portion of type I steel is removed by the tensile stress, while the residual stress existing in the upper flange portion is almost the same as the lower flange in size. In addition, only the compressive stress is applied, so that it may not be actually removed. If there is no problem in securing stability (when it is designed to not be destroyed by compression buckling of the upper flange) even if the residual residual stress of the upper flange remains As described above, the prestressed composite beam cannot be manufactured by loading one pre-fraction load on the I-shaped steel as described above. However, after the completion of the bridge using the prestressed composite beam, the compression flange in the state where the residual stress is not removed by repeated loading of the external load due to the deterioration of durability of the prestressed composite beam over time may cause compression buckling failure. (Due to the deterioration of the durability of Type I steel), and by repeating the compression and tension of the compression flange (when external loads such as traffic loads pass through the bridge, compressive stress is temporarily applied to the upper flange of Type I steel). When the vehicle leaves the bridge, the tensile stress is temporarily applied to the upper flange of the I-type steel, and the residual stress remaining in the upper flange portion is removed over time. As the gradual decrease of, it can cause the deflection of the bridge using the prestressed composite beam, which is a problem in the usability of the bridge. If there is a possibility of occurrence, it is necessary to remove the residual stress existing in the upper flange portion.In this case, the residual stress of the lower flange is removed by loading the above-mentioned one-time pre-flation load on the type I steel. Although not shown in the drawing, the I-shaped steel is turned upside down so that the residual stress is removed by applying the pre-flection load one more time as the upper flange, thereby solving the above problems. As a result, the residual stresses present in the upper and lower flanges are removed by applying a pre-fraction load (0.98fy) once.
본 발명은 종래의 프리플랙션하중을 2회에 걸쳐 재하하여 I형 또는 H형 강형의 영구변형을 유도하지 않고서도 I형 또는 H형 강형에 잔존하는 잔류응력을 제거할 수 있으며, 상부플랜지 및 하부플랜지에 존재하는 잔류응력을 동시에 제거하는 방법으로 프리스트레스트 합성빔을 제작하므로, 안정된 프리스트레스트 합성빔의 제작이 가능하면서도, 프리스트레스트 합성빔의 제작과정에서 시간 및 비용이 많이 소요되는 프리플랙션 하중 재하 공정의 단계를 단순화하여 작업공기를 단축할 수 있고 이로서 공사비를 절감할 수 있어 매우 효율적인 프리스트레스트 합성빔의 잔류응력제거방법 및 이를 이용하여 제작된 프리스트레스트 합성빔을 제공한다.The present invention can be carried out by loading the conventional pre-fraction load two times to remove the residual stress remaining in the I- or H-type steel without inducing permanent deformation of the I- or H-type steel, the upper flange and Since the prestressed composite beam is manufactured by simultaneously removing residual stresses present in the lower flange, it is possible to produce a stable prestressed composite beam, but it is time-consuming and expensive in the process of manufacturing the prestressed composite beam. The work load can be shortened by simplifying the steps of the loading process, thereby reducing the construction cost, thereby providing a highly efficient method for removing residual stress of the prestressed composite beam and a prestressed composite beam manufactured using the same.
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2001
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