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2400MPa 고강도 PC강연선
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2
‘11.3 Revision
Korean Standard (KS D 7002)
2400MPa PC 강연선
Grade 2160 MPa
Grade 2400 MPa
3
Super Long Span Bridge R&D Program
Government(MLIT)
KAIA
Super Long Span Bridge R&D Center(Korea Expressway Corporation)
7 years (2008.12 ~ 2015.12), 95 billion KRW
1st Core Project
Core Eng. Technology
Seoul National Univ.
3rd Core Project
High Efficiency
Construction Technology
Korea Institute of
Construction Tech.
4th Core Project
Test bed & Operating
Technology
Korea Expressway
Corporation
2009. 5 ~ 2014. 3
(4 years 10 months)
2nd Core Project
High Performance
Material & Application
Technology
POSCO
• 2,100MPa (Φ5.4mm) wire(’12)
• 1,900MPa (Φ7.0mm) wire(’13)
• 2,200MPa (Φ15.7mm) strand(’12)
• 2,400MPa (Φ15.2mm) strand(’11)
High-strength and
high-corrosion
resistant wire & strand
Cable systems
for suspension bridges
Cable systems
for cable-stayed
bridges
Cable performance
qualification system
• 1,960MPa / 2,100MPa (Φ5.4mm)
PPWS cable system
• 2,200MPa (Φ15.7mm)
MS cable system
• 2,400MPa (Φ15.2mm) PT cable system
• Cable performance qualification
system
• Cable test guidelines
2400MPa PC 강연선
4
0
50
100
150
200
250
300
350
0 10 20 30 40 50 60
Load
(kN
)
Disp.(mm)
Stress-Strain Curves (five 1860MPa, five 2400MPa Strands)
Stress-Strain Curves
(five 1860MPa, five 2400MPa strands)
Grade 2400MPa strand has 27% larger strength than Grade 1860MPa strand but same performance for other characteristics
Item Diamter
(mm)
Breaking
Strength (kN)
Yield Strength
(kN)
Elongation
(%)
Relaxation
(%)
Fatigue
(Fmax=TS*70%,
△σ=190MPa)
1860MPa
Spec.in KS 15.0~15.6 Min.261 Min.222 Min. 3.5 2.5 2Million
2360MPa
Spec. in KS 15.0~15.6 Min.333 Min.283 Min. 3.5 2.5 2Million
2360MPa
Result 15.4 347.5 321.7 7.5 0.8 Pass
Grade 2400MPa Prestressing Steel Strands
2400MPa PC 강연선
5
Relaxation Tests
Grade 2400MPa Prestressing Steel Strands
2400MPa Strand
Relaxation 0.87% Relaxation 0.78% Relaxation 0.69%
Initial(kN) 235.04 Initial(kN) 233.1 Initial(kN) 233.26
Time Load(kN) Time Load(kN) Time Load(kN)
1 234.08 0.41% 1 232.43 0.29% 1 232.54 0.31%
3 233.88 0.49% 3 232.31 0.34% 3 232.38 0.38%
5 233.76 0.54% 5 232.17 0.40% 5 232.38 0.38%
10 233.6 0.61% 10 232.1 0.43% 10 232.16 0.47%
30 233.42 0.69% 30 231.97 0.48% 30 232.06 0.51%
50 233.32 0.73% 50 231.86 0.53% 50 232 0.54%
100 233.24 0.77% 100 231.76 0.57% 100 231.92 0.57%
300 233.16 0.80% 300 231.45 0.71% 300 231.8 0.63%
500 233.06 0.84% 500 231.28 0.78% 500 231.74 0.65%
700 233 0.87% 700 231.28 0.78% 700 231.72 0.66%
1000 232.99 0.87% 1000 231.28 0.78% 1000 231.66 0.69%
0.0%
0.2%
0.4%
0.6%
0.8%
1.0%
1.2%
1.4%
1.6%
1.8%
2.0%
0 200 400 600 800 1000
Re
laxa
tio
n
Time (hour)
2,400 MPa strand
1,860 MPa strand
2400MPa PC 강연선
- 시험방법 : 실측 극한강도의 70% 하중 1000시간 유지
하중감소 측정
- 품질기준 : 2.5% 이하 low relaxation strand
6
1
10
100
0 20 40 60 80 100
Tim
e t
o F
ailu
re (h
ou
r)Failure Probability (%)
2,400 MPa strand
1,860 MPa strand
med. 7.9hr
med. 7.7hr
min. 2.9hr
min. 2.7hr
Stress-Corrosion Tests with Solution A (prEN10138-3: 2009)
‘13.11 Time to failure (Hr)
1 2.7
2 3.3
3 3.7
4 3.7
5 5.3
6 7.7
7 7.7
8 8.6
9 9.5
10 11.2
11 13.2
12 17.2
