1. 서 론

콘크리트 구조물 건설 기술과 설계 기술은 초창기 선진외국으로 부터의 기술 이전 단계를 거처 자체적 제조 및 시공기술력을 확보하고 있을 뿐더러 해외에 수출까지 할 수 있는 능력을 크게 배양한 상태이다. 일반적으로 콘크리트 구조물과 관련된 기반 기술은 매우 다양한 분야에 걸쳐있다. 이중 건전성 확보를 위해서는 다각도의 원천적 검사 방법을 통해 그 중요도를 복합적으로 입증하면서 안전과

관련된 분야에 문제가 발생하기 이전에 적극적 예방 조치를 취하게 되고, 유지관리를 위한 대전제 조건을 충족하게 된다.

콘크리트 구조물 건전도는 크게 재료 경년열화 분야와 구조성능 분야에 대해 평가한다. 이중 구조 성능의 정도에 있어서 현 내력 수준을 정립하는 것은 매우 큰 의미를 갖으며, 이를 위해 구조물이 갖고 있는 현재의 잔류응력을 산정하는 것은 구조물의 내력에 대한 전반적 정보를 부여하게 되며, 구조물의 거동예측 및 응력수준에 따른 추가하중의 여유도룰 제대로 제시하게 된다. 구조물 잔류응력 산정은 해석적 기법에 따른 이론적 결과를 도출할 수 있다. 그러나 이는 실제상의 값과는 일정 수준의 차이를 갖는다. 따라서 실험적 방식에 의한 잔류응력 산정은 그 실효성 입증까지의 어려움이 있을 수는 있어도 그 객관성을 입증시키므로써 안전성이 우선인 콘크리트 구조물에 대한 효율적 유지관리 및 수명연장 대책에의 기대할 만한 지침을 제시하게 된다.

실험적 응력해석(Experimental Stress Analysis) 기법을 이용한 잔류응력 산정은 비파괴적 방법과 파괴적인 방법에 의해 가능하다. 비파괴적 방법은 현장 적용성이 좋으나, 환경적 요인에 민감하고, 정량적 분석이 수월하지 않다. 그 반면 파괴적인 방법은 정량적이고, 정확한 응력 분석이 가능하나, 현장 적용성에의 단점을 갖는다. 본 논문에서 적용된 IITC법(Instrumented Indentation Technique for Concrete)은 비파괴적 방식으로 기존의 기계분야에서 적용해 온 계장화 압입시험 방식인 IIT법(Instrumented Inden- tation Technique), 즉 동일 인입하중에 의해 시험 대상 부재가 갖는 현상태인 압축, 인장 및 무응력 상태에 따라 인입깊이가 달라지는 현상을 이용하여 잔류응력을 평가할 수 있는 방법을 콘크리트 구조물에 새롭게 적용한 것이다.¹⁾

결과적으로 본 논문에서는 콘크리트 구조물에 대한 잔류응력 산정시 구성되는 H/W 및 분석용 S/W를 전적으로 새롭게 개발하였고, 실험적 잔류응력 추정식을 창출하였으며, 이 실험식을 이용하여 자동으로 잔류응력을 평가케 하므로써 콘크리트 구조물 건설 단계에서부터 유지관리 단계에서까지 자유롭게 내력을 산정할 수 있도록 하였다. 이에 따라 현재의 콘크리트 구조물 건설 당시 동시에 구축했던 한정된 시편들을 이용한 시공중 주기적 안전성 검토의 불편성, 구조물 자체에 대한 안전점검 및 진단시 코아시편의 제한성, 주관적 점검 또는 진단 결과의 도출에 따른 단점들로 인하여 발생되는 내력 산정의 부정확성 등을 제거할 수 있고, 장기 사용된 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 잔류응력 사전예측이 가능한 고효율 잔류응력 평가 시스템을 신개발 하고자 하였다.

