국내에 보강토 옹벽이 도입된지 20여 년이 다 되어가고, 많은 구조물들이 시공되었다. 특히, 콘크리트 패널식 전면체와 섬유보강재를 적용하는 시스템은 국내에 가장 널리 알려진 공법이다. 이 공법의 섬유보강재는 고강도 폴리에스테르 섬유와 LDPE 피복층을 갖는 구조를 가지고 있으며, 섬유보강재를 이용한 설계에서는 몇가지 합리적이지 못한 부분이 존재해 왔다. 설계인자의 결정이 선행된 외국데이터를 기준으로 하여 간접적인 방법에 의해 이루어졌으며 보강재의 장기크리프 거동에 대해서도 마찬가지로 인용된 자료를 이용하여 왔다. 따라서 본 연구에서는 실내시험을 통하여 직접적으로 섬유보강재의 설계인자를 도출하고자 하였으며, 그 결과, 설계연한동안 예상되는 크리프 허용강도는 최대파단강도의 약 60%였으며 크리프 감소계수는 1.67로 나타났다.
국내에 보강토 옹벽이 도입된지 20여 년이 다 되어가고, 많은 구조물들이 시공되었다. 특히, 콘크리트 패널식 전면체와 섬유보강재를 적용하는 시스템은 국내에 가장 널리 알려진 공법이다. 이 공법의 섬유보강재는 고강도 폴리에스테르 섬유와 LDPE 피복층을 갖는 구조를 가지고 있으며, 섬유보강재를 이용한 설계에서는 몇가지 합리적이지 못한 부분이 존재해 왔다. 설계인자의 결정이 선행된 외국데이터를 기준으로 하여 간접적인 방법에 의해 이루어졌으며 보강재의 장기크리프 거동에 대해서도 마찬가지로 인용된 자료를 이용하여 왔다. 따라서 본 연구에서는 실내시험을 통하여 직접적으로 섬유보강재의 설계인자를 도출하고자 하였으며, 그 결과, 설계연한동안 예상되는 크리프 허용강도는 최대파단강도의 약 60%였으며 크리프 감소계수는 1.67로 나타났다.
Geosynthetic reinforced earth wall was introduced about 20 years ago and many structures have been constructed. Especially, segmental concrete panel facing and friction tie system are the most popular system in Korea, and this friction tie was composed of high tenacity PET filament and LDPE(Low Dens...
Geosynthetic reinforced earth wall was introduced about 20 years ago and many structures have been constructed. Especially, segmental concrete panel facing and friction tie system are the most popular system in Korea, and this friction tie was composed of high tenacity PET filament and LDPE(Low Density Polyethylene) sheath. Due to the lack of direct-test results, design coefficients of friction tie (creep reduction factor) had been determined by quoting the previous and the foreign reference data. This is an unreasonable fact for the use of friction ties. In this study, the creep tests were performed to evaluate the creep behavior of friction tie, and the reduction factor of creep was calculated for the correct design of geosynthetic reinforced earth retaining walls. From the test results, finally it was found that the allowable creep strength of friction tie is 60% of Tult during service life, and creep reduction factor is 1.67 for each grade of friction ties.
Geosynthetic reinforced earth wall was introduced about 20 years ago and many structures have been constructed. Especially, segmental concrete panel facing and friction tie system are the most popular system in Korea, and this friction tie was composed of high tenacity PET filament and LDPE(Low Density Polyethylene) sheath. Due to the lack of direct-test results, design coefficients of friction tie (creep reduction factor) had been determined by quoting the previous and the foreign reference data. This is an unreasonable fact for the use of friction ties. In this study, the creep tests were performed to evaluate the creep behavior of friction tie, and the reduction factor of creep was calculated for the correct design of geosynthetic reinforced earth retaining walls. From the test results, finally it was found that the allowable creep strength of friction tie is 60% of Tult during service life, and creep reduction factor is 1.67 for each grade of friction ties.
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문제 정의
본 연구에서는 10, 000시간에서 크리프 변형률값이 10%에 근접한 부가하중을 결정하기 위하여 GRI Test Method GS-10의 시험방법에 따라 단기 속성 크리프 시험을 실시하였다. 시험을 위해서 본 연구에서는 항온 챔버(chamber)를 제작하여 온도를 조절할 수 있는 온도조절장치를 부착하여 온도를 컨트롤하면서 시험을 수행하였다.
