본 연구는 터널의 유지, 보수, 보강에 필요한 가설공사용 스페이스 트러스 프레임 구조물을 소개한다. 기존 가설공사 시공방식과 장비들의 현황 및 문제점을 분석하고, 터널 설계의 핵심 구성요소를 파악함으로써, 제안된 새로운 가설 시공기술 시스템을 개발하는 과정을 순차적으로 설명한다. 그리고 개발된 가설 시스템을 발주처, 시공사, 터널 이용자 관점에서 사용성 및 경제성을 분석하고, 구조적인 안전성 검토와 최적단면 산정 평가를 상용 유한요소 해석프로그램인 ABAQUS 6.5로 구현하여 본 가설 시스템의 현장적용 기반을 구축한다.
본 연구는 터널의 유지, 보수, 보강에 필요한 가설공사용 스페이스 트러스 프레임 구조물을 소개한다. 기존 가설공사 시공방식과 장비들의 현황 및 문제점을 분석하고, 터널 설계의 핵심 구성요소를 파악함으로써, 제안된 새로운 가설 시공기술 시스템을 개발하는 과정을 순차적으로 설명한다. 그리고 개발된 가설 시스템을 발주처, 시공사, 터널 이용자 관점에서 사용성 및 경제성을 분석하고, 구조적인 안전성 검토와 최적단면 산정 평가를 상용 유한요소 해석프로그램인 ABAQUS 6.5로 구현하여 본 가설 시스템의 현장적용 기반을 구축한다.
This study shows details of a specific space truss frame structure devised to carry out maintenance and repair temporary works in tunnels. The purpose of this study is to verify structural safety and function of the innovative truss structure through an analysis tool, i.e.. ABAQUS, which is a suite ...
This study shows details of a specific space truss frame structure devised to carry out maintenance and repair temporary works in tunnels. The purpose of this study is to verify structural safety and function of the innovative truss structure through an analysis tool, i.e.. ABAQUS, which is a suite of software application for finite element analysis and computer aided engineering. And then optimized size, i.e., thickness and diameter of truss members is evaluated in practice. In this study, construction methods in the temporary works are additionally represented by using the new space truss frame structure.
This study shows details of a specific space truss frame structure devised to carry out maintenance and repair temporary works in tunnels. The purpose of this study is to verify structural safety and function of the innovative truss structure through an analysis tool, i.e.. ABAQUS, which is a suite of software application for finite element analysis and computer aided engineering. And then optimized size, i.e., thickness and diameter of truss members is evaluated in practice. In this study, construction methods in the temporary works are additionally represented by using the new space truss frame structure.
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문제 정의
터널 내공단면 결정시 세부고려항목(국토해양부, 2010)은 Table 2와 같다. 도로터널을 대상으로 한다면, 본 연구에서는 이 중에서 환기방식, 건축한계 및 차량한계, 길어깨폭(측방여유폭), 측대, 검사원 통로 등의 규정을 파악하여 터널 내부 유휴공간을 정량적으로 도출하고자 한다. 건축한계 높이의 규정치는 4.
본 연구는 터널 유지관리를 위하여 기존의 가설공사방식을 탈피하고, 새로운 가설 시공기술 시스템을 도입함으로써, 고객(발주처, 시공사, 터널 이용자)의 VOC를 개선하였다. 고안된 가설 시스템은 기존에 사용되고 있어 신뢰성이 검증된 트러스 구조물이다.
본 연구에서는 유지관리를 위한 시공기술 측면에서, 현재 운영 중이거나 시험 적용되고 있는 유지관리 시공기술 시스템의 실태를 조사하여 운영상의 제반 문제점을 파악하고자 한다.
차량 통행이 안전하고 용이하도록 설계하는 기본원리에 따르는 프로세스가 규정되어 있다. 본 연구에서는 터널 내부 유휴공간을 분석하여 이를 활용하는 아이디어를 발전시키고자 하므로, 설계 단계 중에 건축한계 선정에 대한 규정을 활용하고자 한다. 터널 내공단면 결정시 세부고려항목(국토해양부, 2010)은 Table 2와 같다.
이를 통해서 시공 기술적 측면에서 새로운 가설구조물 시스템을 소개하고, 향후 적용해 나가야 할 국내 터널 유지관리 시공기술 시스템의 사용성, 시공성, 그리고 구조적 안전성을 평가하여 시스템의 효율화 방안을 제시하고자 한다.
가설 설정
제안된 가설 스페이스 트러스 프레임은 현장조립이 용이하다. 즉, 공장제작된 트러스 부재와 연결부를 운반하여, 터널 입구쪽 공터에서 전체 구조물을 조립한 후 터널 내부에 끼워 넣는 방식이며, 가설시공이 끝난 후 조립한 공터로 이동시켜 전체를 해체하는 시공시방(안)에 준하면, 차량통제 없이도 조립설치-가설시공-해체까지 완료할 수 있다.
제안 방법
본 연구에서 고안된 가설 시공기술 시스템은 2.2장에서 소개한 터널 내부의 유휴 공간인 건축한계와 터널 내벽사이의 공간을 활용하여 기존의 스페이스 트러스 프레임 구조물을 설치하여 가설 시공하는 방식이다.
본 장에서는 기존의 터널 유지관리 가설시공 방법과 가설시공 장비의 적용상의 제반 문제점을 개선할 수 있는 새로운 가설 시공기술을 소개하고, 이를 도출한 근거 및 터널의 단면 설계 자료를 제시하며, 터널 내부공간을 활용할 수 있는 터널 구성요소들의 제원을 분석한다.