2. 잔류응력 평가

2.1 잔류응력 평가의 개요

잔류응력은 재료 내부에 존재하는 것으로써, 특히 강재에 있어서의 소성변형에 의한 잔류응력은 강재의 제작시 압연 공정에서의 과다 하중의 재하 및 과다 하중의 반복 재하로 인한 탄성한계의 초과로 발생하고, 용접에 의한 잔류응력은 용접시 가열 및 급속 냉각으로 인한 열응력으로 영구 변형과 용접부의 구속응력 작용에 의해 발생한다. 이와 같은 맥락으로 콘크리트에서의 잔류응력을 광의의 의미로 평가하면 기존 하중을 받고 있는 구조재의 현재 응력의 수준이 잔류응력 또는 상존응력이라 표현된다. 잔류응력은 압축 및 인장 강도와 같은 재료의 물성이 아닌 인자로 분류된다. 재료의 물성과 인자는 동시에 존재하지만, 이들은 상호 직접적인 영향을 주지 못한다. 즉, 재료의 물성 중 하나인 강도가 낮아진다고 하여 잔류응력이 증가 또는 감소되는 현상은 나타나지 않고, 반대로 잔류응력의 변화로 인하여 물성의 변화도 일어나지 않게 된다.

잔류응력 발생에 따라 발생되는 문제점은 반복하중에 의한 피로수명의 감소, 지연 파괴의 야기, 동절기 저온 취성 파괴의 원인이 되는 것으로 구조 부재에 대해서는 안전성 차원확보에서 중요한 분석 대상이 된다. 특히 잔류응력은 크게 압축 잔류응력과 인장 잔류응력으로 구분된다. 일반적으로 보부재에 있어서 일정 부분이 압축 잔류응력으로 존재하면 특정 부위에서는 그 반대인 인장 잔류응력이 존재하게 된다. 또한 강재에서 용접부와 같이 높은 온도의 열을 직접 받는 곳에서도 압축 잔류응력 및 인장 잔류응력이 번갈아 발생된다.

현재까지 콘크리트에 대한 정확한 잔류응력을 평가할 수 있는 시험 방법은 없다. 이를 평가하기 위해서는 기존의 강재에서 사용되고 있는 시험 방법을 활용한 경험적인 방식에 의존하는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 구조물을 중심으로 하는 콘크리트 잔류응력에 대한 평가 시스템을 연구 개발하였다. Fig. 1에서는 하중가력 및 하중소거시에 발생되는 잔류응력을 예시하고 있으나, 넓은 의미에서의 잔류응력은 현존하는 상존응력까지를 포함한다.

2.2 기존방식에 의한 잔류응력 평가

잔류응력 평가 방법은 파괴적인 방법과 비파괴적인 방법으로 대별된다. 그러나 피복 두께를 갖는 콘크리트 구조물이 피복상 일부에 일정 홀 생성이나 균열 유도가 일어나도 파괴라고 볼 수 없기 때문에 경우에 따라서는 파괴적인 방법이라도 비파괴적인 방식으로 적용될 수 있다. 비파괴적인 방법과 파괴적인 방법의 특징 및 장단점은 Table 1과 같다.^2-4)

2.3 기존 IIT법에 의한 잔류응력 평가

기존의 IIT법(계장화 압입시험 방법)을 이용한 잔류응력 평가 시스템은 인입하중 및 인입깊이를 측정하는 H/W와 이에 대한 분석용 프로그램으로 구성되며, 주로 강재 및 정밀소재에 적용되고 있다. IIT법에서는 평가 대상체에 동일 하중으로 압입할 때, 잔류응력 존재에 따라 그 압입깊이가 변화된다. 즉 압축을 받고 있는 부재에서는 압축 잔류응력이 존재하고, 압축 잔류응력은 표면으로부터 인입되는 압입자의 인입을 저항하여 압입깊이가 작아지고, 반대로 인장을 받고 있는 부재에서는 인장 잔류응력이 존재하게 되어 표면으로부터 인입되는 압입자의 인입을 도와주므로 압입깊이가 증가된다. 반면 무응력 상태에서는 그 인입깊이가 압축 및 인장 상태의 중간 수준으로 평가된다. 이러한 기본 개념을 도입하여 각 조건하에서의 압입하중 크기와 변위 크기의 상태 곡선을 계측·수집한 후, 상호 비교 및 분석으로 각 상태에서의 잔류응력을 산정한다. Fig. 2는 응력 상태에 따른 인입깊이의 변화를 보여주고 있다.

강재분야에 적용되어 온 IIT법에 있어서 압입자가 압축 및 인장상태에 있는 강재의 대상체에 인입될 때 Fig. 3과 같이 인입되는 압입자 주변에 강재 표면상에 부풀음 현상이나 함몰현상이 발생하는데 이러한 현상은 강재가 갖는 연성 성질에 의한 것으로, 본 특성에 의한 수학적 모델이 제시되며, 이에 따른 잔류응력이 평가되는 논리성이 존재한다.