본 연구에서는 섬유보강재의 크리프 특성평가에 대한 데이터의 빈약과 설계인자 적용의 합리성과 신뢰성 을 확보하기 위해 국내 보강토옹벽공법에 적용되는 띠형 섬유보강재의 크리프 특성을 평가하였으며 적용되는 설계인자로서 크리프 감소계수를 도출하였다.
제안 방법
따라서 본 연구에서도 각각의 띠형 섬유보강재의 시료 채취 시 한 가닥의 strand 만을 채취하여 크리프 시험을 실시하였다. 그러므로, 각각의 샘플링 조건에서 기인 되는 최종 크리프 변형률값의 편차의 정도를 평가하기 위하여 표 4와 같은 샘플링 조건을 설정하여 부가하중 60%에서 추가 실험을 실시하였다.
따라서, 본 연구에서는 각각의 띠형 섬유보강재에 대하여 50%, 60%에 대한 장기 크리프 시험을 1,000시간 동안 실시한 후 1Q000시간까지 외삽하여 10, 000시간에 서의 크리프 거동을 평가하였다. 그리고, 높이 2m, 길이 2m, 폭 0.8m의 강재 프레임에 4개의 시료를 동시에 시험할 수 있는 크리프 시험장비를 이용하여 크리프 시험을 수행하였으며, 시료 중심부에 LVDT를 부착하여 시 간경과에 따른 인장변형을 자동으로 측정하였다. 그림 8에 장기크리프 시험장치를 나타내었다.
따라서 본 연구에서도 각각의 띠형 섬유보강재의 시료 채취 시 한 가닥의 strand 만을 채취하여 크리프 시험을 실시하였다. 그러므로, 각각의 샘플링 조건에서 기인 되는 최종 크리프 변형률값의 편차의 정도를 평가하기 위하여 표 4와 같은 샘플링 조건을 설정하여 부가하중 60%에서 추가 실험을 실시하였다.
따라서, 본 연구에서는 각각의 띠형 섬유보강재에 대하여 50%, 60%에 대한 장기 크리프 시험을 1,000시간 동안 실시한 후 1Q000시간까지 외삽하여 10, 000시간에 서의 크리프 거동을 평가하였다. 그리고, 높이 2m, 길이 2m, 폭 0.
띠형 섬유보강재를 대상으로 공학적 특성인 인장특 성, 크리프 특성 등을 시험, 평가하고, 크리프에 의한 감소 계수를 산정한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
보강기술(주)에서 생산하고 있는 띠형 섬유보강재를 사용하였으며, 생산과정중에서 일정 로트를 취하여, 동일 로트에서 나온 시료에 대해 인장시험과 크리프 평가 등을 실시하였다. 표 1에 본 연구에서 사용된 섬유보강재의 일반적인 특성을, 그림 6에 두 가지 띠형 섬유보강 재를 각각 나타내었다.
본 연구에서는 각각의 띠형 섬유보강재에 대하여 ASTM D 5262를 바탕으로 각각의 최대인장강도의 50, 60%의 부가인장하중에서 1,000시간동안 크리프 시험을 실시한 후 크리프 변형률 결과를 10, 000시간까지 외삽 하였다.
본 연구에서는 10, 000시간에서 크리프 변형률값이 10%에 근접한 부가하중을 결정하기 위하여 GRI Test Method GS-10의 시험방법에 따라 단기 속성 크리프 시험을 실시하였다. 시험을 위해서 본 연구에서는 항온 챔버(chamber)를 제작하여 온도를 조절할 수 있는 온도조절장치를 부착하여 온도를 컨트롤하면서 시험을 수행하였다. GRI GS-10 방법에 따르면 폴리에스터의 경우는 기준온도가 26笆 이며, 온도 구배는 14℃로 각각의 온도 구간의 시험시간이 10, 000초로 규정되어지고 있다.
인장부재가 폴리에스테르 고강력사인 띠형 섬유보강 재의 경우도, 폴리에스터 고강력사로 제조된 지오그리 드와 같은 형태의 크리프 거동을 보이며 같은 시험방법을 따르고 있으므로, GRI Test Method GG-4를 이용하여 크리프에 의한 감소계수를 산출하였다.
