강판벽체와 뒷채움 지반의 상호작용에 의해 외력을 지지하는 지중강판구조물은 도로 제방의 하부 통·수로 구조물로 널리 사용되고 있다. 해안도로로 사용되는 성토체 내에 통로용 횡단구조물로 설치한 직경 6.25m의 원형단면 지중강판구조물에 대하여 상부 도로의 차량 통행에 의한 활하중 작용시 강판 벽체의 축력과 모멘트 변화를 평가하고, 토목섬유에 의한 강판구조물 상부 지반의 보강효과를 검증하였다. 이를 위하여 실제 구조물을 대상으로 정적 및 동적 차량재하시험을 실시하고, 구조물 내에 발생하는 축력과 모멘트, 그리고 구조물에 작용하는 토압을 계측하였으며 그 결과를 각각 분석하였다. 또한 지오그리드를 이용한 토피부 보강 효과에 대해서도 검증하였다. 차량하중 작용시 강판 부재의 축력은 주로 상부 아치부에서 증가하였으며, 그 최대값은 구조물 정점부 또는 도관 어깨부에서 발생하였다. 모멘트도 상부 아치부를 중심으로 증가하는 형태를 보였으나, 그 크기는 무시할 수 있을 만큼 작았다. 정적차량하중이 가해질 때 토피부에 지오그리드를 포설한 단면에서 계측된 최대축력 증가량은 지오그리드가 설치되지 않은 단면에서 계측된 값의 85∼92%를 나타내어 사하중에 대한 효과 외에 추가적인 축력감소 효과를 확인할 수 있었으나 차량주행시에는 차량하중에 대한 추가적인 보강 효과는 없어짐을 관찰하였다. 동적재하시험을 통해 산정한 충격계수 (DLA)는 토피두께가 0.9m에서 1.5m까지 증가함에 따라 반비례하여 감소하였는데, 그 크기는 CHBDC 방법으로 예측한 값보다 1.2-1.4배 정도 크게 나타났다.
강판벽체와 뒷채움 지반의 상호작용에 의해 외력을 지지하는 지중강판구조물은 도로 제방의 하부 통·수로 구조물로 널리 사용되고 있다. 해안도로로 사용되는 성토체 내에 통로용 횡단구조물로 설치한 직경 6.25m의 원형단면 지중강판구조물에 대하여 상부 도로의 차량 통행에 의한 활하중 작용시 강판 벽체의 축력과 모멘트 변화를 평가하고, 토목섬유에 의한 강판구조물 상부 지반의 보강효과를 검증하였다. 이를 위하여 실제 구조물을 대상으로 정적 및 동적 차량재하시험을 실시하고, 구조물 내에 발생하는 축력과 모멘트, 그리고 구조물에 작용하는 토압을 계측하였으며 그 결과를 각각 분석하였다. 또한 지오그리드를 이용한 토피부 보강 효과에 대해서도 검증하였다. 차량하중 작용시 강판 부재의 축력은 주로 상부 아치부에서 증가하였으며, 그 최대값은 구조물 정점부 또는 도관 어깨부에서 발생하였다. 모멘트도 상부 아치부를 중심으로 증가하는 형태를 보였으나, 그 크기는 무시할 수 있을 만큼 작았다. 정적차량하중이 가해질 때 토피부에 지오그리드를 포설한 단면에서 계측된 최대축력 증가량은 지오그리드가 설치되지 않은 단면에서 계측된 값의 85∼92%를 나타내어 사하중에 대한 효과 외에 추가적인 축력감소 효과를 확인할 수 있었으나 차량주행시에는 차량하중에 대한 추가적인 보강 효과는 없어짐을 관찰하였다. 동적재하시험을 통해 산정한 충격계수 (DLA)는 토피두께가 0.9m에서 1.5m까지 증가함에 따라 반비례하여 감소하였는데, 그 크기는 CHBDC 방법으로 예측한 값보다 1.2-1.4배 정도 크게 나타났다.
Soil-steel structures have been used for the underpass, or drainage systems in the road embankment. This type of structures sustain external load using the correlations with the steel wall and engineered backfill materials. Buried flexible conduits made of corrugated steel plates for the coastal ro...
