[논문]실물인장실험시 변형률계를 이용한 전주에 작용하는 응력분석

안태봉

doi:10.5207/jieie.2010.24.9.049

[국내논문] 실물인장실험시 변형률계를 이용한 전주에 작용하는 응력분석
Stress Analysis Acting on Electric Pole using Strain Gauge from Full Scale Pull-Out Test 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.24 no.9, 2010년, pp.49 - 55

안태봉 (우송대학교 철도건설환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Many electric poles in the softground have been collapsed due to external load. In this study, 10 types of tests were performed with variation of location, numbers and depths of anchor blocks as well as depth of poles to find stresses acting on concrete electric poles. The stresses of concrete poles are relaxed at 600~700[kg] of tensile load, and stresses are concentrated at top of pole, and spread to lower part of pole. In the concrete pole collapse test, tensile load at failure was approximately 1,400[kg], which is twice of design load. As passive zone in the soil increases, the stresses acting on concrete pole are concentrated at lower part of pole based on moment arm earth pressure distribution.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

강풍에 의한 배전시설물의 안전성은 바람에 의해 야기되는 풍압과 지반 기초의 견고성에 의해 지배받으므로 풍압과 지반기초를 동시에 고려한 안전성 평가가 필요하다. 이를 위하여 본 논문에서는 연약 지반에 전주를 실물시험시공하고 변형률계를 사용하여 수평하중재하별 부재의 응력을 측정하여 전주근입깊이, 근가의 위치 및 근가의 수를 변화시키면서 전주의 거동특성에 미치는 영향을 분석하였다.
본 실험은 전주의 근입깊이는 2.5[m]와 4.0[m]의 두 가지로, 근가의 위치 및 수량을 변화시키면서 전주에 인장하중을 점증적으로 재하하여 전주 및 기초지반의 응력의 변화를 측정하였다. 전주 인장시험에 앞서 시험지반의 토질특성을 알기 위하여 현장들밀도시험, 지층구성현황, 표준관입시험(N치), 입도분석을 실시하여 지반의 특성을 분석하였다.
0[m]의 두 가지로, 근가의 위치 및 수량을 변화시키면서 전주에 인장하중을 점증적으로 재하하여 전주 및 기초지반의 응력의 변화를 측정하였다. 전주 인장시험에 앞서 시험지반의 토질특성을 알기 위하여 현장들밀도시험, 지층구성현황, 표준관입시험(N치), 입도분석을 실시하여 지반의 특성을 분석하였다. 변형률계의 위치는 전주가 상부로 갈수록 단면이 작아지는 변단면이므로 전주의 노출부 길이를 3등분하여 위치를 선정하였는데 인장방향의 전, 후면에 계측기를 부착하였다.
변형률계의 위치는 전주가 상부로 갈수록 단면이 작아지는 변단면이므로 전주의 노출부 길이를 3등분하여 위치를 선정하였는데 인장방향의 전, 후면에 계측기를 부착하였다. 하중 재하시 압축과 인장응력을 상호 비교/검토하여 하중 재하별 재료의 변형특성 거동을 파악하였다. 실험에서 사용한 콘크리트전주의 길이는 16[m]이고 설계하중은 700[kg], 밑지름은 404[mm], 끝지름은 190[mm]이다.
본 연구에서 수행한 시험 조건별 건주시공 조건은 표 1과 같다. 총 실험의 종류는 토압과 변위분석을 10가지를 실시하였지만 본 논문에서는 전주에 작용하는 응력을 중심으로한 변형률계 측정시험인 TEST-1 ,2, 3, 5, 7, 10의 6가지를 중심으로 분석하였다. 그림 1은 인장실험장면을 나타내는 실험전경이다.
실험대상지반의 물리적, 역학적 특성을 파악 및 통일분류법에 의한 토층분류를 실시하였으며 이에 따른 결과는 표 3과 같다.
변형률계의 위치는 전주가 상부로 갈수록 단면이 작아지는 변단면이므로 전주의 노출부 길이를 3등분하여 위치를 선정하여 인장방향의 전, 후면에 계측기를 부착하였다. 변형률계는 총 36개를 설치하였으며 전주부재에 6지점을 선정하여 하중재하별 부재의 응력을 측정하여 전주의 거동특성을 평가하였다(그림 2). 이 때 하중은 근가의 설치방향과 수직하고 반대방향에서 인장하중을 가하는 것을 기준으로 실험하였다.
이 때 하중은 근가의 설치방향과 수직하고 반대방향에서 인장하중을 가하는 것을 기준으로 실험하였다. 전주에 설치한 변형률계를 통하여 전주에 작용하는 응력을 측정하였다. 전주를 3등분하여 상단부분, 중간 부분, 하단부분에 좌우 설치하였는데 이를 각기, S1, S2, S3, S4, S5, S6의 기호를 사용하였다.
전주에 설치한 변형률계를 통하여 전주에 작용하는 응력을 측정하였다. 전주를 3등분하여 상단부분, 중간 부분, 하단부분에 좌우 설치하였는데 이를 각기, S1, S2, S3, S4, S5, S6의 기호를 사용하였다.
연약지반에 실물크기의 전주를 시험시공하여 전주에 작용하는 응력을 변형률계를 이용하여 실물계측을 실시하였다. 전주는 10개의 유형으로 시험시공하였는데 근가의 위치 및 수량을 변경하였고 전주의 근입깊이를 변경하며 각 경우에 응력을 측정하였다.
연약지반에 실물크기의 전주를 시험시공하여 전주에 작용하는 응력을 변형률계를 이용하여 실물계측을 실시하였다. 전주는 10개의 유형으로 시험시공하였는데 근가의 위치 및 수량을 변경하였고 전주의 근입깊이를 변경하며 각 경우에 응력을 측정하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