Min. 2.7 (≥ 2.0)
Med. 7.7 (≥ 5.0)
• Stress corrosion crack(SCC) is the growth of crack formation in
a corrosive environment. It can lead to unexpected sudden
failure of normally ductile metals subjected to a tensile stress
Grade 2400MPa Prestressing Steel Strands
2400MPa PC 강연선
• 시험방법: (1) 하중: 실제 인장강도의 80%(2) 시험용액 (Sol. A) : NH4SCN 수용액(3) 수용액 온도: (50±1)°C(4) 시험체 개수: 6개 이상
• 품질기준: (1) 최소 파단시간: 2시간(2) 파단시간 중앙값 : 5시간
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Anchorage Systems for Grade 2400MPa Strands
Development of Anchorage / Anchor head / Wedge for Gr. 2400MPa strands
Performance certification through international testing standard* was completed
- Static / Fatigue / Load transfer / Cryogenic / Ultimate load Tests
< Analysis and test of 30hole anchorage >
< Anchorage / Anchor head >
< Static Test / Fatigue Test >
*ETAG-013: Guideline for European Technical Approval of Post-tensioning Kits for Prestressing of Structures
< Load transfer test > < Ultimate load test >
< Cryogenic Test (-196℃) >
2400MPa PC 강연선
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PT 케이블
2400MPa PT 정착시스템
Post-tension Cable
Post-tension Anchorage
200,000 kl 270,000 kl
Gr. 1860 Gr. 2400 Remarks Gr. 1860 Gr. 2400 Remarks
Type and
number of
tendon
19C15.7-108ea
27C15.7-164ea
16C15.2-108ea
22C15.2-76ea
27C15.2-76ea
▲ 24ea
(▲ 4.4%)
27C15.2-180ea
31C15.2-240ea
24C15.2-64ea
31C15.2-258ea
▲ 196ea
(▲ 23.3%)
Distance
of tendon
Horizontal:
0.280~0.900m
Vertical: 1.268m
Horizontal:
0.320~0.900m
Vertical: 1.268m
Increase of
horizontal
tendon
distance
Horizontal:
0.265~1.320m
Vertical: 0.813m
Horizontal:
0.320~1.320m
Vertical: 1.219m
Increase of
horizontal /
vertical tendon
distance
Quantity
of strand 995 ton 781 ton
▲ 214 ton
(▲ 21.5%) 1,819 ton 1,411 ton
▲ 407 ton
(▲ 22.4%)
PSC LNG Storage Tank : Grade 2400MPa vs. Grade 1860MPa
Reduction in the Quantity of Strands : over 20%
Reduction in the Cost of Post-Tensioning : ~15%
(due to reduction in the cost of labor and material
such as strand, anchorage, etc.)
2400MPa PC 강연선
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2nd Tae-In Bridge (Extradosed)
- Total length of bridge/Span length between pylons : 210m / 102m
- Application of Grade 2400MPa strand : Longitudinal and transverse(deck) tendon
- Quantity of strand : 24%↓ (185 ton (Gr. 1860) 140 ton (Gr. 2400))
56.5m 102.0m 56.5m
A
A
Section A-A
횡방향 텐던
종방향(캔틸레버) 텐던
종방향(연속화) 텐던
Longitudinal tendon
Longitudinal
tendon
Transverse
tendon
Korean Expressway Corp. adopted Gr. 2400MPa Post-tension system for the
design of new highway bridges
Many bridges are designed and built with 2400MPa PT system in Korea
2400MPa PC 강연선 적용 실적
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LPG Storage Tank in Gwangyang POSCO Mill
- Tank capacity (Net) : 50,000 ton
- Inner diameter of concrete dike wall : 69 m
Gr. 1860 Gr. 2400
Horizontal tendons 22hole - 304ea 19hole - 256ea
Vertical tendons 12hole - 144ea 10hole - 144ea
Quantity of PC strand 264 ton 198 ton (25%↓)
Precast Post-Tensioned Bridge Girders
- 200 tons of Gr. 2400MPa strand were applied
to 6 bridges
- Many bridges are designed with 2400MPa strand
Prestressed Ground Anchor for Songsan Under Pass
- To resist hydrostatic uplift