Soil-steel structures have been used for the underpass, or drainage systems in the road embankment. This type of structures sustain external load using the correlations with the steel wall and engineered backfill materials. Buried flexible conduits made of corrugated steel plates for the coastal road was tested under vehicle loading to investigate the effects of live load. Testing conduits was a circular structure with a diameter of 6.25m. Live-load tests were conducted on two sections, one of which an attempt was made to reinforce the soil cover with the two layers of geo-gird. Hoop fiber strains of corrugated plate, normal earth pressures exerted outside the structure, and deformations of structure were instrumented during the tests. This paper describes the measured static and dynamic load responses of structure. Wall thrust by vehicle loads increased mainly at the crown and shoulder part of the conduit. However additional bending moment by vehicle loads was neglectable. The effectiveness of geogrid-reinforced soil cover on reducing hoop thrust is also discussed based on the measurements in two sections of the structure. The maximum thrusts at the section with geogrid-reinforced soil cover was 85-92% of those with un-reinforced soil cover in the static load tests of the circular structure; this confirms the beneficial effect of soil cover reinforcement on reducing the hoop thrust. However, it was revealed that the two layers of geogrid had no effect on reducing the overburden pressure at the crown level of structure. The obtained values of DLA decrease approximately in proportion to the increase in soil cover from 0.9m to 1.5m. These values are about 1.2-1.4 times higher than those specified in CHBDC.
Soil-steel structures have been used for the underpass, or drainage systems in the road embankment. This type of structures sustain external load using the correlations with the steel wall and engineered backfill materials. Buried flexible conduits made of corrugated steel plates for the coastal road was tested under vehicle loading to investigate the effects of live load. Testing conduits was a circular structure with a diameter of 6.25m. Live-load tests were conducted on two sections, one of which an attempt was made to reinforce the soil cover with the two layers of geo-gird. Hoop fiber strains of corrugated plate, normal earth pressures exerted outside the structure, and deformations of structure were instrumented during the tests. This paper describes the measured static and dynamic load responses of structure. Wall thrust by vehicle loads increased mainly at the crown and shoulder part of the conduit. However additional bending moment by vehicle loads was neglectable. The effectiveness of geogrid-reinforced soil cover on reducing hoop thrust is also discussed based on the measurements in two sections of the structure. The maximum thrusts at the section with geogrid-reinforced soil cover was 85-92% of those with un-reinforced soil cover in the static load tests of the circular structure; this confirms the beneficial effect of soil cover reinforcement on reducing the hoop thrust. However, it was revealed that the two layers of geogrid had no effect on reducing the overburden pressure at the crown level of structure. The obtained values of DLA decrease approximately in proportion to the increase in soil cover from 0.9m to 1.5m. These values are about 1.2-1.4 times higher than those specified in CHBDC.
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문제 정의
본 논문에서는 해안도로로 사용되는 성토체 내에 통로용 횡단 구조물로 설치한 지중강판구조물에 대하여 상부 도로의 차량 통행에 의한 활하중 작용시 강판 벽체의 축력과 모멘트 변화를 평가하고, 토목섬유에 의한 강판구조물 상부 지반의 보강 효과를 검증하였다. 이를 위하여 실제 구조물을 대상으로 정적 및 동적 차량재하시험을 실시하고, 구조물 내에 발생하는 축력과 모멘트, 그리고 구조물에 작용하는 토압을 계측하였으며 그 결과를 각각 분석하였다.
제안 방법
4). 단면의 내공변위를 관측하기 위해 낙추 및 장력보정 줄자를 사용하였다.
검증하였다. 이를 위하여 실제 구조물을 대상으로 정적 및 동적 차량재하시험을 실시하고, 구조물 내에 발생하는 축력과 모멘트, 그리고 구조물에 작용하는 토압을 계측하였으며 그 결과를 각각 분석하였다.
5). 재하시험은 차량을 구조물 상부에 정지시킨 채로 계측을 하는 정적재하시험과 차량을 일정 속도로 주행시키며 계측을 진행한 동적재하시험으로 구분하였다.
되도록 층다짐을 실시하였다. 토피부 보강효과를 평가하기 위하여 시험단면을 단면 A(하행선)와 단면 B(상행선)로 구분하여 단면 A의 토피부에는 강도 20tf/m의 지오그리드 2매를 20cm 간격으로 포설(폭 20m)하였다(Fig. 3).
대상 데이터
재하시험 대상 구조물은 서남해안에 인접한 도로에 시공한 직경 6.3m의 원형 구조물로서, 두께가 5mm, 골 사이 간격(pitch) 이 150mm, 골 깊이(depth)가 50mm인 파형강판이다. 단면 형상은 Fig.
