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[국내논문] 다철근 네일의 현장인발시험 및 수치해석
Field Pull-out Test and Numerical Analysis for Multi-rebar Nail 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.24 no.8, 2008년, pp.43 - 52  

전상수 (인제대학교 토목공학과) ,  김두섭 (상합 E&C) ,  장양원 (인제대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 단철근 네일과 다철근 네일의 인장강도를 조사하기 위해 단철근과 다철근 네일의 극한인발시험과 크리프시험을 수행하였다. 철근과 시멘트 그라우트의 부착력과 인장하중에 의해 유발된 마찰력, 하중전이 특성을 조사하였다. 단철근과 다철근 네일의 현장인발시험과 유한차분해석 프로그램의 하나인 $FLAC^{2D}$를 이용하여 얻은 결과를 분석하고 비교하였다. 다철근 네일의 현장인발시험결과 단철근 네일에 비해 인발파괴하중이 크고 하중전이가 큼을 알 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the verification test and creep test for both a single-rebar nail and a multi-rebar nail are carried out to investigate a tensile strength for both nails. The adhesion effects between a rebar and a cement grout, a mobilized frictional force induced by pull-out load, and load transfer ...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 본 연구에서는 단일 철근이 설치된 네일(Single-rebar Nail)과 네 개의 철근이 설치된 네일의(Mult"rebar Nail) 각각 1공에 대하여 극한인발시험(Verification Test) 과크리프시험(Creep Test)을 실시하고, 수치해석 프로그램을 이용하여 단철근 네일과 다철근 네일의 거동 특성을 분석하였다.
  • 본 연구에서 사용된 수치해석 프로그램인 FLAC2D의 경우, 네일의 파괴면에 대한 설정은 표 3의네일의 입력 물성에서 네일의 주면장을 철근의 주 면장으로 할 경우 철근.그라우트 경계면에서 네일의 파괴가 발생하는 것으로 해석하고, 네일의 주면장을 그라우트의 주면장으로 할 경우 네일-지반 경계면에서 파괴가 발생하는 것으로 해석을 수행한다. 다철근 네일의 단면적과 탄성계수는 철근과 시멘트 그라우트의 단면적을 복합 단면으로 환산한 값을 사용하였다.
  • 그림 4는 단철근 네일과 다철근 네일에 설치된 변형률 계의 위차를 나타내며, 다철근 네일의 평면도상 네 개 철근 중 대각선 방향으로 No. 1 철근과 No. 2 철근에 대해 측정하였다 네일의 그라우트 부에 설치된 변형률 계는 그림 5와 같이 대각선상에 위치한 철근 사이에 굵은 철사를 이용하여 변형률계가 설치될 자리를 만든 후 얇은 철사를 이용하여 변형률계의 유동이 확보되도록 설치하였다.
  • 네일 두부에서 발생하는 하중-변위 관계를 확인하기 위해 하중계인 Load Cell과 변위계인 LVDT(linear variable differential transformer)를 설치하였다. 단철근네일과 다철근 네일의 설계최대하중은 각각 네일 강봉 (철근) 항복강도의 90% 이상의 하중인 24tonf와 29tonf 로 설정하였다.
  • 네일의 파괴는 크게 철근-그라우트 경계면에서의 파괴와 네일-지반 경계면에서의 파괴로 구분할 수 있으며, 본 연구에서는 단철근 네일은 네일이 철근-그라우트 경계면에서 파괴되는 것으로 모델링하였고, 다철근 네일은 네일-지반 경계면에서 네일이 파괴되는 것으로 모델링하였다. 본 연구에서 사용된 수치해석 프로그램인 FLAC2D의 경우, 네일의 파괴면에 대한 설정은 표 3의네일의 입력 물성에서 네일의 주면장을 철근의 주 면장으로 할 경우 철근.
  • 그림 2는 각각 단철근 네일과 다철근네일의 현장인발시험 전경을 나타낸다. 단철근 네일과다철근 네일 모두 길이 12m로 계획하였으니; 지반 천공 후 굴착면의 저면 공벽이 붕괴된 관계로 총 네일 길이 12m 중 단철근 네일은 9.6m, 다철근 네일은 10.7m로 지반에 관입시켜 현장시험을 수행하였다. 단철근 네일의경우 그림 3과 같이 철근에 커플러를 설치하여 철근을 직접 인발하였고, 다철근 네일의 경우 네 개의 철근을 원형 철판 플레이트에 앵커시켜 철근을 인발하였다.
  • 단철근네일과 다철근 네일의 설계최대하중은 각각 네일 강봉 (철근) 항복강도의 90% 이상의 하중인 24tonf와 29tonf 로 설정하였다. 현장시험은 극한인발시험 절차에 의해 수행되었으며, 그림 1과 같이 네일 두부에 발생하는 변위는 현장 여건에 맞도록 제작된 반력지지대와 LVDT Set를 이용히.
  • 또한 네일 인발 시 지표면의 거동을 배제하기 위해 원지반 형성 후 지표면의 수직변위를 고정하였다. 수치해석 모형에는 총 3, 840개의 Zone이 사용되었으며, 요소망의 크기는 0.
  • 여 실시간으로 측정하였고, 재하된 하중 또한 실시간으로 Load Cell에 의해 계측하였다. 또한 철근과 그라우트에 변형률계(strain gauge)를 부착하여 네 일 두부에 작용하는 인발하중에 의한 네일 심도별 하중 전이를 측정하였다. 그림 2는 각각 단철근 네일과 다철근네일의 현장인발시험 전경을 나타낸다.
  • 본 연구에서는 단일 철근이 설치된 단철근 네일(single- rebar nail)과 네 개의 철근이 설치된 다철근 네일(multirebar nail) 의 인발특성 및 지반-네 일 간 마찰특성, 하중 전이 특성을 분석하기 위해 미연방도로국의 검사기준에 따라 극한인발시험(Verification Test)과 크리프시험 (Creep Test)을 실시하였으며, 유한차분해석 프로그램인 FLAC215를 이용하여 지반네일 간 상호작용을 분석하였다
  • 해석 시 단철근 네일과 다철근 네일은 케이블 요소를 이용하여 모델링 하였다. 케이블 요소는 그리드(grid) 내의 특정점에 앵커링되거나 그라우트된 일차원 축 요소이다.
  • 단철근네일과 다철근 네일의 설계최대하중은 각각 네일 강봉 (철근) 항복강도의 90% 이상의 하중인 24tonf와 29tonf 로 설정하였다. 현장시험은 극한인발시험 절차에 의해 수행되었으며, 그림 1과 같이 네일 두부에 발생하는 변위는 현장 여건에 맞도록 제작된 반력지지대와 LVDT Set를 이용히.여 실시간으로 측정하였고, 재하된 하중 또한 실시간으로 Load Cell에 의해 계측하였다.
  • 현장인발시험은 경기도 곤지암 건설현장에서 극한인 발 시험과 크리프시험을 수행하였다. 네일 인발시험은 시험목적에 따라 극한인발시험 또는 확인인발시험(Proof Test) 및 크리프시험으로 나눌 수 있다.