대상 데이터

콘크리트 근가는 240[mm]×1,200[mm]의 제품을 사용하였다.
하중 재하시 압축과 인장응력을 상호 비교/검토하여 하중 재하별 재료의 변형특성 거동을 파악하였다. 실험에서 사용한 콘크리트전주의 길이는 16[m]이고 설계하중은 700[kg], 밑지름은 404[mm], 끝지름은 190[mm]이다. 콘크리트 근가는 240[mm]×1,200[mm]의 제품을 사용하였다.
실험현장은 해안지역으로서 공내지하수위 측정공 2곳의 지하수위는 각각 G.L-0.7[m], 0.5[m]로 측정되었으며 지층구성 및 표준관입시험결과는 표 2와 같다.
시공조건은 전주기초근입이 G.L-2.5[m]이고 근가 위치는 G.L-0.5[m]∼1.3[m]에 근가수량 4개를 설치하였다.

성능/효과

본 실험은 다른 조건에 비해서 상대적으로 압축응력이 작게 발생하였는데 근가수량이 4개로 증가함으로써 변위량은 작고 토압으로 견디면서 상대적으로 전주에 압축방향으로 작용하는 응력이 작아진 것으로 판단된다(그림 7).
TEST-10은 전주에 작용하는 응력이 전체적으로 작음을 알 수 있으며 압축응력은 다른 유형보다 1/4∼1/2 정도의 값을 나타낸다(그림 8). 이 시험은 전주의 깊이가 깊어짐으로써 전주에 작용하는 수동토압이 커져서 인장하중을 작용할 시 그 힘을 수동토압에 많은 부분을 저항할 수 있으므로 전주에 작용하는 인장응력은 상당히 줄어드는 특성을 보여준다. 전주를 4[m] 깊이로 시공하는 사례는 없으나 전주의 도괴파괴가 우려되는 지역에서는 전주의 근입깊이를 조절할 필요가 있다.
전주도괴실험을 TEST-5, 10번에 실시하였으며 그 결과 TEST-5번의 경우 1,392[kg]에서 파괴되었으며 그림 11과 같이 결손위치는 상부로부터 7[m]이다. TEST-10번의 경우 파괴하중은 1,398[kg]이며 파괴 위치는 지표부로 나타나 파괴하중의 크기는 거의 동일하고 파괴 위치가 상이하게 발생했다.
1) 초기하중 재하시 상부에서 굴절된 양상을 보이다 점증하중에 따라 전주의 중앙부로 굴절의 양상이 전이되었다. 이는 재료 자체가 상부로 작아지는 변단면의 특성과 하중전달 위치가 최상부로서 초기하중시 재료의 상부에서 하중을 분담하다 재하하중 응력이 점차적으로 재료 전체에 전이되는 양상으로 판단된다.
2) 전주에 작용하는 응력을 변형률계를 통하여 측정한 결과 인장력이 600∼700[kg] 사이에서부터 전주의 응력이완현상이 발생하였고 근가를 4개 설치한 경우가 응력감소 현상이 뚜렷하게 나타났다.
3) 하중재하방향에 설치한 전주 높이별 응력 추이는 초기하중시 전주 최상부에서 응력이 집중되다 추가하중 재하시 점차적으로 전주 저부로 응력이 전이되는 양상을 보였으며 응력의 크기순서는 TEST-10, 5, 2, 7, 3, 1번의 순이다.
4) 전주의 근입 깊이가 큰 TEST-10의 경우 수평변위량은 작고 압축응력과 인장응력 값이 상대적으로 크게 측정되어 전주기초 안정성과 전주 재료에 대한 상관관계에 있어 서로 반비례한다. 전주제원은 설계하중이 700[kg]이나 절손은 약 1,400[kg]으로 약 200[%]에 해당되므로 연약지반에 건주를 시공시 상대적으로 약축인 기초부에 중점을 두어야 할 것이다.
5) 전주 절손실험을 TEST-5, 10번에 실시하였으며 그 결과 TEST-5번의 경우 1,392[kg]에서 파괴되었으며 위치는 상부로부터 7[m]이다. TEST-10번의 경우 파괴하중은 1,398[kg]으로 파괴 위치는 지표부로 나타나 파괴하중의 크기는 거의 동일하고 파괴 지점이 상이하게 발생했다.
6) 전주자체가 파괴되는 것 외에 기초지반의 변형과 응력파괴 시공기준의 고려 요인이기 때문에 실무에서 적용할 시공조건을 고려할 시에는 기초지반에 작용하는 변형 응력 특성, 전주의 파괴 등을 종합적으로 고려하여야 한다