- 8 tons of Gr. 2400MPa strand were applied
Incheon LNG Storage Tanks (#21~#23) were designed with 2400MPa PT system
2400MPa PC 강연선 적용 실적
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2400MPa PT적용 LPG/LNG 탱크 상세해석 및 설계지침 개발
- 연구기관 : (사)한국콘크리트학회 프리스트레싱위원회, 포스코
- 연구내용 :
· LNG/LPG 탱크 프리스트레싱 관련 국내외 규정 분석
· 고강도 강연선 적용 시 구조적 영향 해석
· 경제성/공기단축 효과 분석
· Mock-up 시험
· LNG/LPG 탱크 고강도 강연선 설계지침 개발
<2400PT 적용 LNG/LPG탱크 설계지침>
LNG/LPG 탱크 프리스트레싱 관련 국내외 규정 분석
- 주요규정 :
· 미국 : ACI 350, ACI 373, ACI 376
· 유럽 : EN 14620(Part 3), EN 1991(Part 4), EN 1992(Part 1-1, 1-2, 3)
· 일본 : LNG地上式貯槽指針, 貯水用円筒形PCタソク設計施工規凖
- 주요내용 :
· 일반적인 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 설계 및 시공 방법과 유사
· 한계상태설계법(LSD, Limit State Design) 적용
· 최대 중심간격 규정 : (ACI373) 원환텐던은 벽체두께의 3배 이하, 수직텐던은 4배 이하
(일본 貯水用円筒形PCタソク設計施工規凖) 원환텐던은 벽체두께의 5배 이하, 수직텐던은 3배 이하
2400MPa PT적용 LPG/LNG 탱크 설계지침 (KCI)
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고강도 강연선 적용 시 구조적 영향 해석
- LNG/LPG탱크 외조에 2400PT 적용할 때 수직텐던, 원환텐던 배치간격에 따른 구조적 영향 분석
- 원환텐던 :
· 텐던 수직간격 0.2~1.8m 변화 해석
· 콘크리트 벽체에 도입되는 접선방향 압축응력의 차이가 0.3% 수준 이내로 균등하게 도입
- 수직텐던 :
· 텐던 수평간격 0.5~3.5m 변화 해석
· 정착구에서의 하중은 45° 보다 큰 63° 분포, 이때, 압축응력 차이는 0.5% 수준 이내
- 2400PT 적용시 텐던의 배치 간격을 현행 설계예 보다 넓힐 수 있음
<원환텐던 접선방향 응력해석 결과> <수직텐던 응력해석 결과>
2400MPa PT적용 LPG/LNG 탱크 설계지침 (KCI)
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경제성/공기단축 효과 분석
- 텐던 중심간격 조정에 따른 경제성 약 15% 확보 가능
Mock-up 시험 (두께 750mm, 폭 4mm, 길이 7m 벽체 긴장시험)
- 텐던간격 변수해석 결과 검증 및 시공성 (31C15.2, 약850톤(=0.8fpu=0.94fpy)) 검증
- 도입 압축응력 크기가 해석치와 유사 2400PT 31hole 설계/시공 가능
강연선 및
텐던
20만 kl 27만 kl
1,860MPa 2,400MPa 모의 2,400MPa 수정 1,860MPa 2,400MPa 모의 2,400MPa 수정
원환텐던 27C15.7 - 164ea
22/27C15.2 - 152ea
27C15.7 - 116ea
31C15.2 - 240ea
24/31C15.2 - 202ea
31C15.2 - 168ea
원환텐던 배치간격
0.280 ~0.900m
0.320 ~0.900m
0.365 ~1.170m
0.265 ~1.320m
0.320 ~1.320m
0.345 ~1.715m
경제성 100% 약 96% 약 85% 100% 약 89% 약 85%
<Mock-up 시험체 평면도> <Mock-up 시험 전경> <Mock-up 시험체 해석값/시험값 비교>
2400MPa PT적용 LPG/LNG 탱크 설계지침 (KCI)
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앵커헤드, 쐐기, 정착구, 구속철근으로 구성되며, 다음 품질기준을 만족하여야 함
(1) 정하중성능; (2) 하중전달성능; (3) 극저온성능
LNG탱크용 2400MPa PT 정착장치 품질 기준
LNG탱크용 2400MPa PT 정착장치
*KCI-PS101: PSC 텐던 정착장치 및 접속장치의 성능 시험 방법 **ETAG-013: Guideline for European Technical Approval of Post-tensioning
Kits for Prestressing of Structures
정하중 시험 (KCI-PS101*, ETAG013**)
품질기준 :
(1) 최대하중 : 실측 극한하중의 95% 이상
(2) 최대 하중에서 측정된 자유장에서 강연선의 총 신장량 : 최소 2%
<긴장력 도입단계> <웻지와 덴던에서의 변위 측정 위치>
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하중전달시험 (KCI-PS101, ETAG013)
시험방법 : 공칭극한하중(Fpk) 80% 도입 하중감소 (20% Fpk)
10회 이상 반복하중 재하 (20% Fpk ~ 80% Fpk) 파괴까지 하중 재하
<하중가력곡선>
품질기준 :
(1) 최대하중 : 공칭 극한하중의 110% 이상
(2) 반복가력 중 최초 0.8Fpk / 마지막 0.12Fpk / 마지막 0.8Fpk 하중시 콘크리트 균열폭
: 최대 0.15mm / 0.15mm / 0.25mm
<하중전달시험 전경>
LNG탱크용 2400MPa PT 정착장치 품질 기준
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극저온시험 (ETAG013)
시험방법 : 공칭극한하중(Fpk) 80% 도입 및 하중 1시간 유지 액체질소 주입, -196℃ 시험체 냉각
10회 반복하중 재하 (공칭항복하중 80% ~ 100%) 텐던 파단까지 하중 재하
품질기준 :
(1) 최대하중 : 실측 극한하중의 95% 이상
(2) 시험종료 후 : 정착장치의 파괴 없어야 함
<극저온시험 전경>
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 50 100 150 200
Load
(kN
)
Deformation (mm)
<22hole 정착구 극저온시험 결과*>
<긴장력 도입 및 온도이력 곡선>
*파단하중 : 7,376kN > 95% AUTS : 7,273kN
LNG탱크용 2400MPa PT 정착장치 품질 기준