대상 데이터

  • 시험 네일로는 단일 철근으로 시공된 단철근 네일 1 공과 네 개의 철근으로 시공된 다철근 네일 1공에 대하여 현장시험을 수행하였으며. 시공된 네일의 사양은 표 1에 나타내었다.

이론/모형

  • 또한 네일 인발 시 지표면의 거동을 배제하기 위해 원지반 형성 후 지표면의 수직변위를 고정하였다. 수치해석 모형에는 총 3, 840개의 Zone이 사용되었으며, 요소망의 크기는 0.25m로 하였고 해석모델로는 가장 일반적인 Mohr-Coulomb 모델을 사용하였다. 그림 12는 해석에 사용된 수치해석 모식도이다.
  • 표 2는 수치해석에 사용된 지반의 물성치로써 현장 실험의 계측자료를 역해석한 결과와 지반 시추 주상 도를 기준으로 기존 문헌(Terzaghi et al, 1984; 한국도로공사, 2002; Das, 2003)에 제시된 대표적인 지반 물성을 근거로 산정하였다.
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참고문헌 (8)

  1. 이송, 이용원, 이장덕 (1999), "현장 인발시험에 의한 SOIL-NAIL의 상호작용에 관한 연구", 대한토목학회 논문집, 제19권, III-5 호, pp. 975-983 

  2. 전상수, 이충호, 김두섭, 장양원 (2006), "MS 네일(Multi-bar Spring Nail) 거동 특성-현장시험", 대한토목학회 학술발표논문집, pp. 191-194 

  3. 전상수, 김두섭, 장양원 (2007), "휨 저항을 고려한 네일 거동에 대한 수치해석적 분석", 한국지반공학회 논문집, 제23권, 10호, pp. 85-96 

  4. 한국도로공사 (2002), 도로설계요령, 도로교통협회 

  5. Das, B. M. (2003), Principles of Geotechnical Engineering, Thomson, pp. 281-384 

  6. FHWA (1994), Soil Nailing Field Inspectors Manual, Publication No. FHWA-SA-93-068, pp. 46-53 

  7. Itasca Consulting Group, Inc. (2002), FLAC2D Manual: Structural Elements, Itasca Consulting Group, Inc., Minnesota, USA 

  8. Terzaghi, K., Peck, R. B. and Mesri, G. (1984), Soil Mechanics in Engineering Practice, John Wiley & Sons Inc., pp. 21-22 

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