이는 Fig. 4에서와 같이 무응력 상태에서의 부재는 자중에 의한 응력 발생 부분을 제외하면 잔류응력이 존재하지 않는 무응력 상태(stress-free)이고, 특정 하중과 이에 따른 특정 인입 깊이가 각각 와 일때, 압축응력(compressive stress)을 받는 경우는 와 , 인장응력(tensile stress)을 받는 경우는 와 가 된다. 무응력 상태의 인입깊이 를 기준으로 압축 또는 인장시 발생된 하중과 무응력 상태의 하중과의 차이, 을 단면적()으로 나눈 값을 상황에 따른 잔류응력으로 산정하게 된다. 여기서 상수 는 인입깊이 전 구간에 걸쳐 발생되는 하중 차이들이 모두 다른 값을 갖게 되고, 동일 상태 부재에서 다수의 잔류응력이 산정되게 되므로 전구간에 걸친 보정을 위한 값이다. 수학적 모델 설정을 위한 수식적 전개는 비등방성 2축 응력이 인가될 경우 인장 상태에서의 잔류응력 산정식과 압축 상태에서의 잔류응력 산정식을 Eq. (1), 와 같이 정할 수 있다.³⁾

2.4 개발방식에 의한 잔류응력 평가

IIT법은 강재의 연성특성을 반영한 방식이다. 그러나 콘크리트 재료에 적용할 경우, 재료의 취성특성으로 강재와 같은 압입자 주변에 강재 표면상의 부풀음 현상이나 함몰 현상이 발생하기 전 국부적으로 재료의 파괴상태가 먼저 발생한다. 따라서 강재에서와 같이 일정한 수학적 모델을 적용하기가 불가능해 진다. 본 연구에서는 콘크리트 구조물을 대상으로 압입 방식을 전면 재조정하여 구성되는 압입자로부터 계측 시스템 일체를 모두 새롭게 개발하였다.⁵⁾ 그 특징은 압입자 형태가 콘크리트 표면의 일정 영역을 한꺼번에 누를 수 있도록 다양한 형태로 제조하였고, 압입력의 크기와 압입속도의 조절 및 압입깊이를 정밀히 잴 수 있는 압입 콘트롤 시스템 및 이와 연계된 프로그램을 새롭게 개발하였다. 따라서 이를 IITC에 의한 잔류응력 평가 시스템으로 명명하였다. 개발된 IITC 압입장치 사양 및 시스템 구성은 Fig. 5에서와 같다.

IITC 잔류응력 평가 시스템은 ① 콘크리트 표면상 압입하중-압입깊이 평가는 콘크리트가 갖는 재료적 불균질성을 통합적 개념을 적용하므로써 1점 압입의 단점을 보완할 수 있도록 사용되는 압입자 형태는 일정한 면적을 갖도록 구성하였다. ② 강도별 소형 각주시편, 강도별 기둥 시험체, 상호 다른 프리스트레스 력을 갖는 PSC 보 시험체 등 다양한 콘크리트 부재 형식의 시험체를 이용하여 압입하중에 따른 압입깊이 변화시험 결과를 도출하였다. ③ 각 경우에 따른 하중별 압입깊이의 기울기를 원점과 꼭지점만을 연결한 기울기, 바이스퀘어(bi-square) 및 최소제곱(least square)에 의한 논리적 기울기를 각각 산정한 후, stress-free 상태에서의 기울기를 기준으로 다른 하중 상태에서의 기울기 비()를 산정하여 각 경우에 따른 실험적 기지의 잔류응력과의 상관성을 유도함으로써 (잔류응력)=(관계상수)(기울기 비)에 따른 잔류응력 추정식을 개발하였다. ④ 다음으로 도출된 각 경우의 실험적 압입하중-압입깊이별 관계곡선으로부터 잔류응력 상태의 곡선 도형적 면적에서 stress-free 상태의 곡선 도형적 면적을 뺀 면적(, 잔류면적하중으로 정의함)과 그때의 기지의 잔류응력과의 상관성을 유도함으로써 (잔류응력)=(관계상수)(잔류면적하중)에 따른 잔류응력 추정식을 개발하였다. ⑤ 마지막으로 각 변수들을 이용한 통계처리를 통해 기울기 비 및 잔류면적하중에 따른 잔류응력 추정식을 각각 도출하였다.⁵⁾