재하시험을 위하여 토사를 만재한 3축 트럭 차량을 준비하였다. 차량의 총 하중은 28ton이며, 두 개의 뒷축하중은 각각 11.
토피부를 포함한 뒷채움 부위는 모래와 보조기층용 골재인 SB-1 급 재료를 사용하였고, 다짐두께 20cm에 상대다짐도 95% 이상이 되도록 층다짐을 실시하였다. 토피부 보강효과를 평가하기 위하여 시험단면을 단면 A(하행선)와 단면 B(상행선)로 구분하여 단면 A의 토피부에는 강도 20tf/m의 지오그리드 2매를 20cm 간격으로 포설(폭 20m)하였다(Fig.
성능/효과
(1) 차량하중 작용시 강판 부재의 축력은 주로 상부 아치 부에서 증가하였으며, 그 최대값은 구조물 정점부 또는 도관 어깨부에서 발생하였다. 모멘트도 상부 아치부를 중심으로 증가하는 형태를 보였으나, 그 크기는 무시할 수 있을 만큼 작았다.
(2) 정적차량하중이 가해질 때 토피부에 지오그리드를 포설한 단면에서 계측된 최대축력 증가량은 지오그리드가 설치되지 않은 단면에서 계측된 값의 85~92%를 나타내어 사하중에 대한 효과외에 추가적인 축력감소 효과를 확인할 수 있었으나 차량주행시에는 차량하중에 대한 추가적인 보강 효과는 없어짐을 관찰하였다. 또한 지중 응력 분포에서도 지오그리드에 의한 보강효과를 관찰할 수 없었다.
(3) 동적재하시험을 통해 차량의 주행 속도 증가에 따라 강판에 작용하는 최대축력이 증가함을 알 수 있었으며, 동적 하중상태에서 측정된 최대축력은 정적 하중상태에 비하여 평균 15% 정도 증가하였다.
7과 8에 나타내었다. 각 단면의 축력과 모멘트 분포를 비교해보면 도관상부 사하중에 대한 지오그리드 보강 효과를 확인할 수 있다.
15에서는 본 시험 결과에 근거하여 충격계수를 평가하고, 그 값을 기존 설계지침에 제시된 값과 비교하였다. 토피 두께가 1.2m인 본 현장에서 산정한 충격 계수는 A 단면에서 평균 0.22, B 단면에서 평균 0.09로서 AASHTO(1996) 기준과 비교할 때 임계토피고 09m 이상에서도 충격계수가 0보다 큰 것으로 나타났으며 지중강판구조물 설계에 널리 활용되는 캐나다도로교시방서(CHBDC, 2001) 기준이 본 연구 결과의 A 단면 시험 결과와 잘 부합하였다. 그러나, 이에 대한 보다 구체적인 결론은 토피고를 변화시켜 추가적인 시험을 수행한 후에 도출 가능할 것이다.
후속연구
09로서 AASHTO(1996) 기준과 비교할 때 임계토피고 09m 이상에서도 충격계수가 0보다 큰 것으로 나타났으며 지중강판구조물 설계에 널리 활용되는 캐나다도로교시방서(CHBDC, 2001) 기준이 본 연구 결과의 A 단면 시험 결과와 잘 부합하였다. 그러나, 이에 대한 보다 구체적인 결론은 토피고를 변화시켜 추가적인 시험을 수행한 후에 도출 가능할 것이다.
참고문헌 (7)
AASHTO(1996), Standard Specifications for Highway Brides, Section 12
Abdel-Sayed, G., Bakht, B., and Leslie, G.J.(1993), Soil-Sted Bridges : Design and Construction, McGraW-Hill, Inc, New York
AISI(2002), Handbook of Steel Drainage and Highway Construcdon
Bakht, B.(1981), 'Soil-Steel Structure Response to Live Loads', Journal of the Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 107, No. 3, pp. 779-798
Canadian Standards Association(2001), Canadian High-way Bridge Design Code(CHBDC), Section 7
Duncan, J. M. (1979), Behavior and Design of Long-Span Metal Culverts, Journal of the Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 105, No. 3, pp. 399-417
조성민, 김홀종, 김경석(2000), '파형강판을 이용한 고속도로 횡단구조물의 시공', 대한토목학회 2000년 학술발표회논문집(II), pp.137-140
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