본 장에서는 기존의 터널 유지관리 가설시공 방법과 가설시공 장비의 적용상의 제반 문제점을 개선할 수 있는 새로운 가설 시공기술을 소개하고, 제안된 가설 시공기술의 사용성 및 안전성 측면에서 유한요소해석을 위한 상용 프로그램인 ABAQUS를 활용하여 그 성능을 검토 및 평가하고, 최적 부재 사이즈를 도출하였다.
최근 터널 가설공사 설계 시에 적용되고 있는 터널 유지관리 시공기술 및 시스템에 대한 검토를 통해 터널 유지관리 가설시공 방법과 가설시공 장비의 적용상의 제반 문제점을 고찰하였다.
본 연구는 터널 유지관리를 위하여 기존의 가설공사방식을 탈피하고, 새로운 가설 시공기술 시스템을 도입함으로써, 고객(발주처, 시공사, 터널 이용자)의 VOC를 개선하였다. 고안된 가설 시스템은 기존에 사용되고 있어 신뢰성이 검증된 트러스 구조물이다.
구조물의 지지조건은 이동 조건이 나닌, 정지된 경우를 고려하여 한쪽은 힌지이고, 다른 쪽은 자유단으로 구성된다. 구조물의 하중조건은 KBC2009의 경량구조물 또는 경량지붕층에 해당하는 등분포 설계하중 80Kg/m2을 적용하였다.
이론/모형
구조해석을 위하여, 유한요소해석용 상용 프로그램인 ABAQUS Version 6.5를 사용하였다.
성능/효과
해석 시 힌지 또는 자유단으로 고려된다. 그리고 제안된 가설 구조시스템이 터널 길이 방향으로 이동 또는 정지 시에, 혹은 작업 중 넘어짐을 방지하기 위하여 구조물 높이의 70% 수준인 3m 정도의 폭을 유지해야 한다.
또한 본 연구는 제안된 시스템을 고객의 입장에서 사용 성을 분석하고, 구조적인 안전성을 평가 및 검증하고, 경제성 있는 최적 단면 도출을 통하여 실제 현장에 적용할 수 있는 기반을 다졌다고 볼 수 있다.
국내 도로터널은 ’10년 12월말 기준 전국의 터널 수는 1,382개소로, ’00년 397개소에 불과하던 것과 비교하여 985개소(248%)가 증가하였으며, 연장은 240km에서 975km로 735km(306%) 증가하였다. 터널 증가 원인은 자연환경 파괴 최소화 등 환경 친화적인 도로건설과 도로 이용자의 안전을 고려한 선형개량 등이 주요인이며, 도로 종류별로는 고속국도 673개(49%), 일반국도 374개 (27%)로 나타나 고속국도와 일반국도 상 터널이 전체터널의 70% 이상을 차지하는 것으로 나타났다. 여기에 국내 철도터널, 해저터널을 고려한다면 증가폭은 더욱 클 것으로 예상된다.
후속연구
그러나 터널내부의 다양한 형상에 대응 가능하도록 하는 트러스 부재 사이의 연결부 설계, 지지하면서 이동 및 정지가 가능한 바퀴설계와 같은 세부적인 요소기술의 개발이 필요할 것으로 사료된다. 향후 연구에서 이를 보완하고자 한다.
그러나 터널내부의 다양한 형상에 대응 가능하도록 하는 트러스 부재 사이의 연결부 설계, 지지하면서 이동 및 정지가 가능한 바퀴설계와 같은 세부적인 요소기술의 개발이 필요할 것으로 사료된다. 향후 연구에서 이를 보완하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
터널 증가 원인은 무엇인가?
국내 도로터널은 ’10년 12월말 기준 전국의 터널 수는 1,382개소로, ’00년 397개소에 불과하던 것과 비교하여 985개소(248%)가 증가하였으며, 연장은 240km에서 975km로 735km(306%) 증가하였다. 터널 증가 원인은 자연환경 파괴 최소화 등 환경 친화적인 도로건설과 도로 이용자의 안전을 고려한 선형개량 등이 주요인이며, 도로 종류별로는 고속국도 673개(49%), 일반국도 374개 (27%)로 나타나 고속국도와 일반국도 상 터널이 전체터널의 70% 이상을 차지하는 것으로 나타났다. 여기에 국내 철도터널, 해저터널을 고려한다면 증가폭은 더욱 클 것으로 예상된다.
국내 도로터널의 변화는?
국내 도로터널은 ’10년 12월말 기준 전국의 터널 수는 1,382개소로, ’00년 397개소에 불과하던 것과 비교하여 985개소(248%)가 증가하였으며, 연장은 240km에서 975km로 735km(306%) 증가하였다. 터널 증가 원인은 자연환경 파괴 최소화 등 환경 친화적인 도로건설과 도로 이용자의 안전을 고려한 선형개량 등이 주요인이며, 도로 종류별로는 고속국도 673개(49%), 일반국도 374개 (27%)로 나타나 고속국도와 일반국도 상 터널이 전체터널의 70% 이상을 차지하는 것으로 나타났다.
터널의 유지 및 보수 보강 비용의 절감의 측정 측면과 시공 측면에서 적용되어야 할 사항은?
터널의 유지 및 보수 보강 비용의 절감을 달성하기 위해서는 측정기술과 시공기술의 효율화를 가져와야 한다. 측정 측면에서는 효율적인 유지관리 측정계측기 시스템 (오영석 등, 2001; 백기현 등, 2002; 한국건설기술연구원, 2001; 윤태국 등, 2008), 시공 측면에서 작업자의 일 효율을 향상시킬 수 있는 터널용 가설구조물 시스템이 기존의 시스템과 차별화되도록 개발 및 적용되어야 한다.
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