3. IITC 잔류응력 시험평가

3.1 시험체 제작

시험체는 3종류로서 PSC 보 시험체, 특수형 콘크리트 기둥 시험체, 콘크리크 보 시험체 등으로 구분된다. PSC 보 시험체를 이용한 시험은 임의의 고강도성 콘크리트 강도를 갖도록 하고, 긴장력 조정에 따른 가력 수준을 달리하면서 실험하였다. 특수형 콘크리트 기둥 시험체는 하나의 시험체에서 피복두께를 각각 다르게 하였고, 이는 피복 영향도 분석을 보다 많이 수행할 수 있도록 하였다. 콘크리트 보 시험체는 PSC 보 시험체와 달리 일반 콘크리트 보에서의 잔류응력 평가 시험연구 결과에 대한 양상변화를 평가하기 위하여 제작하였다. 시험체들에 대한 정보는 Table 2와 같다.

3.2 PSC 보에 대한 시험평가

1차 시험은 두 가지 압축강도 보에 각각 동일한 긴장력을 도입할 경우의 인입깊이 변화를 평가하였다. 2차 시험은 두 가지 압축강도를 갖는 보를 31.92 tonf, 95.76 tonf, 159.6 tonf, 191.52 tonf, 223.44 tonf 등 5 단계로 긴장하면서 IITC 시험을 수행하였고, 도출된 인입하중-인입깊이 관계곡선에 대한 기울기 비와 잔류면적하중을 각각 구하여 잔류응력 평가계수를 산정하였다. PSC 보 시험체의 시험전경은 Fig. 6과 같다.

1차 시험에서 압입깊이 변화계측 결과는 Table 3과 같고, 2차 시험에서 PSC 보 시험체에 대한 시험결과는 Fig. 7과 같다. Fig. 8에서의 기울기 비() 및 잔류면적하중()은 잔류응력평가시의 기준이 되며, 그 결과는 Table 4와 같다.

1차 시험에서 50 MPa 및 80 MPa의 압축강도를 갖는 PSC 보 시험체에 대해서 압입하중에 따른 압입깊이를 계측하여 그 강도변화에 따른 압입깊이의 변화가 어느 정도의 차이를 갖는가를 확인하였다. 단 1차 시험은 신개발된 IITC 장치를 개발하기 전의 상태이므로, 기존의 IIT 장치를 이용한 결과이다. 시험결과에서와 같이 동일한 하중하에서 강도가 높은 시험체가 전반적으로 인입깊이가 상당히 감소되고 있다. 이는 압입방식의 기본 개념에서와 같이 더 큰 압축 잔류응력을 갖는 대상체는 그렇지 않은 대상체 보다 인입깊이가 작아짐의 현상과 동일한 특성을 보이는 것이다. PSC 보에 대한 IITC 시험연구에서 인입깊이의 변화는 초기하중에서는 80 MPa의 시험체가 50 MPa의 시험체의 59%에 해당되는 인입깊이를 보이고 있고, 후반하중에서는 79%의 수준에 있다. 이는 저강도의 1.6배인 고강도 콘크리트가 동일하중에서의 인입깊이가 저강도의 평균 0.7배로 떨어지고 있음을 보이고 있다. 본 시험적 결과는 IITC에 관한 시험적 잔류응력 추정식에의 변수 설정에 활용된다. 다음으로 2차 시험에서는 기울기 비에 대해서는 압축강도가 클수록 기울기 비가 커지고, 잔류면적하중의 경우도 동일한 잔류응력에서 압축강도가 클수록 그 크기도 커진다. 그러나 PSC 보 시험체에서는 타 시험체에서와 다르게 압축강도 증가에 따른 기울기 비나 잔류면적하중의 변화가 그리 크지 않으며, 최소제곱 방법을 이용한 기울기와 원점에서 끝점만을 이용한 기울기 값이 상호 거의 같은 값을 갖는 것이 특징이다. 기울기 계수() 및 잔류면적하중()에 따른 잔류응력 추정식의 변수 및 값을 산정하는 database table 형성을 위한 통계적 처리는 뒤에서 다룬다.

