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지중매설 유리섬유복합관의 관변형에 관한 안전성 평가
A Safety Evaluation on the Ring Deflection of Buried GRP Pipes 원문보기

복합신소재구조학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures, v.2 no.2, 2011년, pp.26 - 33  

박준석 (홍익대학교 토목공학과) ,  김선희 (홍익대학교 토목공학과) ,  김응호 (홍익대학교 토목공학과) ,  윤순종 (홍익대학교 토목공학과)

초록
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최근 지중매설 유리섬유복합관(GRP관)은 유해한 환경에서 뛰어난 성능을 보유하고 있어 하수관거용으로서 사용이 증가 되고 있다. 또한 지중에 매설되어 있는 조건에서 기존의 콘크리트관 등 강성관에 비해 구조적 성능이 뛰어나다. 지중매설 GRP관은 주로 상부에 작용하는 상부토압과 활하중에 의한 압축응력에 의해 원주방향으로 변형이 일어나게 된다. GRP관의 구조적 거동은 매설토와 주변의 지반의 성질에 따라 다르게 설계되어야 한다. GRP관의 설계는 Spangler 의 변형량 계산식을 Watkins에 의해 수정되어 사용되고 있다. 이 연구에서는 Watkins의 관변형 추정식에 GRP관의 재료적 특성을 고려하여 관변형량을 예측하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the use of buried glass fiber reinforced plastic (GRP) pipes is widespread and ever increasing trend in the industry. GRP pipes are attractive for use in harsh environments, such as for the collection and transmission of liquids which are abrasive and/or corrosive. The structural behavior ...

주제어

#유리섬유강화복합재   #지중매설 유리섬유복합관   #관변형  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 보강섬유의 배치는 보강섬유의 형태에 따라 차이가 있으나 주로 생산방법에 의해 결정되기 때문에 FRP의 생산방법에 따라 FRP의 종류를 구분하기도 한다. FRP는 고내구성 신소재로서 항공, 군수 산업 등의 첨단산업에 적용되는 여러 가지 제조방법이 있으나 이 연구에서는 관 제작에 사용하고 있는 FRP의 생산방법을 중심으로 소개하였다. 유리섬유복합관의 제조방법은 1960년대 후반에 개발된 전통적인 방식인 필라멘트와인딩(Flament Winding)방법과, 1974년 개발된 원심력에 의한 원심성형(Centrifugal casting)방법이 가장 널리 사용되고 있다(계, 2005).
  • 이 두 재료가 결합되어 유리섬유복합관의 단면을 구성하며 구조적 거동을 조사하기 위해서는 이 재료들에 대한 이해가 선행되어야 한다. 따라서, 이 연구에서는 유리섬유복합관을 구성하는 재료에 대해 간략히 설명하였다. 또한, 섬유강화복합재는 구성재료 및 제조방법에 따라 역학적 성질이 크게 차이를 나타내기 때문에 제작방법 및 구성재료에 대한 검토가 필수적이다.
  • 이 연구에서는 GRP관이 지중에 매설되었을 경우 관상부의 매설토에 의한 하중과 활하중에 대하여 GRP관의 관변형에 대하여 예측하였다. 먼저 국내외에서 적용하고 있는 연성관의 설계법을 검토하였고, GRP관의 관변형 예측을 위한 효율적인 설계법 (ASTM D 2412)에서 제시하고 있는 Iowa Formula에 GRP관의 재료적 성질과 관의 강성을 적용하여 설계규준에서 제시하고 있는 허용 관변형을 초과유무와 변형 예측을 하였다.