전체적인 진행과정은 단계적으로 온도를 증가시켜 일정시간 크리프 변형을 측정한 후 이 값을 이용하여 합성 곡선을 얻는 방법으로 총 5단계로 각각의 단계에서 10, 000초의 시험시간을 설정하여 수행하며 최초 26℃ 에서 각각의 단계에서 14℃씩 승온시킨다. 실시간 실험으로 얻은 데이터를 각 온도 단계별로 나타난 실시간 축으로 표현한 후 다시 이동인자를 이용하여 합성곡선을 산출 해 낸다(Thorton & Parague, 1999).
이 시험은 ASTM D5262(standard test method for evaluating the unconfined tension creep behavior of geosynthetics) 에 규격화되어 있다. 표준시험방법은 크 리프 시험기에 고정되어 있는 상부 클램프와 하중재하 장치가 붙어있는 하부 클램프 사이에 띠형 섬유보강재 시료를 파지하고, 시료 중심부에 인장변형 측정장치를 설치한 후 흐}중을 재하하여 시간경과에 따른 인장변형 을 측정한다. 크리프 특성평가를 위한 재하하중으로는 띠형 섬유보강재의 최대인장강도에 대한 20%, 30%, 40%, 60%의 하중을 추천하고 있으며, 인장변형 측정은자동계측 시스템을 사용하여 10, 000시간(약 1년 3월)까 지 하는 것을 추천하고 있다.
시험방법은 변형제어식 인장시험기의 상 . 하에 장착 된 클램프(clamp)사이의 거리를 100±3mm로 조절한 후 90mm 폭의 띠형 섬유보강재를 장착하고 시험기를 가동, 시료의 파단이 발생하는 시기까지 10±3%/min의 속도로 인장을 하여 인장변형에 따른 인장하중을 측정한다. 그림 7에 인장특성시험 장치를 나타내었다.
이론/모형
샘플링 위치와 조건에 따른 크리프 변형률 값의 편차 값에 대한 시험결과를 그림 20~23에 나타내었다. 각각의 띠형 섬유보강재에 대하여 재하하중을 최대인장강도의 60%로 설정하고 SIM법에 의해서 시험을 수행하였다. 시험결과 각각의 띠형 섬유보강재 모두 샘플링 위치에 따른 크리프 변형률 결과 값의 편차는 오차범위 안에 포함됨을 확인할 수 있으며 이로부터 샘플링 위치에 따른 편차는 없는 것으로 판단되어진다.
성능/효과
(1) 띠형 섬유보강재의 최대인장강도에서의 인장변형률 은 12-13% 범위로, 양호한 인장특성을 보여주고 있다.
(2) 시간-온도 중첩의 원리를 바탕으로 한 SIM법에 의한 크리프 시험 결과로부터 장기간 후의 크리프특성을 예측해 보면, 띠형 섬유보강재는 최대인장강도의 60% 하중에 대하여도 장기적으로 10% 크리프 변형률을 벗어나지 않는 매우 우수한 크리프 특성을 보여주고 있다.
(3) 크리프특성에 의한 띠형 섬유보강재의 크리프 감소 계수는 50kN/전폭과 100kN/전폭 제품의 경우에 모두 1.67로서 상당히 우수한 공학적 특성을 나타내는 것으로 평가되었다.
77%로 띠형 섬유보강재의 최대인장강도에 서의 변형률값과 거의 유사하였다. 100kN/전폭의 경우 도 50kN/전폭의 경우와 거의 유사한 크리프 변형경향을 보이고 있으며, 역시 재하하중이 70% 이상일 때 10, 000시간에서의 크리프 변형률이 10%를 초과하는 것을 관찰할 수 있었으며, 80% 이상일 때는 시험도중 시료가 파단되었다. 따라서, 50kN/전폭과 100kN/전폭의경우 10, 000시간에서 크리프변형률 10%이하값을 만족 하는 재하하중은 모두 최대인장강도의 60%임을 확인할 수 있었다.