3.3 특수형 콘크리트 기둥 시험체에 대한 시험평가

특수형 콘크리트 기둥 시험체는 세 가지 종류의 크기에 따라 각각 압축강도를 두 가지로 하였다. 특히 본 기둥 시험체는 IITC 시험시 피복두께의 영향도를 평가하기 위하여 하나의 시험체에 양방향으로 두 가지 피복 두께, 5 cm 및 10 cm를 설정하여 제작하였다. 하중 가력을 위한 시험 방법은 해당되는 압축강도에 대한 10%, 20%, 30% 및 40%와 50%까지의 단계별 가력으로 그 각각에 대해 IITC 시험을 수행하였다. 단계별 가력은 압축강도 평가용으로 별도 제작한 공시체를 실제로 파괴 시험하여 그 강도 및 파괴시의 하중을 확인한 후, 그에 따른 가력하중을 계산하여 적용하였다. 결과적으로 본 시험에서도 도출된 인입하중-인입깊이 관계곡선에 대한 기울기 비와 잔류면적하중을 각각 구하여 이에 따른 잔류응력 평가 계수를 산정하였다. 시험전경은 Fig. 8에, 시험결과는 Fig. 9 and Table 5에 제시된다.

기둥 시험체 시험결과에서 압축강도가 높을수록 원점과 꼭지점간의 기울기는 커지는데, 60 MPa의 시험체는 30 MPa 시험체의 약 2배 정도의 큰 기울기를 보인다. 여기서도 최소제곱 방법을 이용한 기울기와 원점과 끝점만을 이용한 기울기 값이 상호 거의 같은 값을 갖으며, 바이스퀘어 방식은 약간 값을 달리하고 있다. 전반적으로 본 시험연구 결과는 압축력이 작용하는 상태의 구조물은 동일 압입깊이를 생성하기 위해서 더 큰 압입하중이 요구되고, 인장력을 받는 구조에서는 더 작은 힘이 요구된다는 간단한 압입방식 논리를 충족하고 있다. 기울기 계수() 및 잔류면적하중()에 따른 잔류응력 추정식 변수 및 를 산정하는 database table 형성을 위한 통계적 처리는 뒤에서 다룬다.

3.4 보 시험체에 대한 시험평가

콘크리트 보 시험체는 최대골재치수 19 mm, 크기는 20 cm × 40 cm × 200 cm 및 30 cm × 60 cm × 200 cm, 강도는 30 MPa 및 60 MPa, 피복두께는 5 cm로 제작하였다. 보 시험체 수는 총 4개이며, 보 휨작용으로 상부측은 압축, 하부측은 인장 상태에 대해 각각 시험하였다. 압축부인 상부측은 보 옆면에서, 하부측은 보 하부에서 IITC 장치를 설치하였다. 특히 인장부는 하부에서 IITC 장치에 의한 상향력이 상부측으로 전달되어 역 변위가 발생하지 않도록 장치를 배치하였다.

시험시 기지의 잔류응력이 발생하도록 세 단계의 가력을 보 중앙 상부에 가하였다. 하중은 선하중 역할을 할 수 있도록 강성 강재를 집중하중 접착부에 위치시켜 보 시험체에 선하중이 분포토록 하였다. 선하중 재하는 수치해석시에도 동일하게 강재를 위치시켜 해석하였다. 보에 가하는 하중은 휨거동에 따라 파괴하중이 아닌 탄성영역에서의 거동이 작용되도록 사전에 계산하여 단계별로 가하였다. 탄성계수는 실험 검증후 이에 대한 탄성계수를 정하였다. 여기서도 기둥 시험체에서와 같이 원점과 꼭지점간의 기울기 산정 및 압입하중-압입깊이 관계곡선상에서의 면적에 따른 평균 잔류면적하중 도출결과를 활용하였다. 시험전경은 Fig. 10에, 시험결과는 Fig. 11 and Table 6에 제시된다.

본 압입시험은 30 MPa 및 60 MPa의 압축강도를 갖는 보 시험체에서 단면크기가 다른 2개씩의 시험체를 이용하여 시험결과를 도출하였다. 그 결과 압축력이나 인장력이 작용하고 있는 상태에서 콘크리트 강도가 높을수록 원점과 꼭지점간의 기울기는 커진다. 기울기 크기에 대해서 보 시험체에 있어서 압축부는 기둥 시험체와 같은 현상이 발생하기는 하였으나, 그 크기 변화는 다르다. 즉 기둥 시험체에서는 60 MPa의 시험체가 30 MPa 시험체의 약 2배 정도의 큰 기울기 갖고 있으나, 보 시험체는 기둥 시험체 보다는 작은 수준으로 기울기가 크다. 결과적으로는 여기서도 기둥에서와 같이 기울기는 강도의 크기에 비례하는 성향을 보이고, 보 압축부에 있어서 기울기 값은 앞에서와 같이 최소제곱 방법을 이용한 기울기와 원점에서 끝점만을 이용한 기울기 값이 거의 같다. 앞에서와 같이 기울기 계수 값과 잔류면적하중()과 시험시 주어진 기지의 잔류응력 값을 이용하여 잔류응력 추정식의 변수 및 값을 산정하는 database table 형성을 위한 통계적 처리는 다음의 절에서와 같다.