가설 설정

  • GRP관은 지중에서 주변의 토사와 유기적으로 거동하는 연성관이므로, 매립토에 의해 작용하는 토압은 수직토압공식을 적용하여 매설관 상부의 매립토의 중량이 모두 GRP관에 작용하는 것으로 가정하였다. 매립토에 의해 GRP관에 작용하는 수직토압과 활하중을 Table 8에 정리하여 나타내었다.
  • 매립토에 의한 수직토압은 연성관과 연성관 측면에 매립된 토사가 동일하게 거동하는 것으로 가정하여 하중은 연성관의 폭만큼의 토압으로 한다. 따라서, 수직토압(Prism Load)공식을 적용한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GRP관의 장점은 무엇인가? GRP(Glass-fiber Reinforced Plastic)관은 유리섬유를 이용하여 플라스틱의 단점인 강성을 보강하면서 플라스틱의 장점인 경량성, 내구성, 복원성 등을 극대화시킨 복합신소재로 제조된 관으로써 일반적으로 기존의 매설관에 비해서 두께가 얇고, 비교적 가벼워 지중에 매설할 경우 뛰어난 재료적 특성으로 인해서 하부지반의 지지력 부족에 의한 파괴 위험성이 저감되고, 과도한 침하에 의한 재료의 파괴 위험성이 저감되며, 가볍기 때문에 시공속도의 향상을 기대할 수 있다.
연성관이 소성변형을 초래하게 되는 경우, 그 원인은 무엇인가? 먼저 연성관의 경우 연성관은 관에 작용하는 모든 하중을 주변의 지반에 전달하여 하중을 지지하게 되므로, 관에 작용하는 하중이 관의 강성을 초과할 경우 그 압력을 주변지반으로 전달하여 관과 지반이 같이 하중을 지지하며, 하중이 사라지면 관의 형상은 원상을 회복하게 된다. 하지만, 지반의 다짐이 불량할 경우 관에 작용하는 하중을 주변의 지반에 전달할 수 없어 소성변형을 초래하게 된다. 연성관의 하중전달 형상은 Fig.
유리섬유복합관을 구성하는 재료는 무엇인가? 유리섬유복합관을 구성하는 재료는 섬유강화복합재 (Fiber Reinforced Polymeric Plastic, FRP)의 한 종류인 유리섬유복합재(Glass Fiber Reinforced Polymeric Plastic, GFRP)와 폴리머모르타르(Polymer Mortar)이다. 이 두 재료가 결합되어 유리섬유복합관의 단면을 구성하며 구조적 거동을 조사하기 위해서는 이 재료들에 대한 이해가 선행되어야 한다.
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참고문헌 (10)

  1. 계형산 (2005), 폴리에틸렌관의 우수성에 관한 연구 결과, 연구보고서, 한국프라스틱공업협동조합연합회. 

  2. 김응호 (2007), 유리섬유복합관 시공을 위한 연약지 반 보강대책에 관한 연구, 연구보고서, 홍익대학교 부설 과학기술연구소, (주)한국화이바. 

  3. (사)대한토목학회 (2011), 유리섬유레진관의 재료적 특성 및 구조적 안전성 평가, 연구보고서. 

  4. 한국상하수도협회 (2005), 하수도시설기준, 환경부. 

  5. ASTM D 2412 (2010), Standard Test Method for Determination of External Loading Characteristics of Plastic Pipe by Parallel-Plate Loading, American Society for Testing and Materials. 

  6. Javanmard, M. (1993), Soil-Structural Interaction of Fully and Partially Buried Flexible Pipes, Ph.D. Thesis, The University of New Brunswick, New Brunswick, Canada. 

  7. Jeyapalan, J. K. and Boldon, B. A. (1986), "Performance and Selection of Rigid and Flexible Pipes," Journal of Transportation Engineering, American Society of Civil Engineers, ASCE. Vol. 112, Issue 5, pp. 507-524. 

  8. Moser, A. P. (2001), Buried Pipe Design, 2th Ed., McGraw-Hill, New York. 

  9. Smith, G. and Watkins. R. (2004), "The Iowa Formula:It's Use and Misuse When Designing Flexible Pipe," Proceeding of Pipelines International Conference, American Society of Civil Engineers, ASCE, pp. 1-7. 

  10. Watkins. R. and Anderson, L. R. (2000), Structural Mechanics of Buried Pipe, CRC Press, New York. 

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