100kN/전폭의 경우 도 50kN/전폭의 경우와 거의 유사한 크리프 변형경향을 보이고 있으며, 역시 재하하중이 70% 이상일 때 10, 000시간에서의 크리프 변형률이 10%를 초과하는 것을 관찰할 수 있었으며, 80% 이상일 때는 시험도중 시료가 파단되었다. 따라서, 50kN/전폭과 100kN/전폭의경우 10, 000시간에서 크리프변형률 10%이하값을 만족 하는 재하하중은 모두 최대인장강도의 60%임을 확인할 수 있었다.
또한 50kN/전폭의 경우 재하하중이 20%에서 점차로 증가함에 따라 하중에 따른 초기의 변형률값도 점차로 증가하며 재하하중이 70%를 넘어서면 10, 000시 간이후의 크리프변형률값이 10%를 초과하는 것을 알 수 있다. 재하하중이 80%이상일 경우에는 시험도중 시료가 파단되는 결과가 나타났으며 파단 시 크리프 변형률은 12.
시험결과 각각의 띠형 섬유보강재 모두 샘플링 위치에 따른 크리프 변형률 결과 값의 편차는 오차범위 안에 포함됨을 확인할 수 있으며 이로부터 샘플링 위치에 따른 편차는 없는 것으로 판단되어진다. 또한, strand 개수에 따른 크리프 시험결과 역시 편차가 거의 없는 것이 확인되었다. 이로부터, 여러 가닥의 strand로 구성된 띠 형 섬유보강재의 크리프 시험에 있어서 시료의 편차는 거의 없다고 판단되어진다.
각각의 띠형 섬유보강재에 대하여 재하하중을 최대인장강도의 60%로 설정하고 SIM법에 의해서 시험을 수행하였다. 시험결과 각각의 띠형 섬유보강재 모두 샘플링 위치에 따른 크리프 변형률 결과 값의 편차는 오차범위 안에 포함됨을 확인할 수 있으며 이로부터 샘플링 위치에 따른 편차는 없는 것으로 판단되어진다. 또한, strand 개수에 따른 크리프 시험결과 역시 편차가 거의 없는 것이 확인되었다.
그림 10과 11에 각각의 띠형 섬유보강재의 장기 크리프 특성을 나타내고 있다. 여기서 알 수 있듯이 최대인장 강도의 60% 하중에서도 시간에 따른 크리프 인장변형률 이 완만하게 증가하며 10% 미만의 변형에 수렴되어가는 형태를 보이며 10, 000시간의 예측치도 에서 크리프 변형률이 10% 이하의 값을 나타내고 있다. 이것을 통하여 장기적으로 10% 변형률을 벗어나지 않는 안정한 크리프 특성을 가질 것으로 예상된다.
이것을 통하여 장기적으로 10% 변형률을 벗어나지 않는 안정한 크리프 특성을 가질 것으로 예상된다. 이러한 장기 크리프 시험 결과는 시간온도 중첩원리를 바탕으로 한 SIM법을 이용하여 장기 크리프 거동을 추정한 단기 크리프 가속시험 결과와도 유사하게 나타났음을 알 수 있다.
또한 50kN/전폭의 경우 재하하중이 20%에서 점차로 증가함에 따라 하중에 따른 초기의 변형률값도 점차로 증가하며 재하하중이 70%를 넘어서면 10, 000시 간이후의 크리프변형률값이 10%를 초과하는 것을 알 수 있다. 재하하중이 80%이상일 경우에는 시험도중 시료가 파단되는 결과가 나타났으며 파단 시 크리프 변형률은 12.77%로 띠형 섬유보강재의 최대인장강도에 서의 변형률값과 거의 유사하였다. 100kN/전폭의 경우 도 50kN/전폭의 경우와 거의 유사한 크리프 변형경향을 보이고 있으며, 역시 재하하중이 70% 이상일 때 10, 000시간에서의 크리프 변형률이 10%를 초과하는 것을 관찰할 수 있었으며, 80% 이상일 때는 시험도중 시료가 파단되었다.
크리프 특성 시험 결과를 토대로 띠형 섬유보강재의 Tio를 구해보면, 그림에서 보듯이 각각의 띠형 섬유보강 재 모두 최대인장강도의 60%를 최대 크리프 재하하중 으로 고려할 수 있다. 이러한 결과를 토대로 2종의 띠형 섬유보강재에 대한 크리프 감소계수를 산정한 결과는 표 6과 같다.
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