4. IITC 잔류응력 변수정립

4.1 IITC 잔류응력 추정식

IITC에 의해 개발된 잔류응력 추정식의 기본형은 다음의 Eqs. (2) and (3)과 같다. 이는 상기 시험평가에 따른 결과자료를 통계적으로 처리하여 잔류응력 추정변수 및 를 산정한다. 잔류응력 추정식 구성 요소로 및 는 잔류응력(MPa), 는 측정결과의 기울기 비, 는 측정결과의 잔류면적하중, 및 는 잔류응력 상수로서 복합 계수의 영향을 받는다. 여기서 은 콘크리트의 압축강도에 따른 보정 계수, 는 굵은 골재 최대 치수에 대한 보정계수, 은 부재의 종류에 따른 보정 계수, 는 가압 하중에 의한 보정 계수, 은 압입 하중에 의한 변위의 강도 환산 계수이다.

 (2)

 (3)

본 연구에서는 30 MPa 및 60 MPa의 압축강도를 갖으며 크기가 다른 3종류의 기둥 시험체, 30 MPa 및 60 MPa의 압축강도를 갖으며, 크기는 2종류의 보 시험체, 그리고 50 MPa 및 80 MPa의 압축강도를 갖으며 1종류의 크기를 갖는 PSC 보 시험체에 대한 시험연구 결과를 도출하였다. 그 결과 시험체의 강도가 높을수록 도출된 압입하중-압입깊이 관계곡선 원점과 꼭지점간의 기울기는 점차 커진다. 따라서 IITC에서는 콘크리트 시편의 종류와는 관계없이 압입하중-압입깊이 관계곡선 기울기는 강도 크기에 비례하고 있음을 알 수 있다.

IITC에 대한 시험연구에 있어서 초기에 잔류응력 시험적 추정식은 다양성 있는 콘크리트 구성요소 및 인자들에 의한 영향을 많이 받을 것으로 예상하였다. 그러나 본 연구 방법과 다른 방식인 DIP (Digital Interface Photometry) 시험연구에 있어서도 나타난 바와 같이 강도에 의한 영향을 가장 많이 받고 있어, 이에 대한 보정계수에의 기여가 가장 크다. 따라서 , 등은 잔류응력 크기 변화와의 상관성이 거의 없고, , 등도 선행연구⁵⁾에 따라 잔류응력과의 상관성이 크지 않음을 확인하였다.

IITC 시험연구에서 변수 를 결정함에 있어서 표준편차를 그대로를 대푯값 상하 부분의 범위로 영역을 확장하여, 필요시 잔류응력의 범위를 결정하였다. 통계처리에 의한 IITC 잔류응력 추정식에서의 변수 값을 산정하는 과정은 기둥 시험연구에 있어서 실제로 30 MPa와 60 MPa 두 가지 시험체에 대해 기지의 잔류응력하()에서 계측·도출한 Load 기울기를 stress-free 상태의 기울기로 나눈 기울기 비()들로 하고, 이에 따른 변수()들을 각각 결정하였다. 이는 IITC 잔류응력 산정을 위한 시험적 추정식 을 근거로 결정한다. 이렇게 결정된 값들은 자료 통계학적 과정을 거쳐 해당되는 경우에서의 대표식과 표준편차 및 상관계수를 설정한다. 이는 두 가지 기둥 시험체의 강도를 이용한 것이고, 기지의 잔류응력도 압축강도의 최대 50% 수준까지 범위에서 설정된 결과이다. 다음 과정으로서 결정된 두 가지 압축강도인 30 MPa와 60 MPa에서의 시험적 대표식들을 근간으로 상호 보간하므로써 다른 압축강도를 갖는 기둥 시험체에 대한 다수의 값들을 창출할 수 있다. 이러한 방식으로 최종적인 산정표를 형성하므로서 콘크리트 설계 압축강도를 알고 있는 대상체에 대해 를 계측하면 자동적으로 설정된 값을 이용하여 잔류응력을 산정할 수 있다. 또한 시험결과로부터 도출한 잔류면적하중 자료들도 상기와 동일한 방식으로 산정표를 형성하였다. 여기서 잔류면적하중으로 정의되는 는 기지의 잔류응력 하의 압입하중-압입깊이 관계곡선 적분면적에서 stress-free 상태 하의 관계곡선 적분면적을 제한 것을 의미한다. 기울기 계수 및 잔류면적하중에 따른 잔류응력 추정식의 변수 값을 산정하는 통계적 처리결과는 다음과 같다.