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 해안가 등 연약지반에 사용되는 전주는 얼마나 되는가?	전력수요가 지속적으로 증가함에 따라 전력공급에 필요한 전주를 많이 사용하고 있다. 국내의 해안가 등의 연약지반에 약 6∼7만기의 전주가 사용되고 있는 것으로 파악되며 농촌지역의 논 등 기타 연약지반을 포함하면 그 수는 매우 많을 것이다. 전주를 시공할 시에는 일본전기협회의 수평지지력공식을 이용하여 규정대로 시공하고 있지만 기상변화로 인한 강우를 동반한 태풍에 의한 풍하중이 작용시 기초지반의 연약화 및 전주노출부의 축력작용에 의해 많은 전도파괴가 발생하고 있다[1].
	전주 시공 시 무엇을 이용하여 시공하는가?	국내의 해안가 등의 연약지반에 약 6∼7만기의 전주가 사용되고 있는 것으로 파악되며 농촌지역의 논 등 기타 연약지반을 포함하면 그 수는 매우 많을 것이다. 전주를 시공할 시에는 일본전기협회의 수평지지력공식을 이용하여 규정대로 시공하고 있지만 기상변화로 인한 강우를 동반한 태풍에 의한 풍하중이 작용시 기초지반의 연약화 및 전주노출부의 축력작용에 의해 많은 전도파괴가 발생하고 있다[1]. 이는 콘크리트전주기초지반에 대한 지반공학적 응력-변형 거동 특성을 고려하지 않은 채로 시공된 사례가 많기도 하고 실무적으로 지반 특성을 적용하기 위한 제반 규정이 미흡한 실정이기 때문이다.
	기초지반의 연약화 및 전주 노출부의 축력 작용에 의해 많은 전도파괴가 발생하는 이유는 무엇인가?	전주를 시공할 시에는 일본전기협회의 수평지지력공식을 이용하여 규정대로 시공하고 있지만 기상변화로 인한 강우를 동반한 태풍에 의한 풍하중이 작용시 기초지반의 연약화 및 전주노출부의 축력작용에 의해 많은 전도파괴가 발생하고 있다[1]. 이는 콘크리트전주기초지반에 대한 지반공학적 응력-변형 거동 특성을 고려하지 않은 채로 시공된 사례가 많기도 하고 실무적으로 지반 특성을 적용하기 위한 제반 규정이 미흡한 실정이기 때문이다. 이를 위하여 연약지반상의 전주에 작용하는 힘들과 전주시공조건, 지반특성에 대한 상세한 이해와 연구를 통하여 합리적인 전주기초시공을 할 수있다[2].

참고문헌 (6)

손명윤 임종석, 점성토에 설치된 콘크리트 전주지반의 수평방향지지력, 대한토목학회 학술발표회, 2004.
안태봉, 배전용 콘크리트전주 기초지반의 횡방향변위 분석, 한국조명전기설비학회 논문집, Vol. 23, No.5 pp. 42-49, 2009.

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안태봉, 연약지반에 시공된 전주의 실물인장실험을 통한 수평변위분석, 한국조명전기설비학회 논문집, Vol. 23, No.12 pp. 115-126, 2009.

원문보기 상세보기
White, D. J., Thompson, M. J., Suleiman,, M..T and Schaefer, V. R.. "Behavior of Slender Piles Subject to Free-Field Lateral Soil Movement", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 134, No. 4, pp. 428-436, April 2008.

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Rajashree, S. S., Sitharam,T. G., "Nonlinear Finite-Element Modeling of Batter Piles under Lateral Load",Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 127, No. 7, pp. 604-612, 2001.

상세보기
Chen, S. L. and Chen, L. Z. "Note on the Interaction Factor for Two Laterally Loaded Piles", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 134, No. 11, pp. 1685-1690, 2008.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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