4.2 PSC 보에서의 잔류응력 평가

PSC 보 시험결과를 이용하여 변수 를 산정하고, 통계학적 처리과정을 통해 기지의 잔류응력과 상관성을 나타내는 각 경우에서의 대표식과 표준편차 및 상관계수를 결정하였다. 결과적으로 두 가지 압축강도인 50 MPa와 80 MPa에서 결정된 시험적 대표식들을 근간으로 상호 보간하므로써 다수의 값들을 창출하였다. 이에 따라 형성된 에 대한 database table을 이용하므로써 콘크리트 설계 압축강도를 알고 있는 대상체에 대해 임의의 외란하중을 받아 임의의 잔류응력 갖고 있는 상태에서의 기울기비인 를 현장에서 계측하면 자동적으로 설정된 값을 이용하여 그때의 잔류응력을 평가할 수 있다. 또한 시험결과로부터 도출한 잔류면적하중 자료들도 상기와 동일한 방식으로 에 대한 database table을 형성하였다. PSC 보에 대한 변수 및 값의 통계처리 결과는 Table 7과 같다.

4.3 콘크리트 기둥에서의 잔류응력 평가

시험결과를 이용한 변수 및 산정, 통계학적 처리과정을 통해 잔류응력과 및 상관성을 나타내는 대표식 결정, 두 가지 압축강도에 대해 결정된 시험적 대표식들을 근간으로한 및 database table을 구축하였다. 결과적으로 및 를 계측을 통해 도출하므로써 해당 잔류응력을 평가하게 된다. 변수 및 값의 통계처리 결과는 Table 8과 같다.

4.4 콘크리트 보에서의 잔류응력 평가

콘크리트 보에서는 휨작용에 따른 보 상부측의 압축부와 하부측의 인장부를 구분하여 잔류응력 평가 방안을 도출하였다. 시험결과를 이용한 변수 및 산정, 통계학적 처리과정을 통해 잔류응력과 및 상관성을 나타내는 대표식의 결정, 두 가지 압축강도에 대해 결정된 시험적 대표식들을 근간으로한 및 database table을 구축하였다. 이 또한 결과적으로 및 를 계측을 통해 도출하므로써 해당 잔류응력을 평가하게 된다. 콘크리트 보에 대한 변수 및 값의 통계처리 결과는 Table 9와 같다.

5. 결 론

실험적 응력해석의 IITC 방식에 의한 콘크리트 구조물 잔류응력 평가를 위해 새로운 계측 시스템 및 운영프로그램의 개발에 따른 시험적 연구결과는 다음과 같다.

(1)IITC 방식에 의한 잔류응력 평가 시스템은 강재 압입하중-압입깊이 간의 알고리즘 상관성을 적용하였으나, 비등방성, 비균일성, 비균질성 등의 재료특성을 갖고 있는 콘크리트 구조물에 대해 전적으로 시험적 영향인자들을 고려한 거시적 응용개발로 콘크리트 잔류응력 평가가 가능토록 하였다.

(2)IITC 시험시 도출되는 관계곡선의 기울기 산정 및 잔류면적하중 산출기법을 합리적으로 평가하였고, 이를 자동화 계산하도록 프로그램화함으로써 일관성 있는 잔류응력 평가를 수행할 수 있도록 하였다.

(3)IITC 시스템에서의 압입자 센서 및 제반 H/W와 S/W를 모두 새롭게 개발하였고, database 운용 프로그램을 개발하여 잔류응력 평가과정을 효율적으로 활용할 수 있도록 하였다.

(4)본 연구는 제한적 시험체 및 시험조건 하에서 수행된 것으로, 보다 정확하고, 효율적인 시스템을 구축하기 위해서는 향후 추가적인 연구가 수반되어야 한다.