본 논문에서는 쏘일네일링 공법, 앵커 공법, 또한 이 두공법의 장점을 결합한 하이브리드 공법의 하중전이 메커니즘에 대한 연구를 수행하였다. 하이브리드 공법은 철근과 PC강연선을 보강재로 하며, 프리스트레스를 가함으로써 능동적인 주면마찰력 양상을 유도하고자 한다. 본 논문에서는 주면마찰력 산정 이론과 하중전이 이론을 바탕으로 각 공법의 하중전이 메커니즘을 파악하였다. 또한 현장인발시험을 실시하여 측정된 계측결과의 분석 및 하중전이 이론과의 비교 검토를 통해서 하이브리드 공법의 하중전이 메커니즘을 규명하였다. 쏘일네일링 공법은 인발거동 시 전면에서부터 선단으로 인장력이 전이되는 양상을 보이는 반면, 앵커 공법은 내하체가 위치한 선단에서 프리스트레스를 가함에 따라 선단에서 전면으로 압축력이 전이된다. 이 두 공법을 결합시킨 하이브리드 공법은 프리스트레스를 가할 때에는 앵커공법과 같이 선단에서 압축력이 발생하지만 동시인발 시에는 선단에서는 압축력이 전면에서는 인장력이 발생하게 된다. 따라서 하이브리드 공법의 하중전이 메커니즘은 쏘일네일링의 거동과 앵커의 거동이 모두 나타난다.
본 논문에서는 쏘일네일링 공법, 앵커 공법, 또한 이 두공법의 장점을 결합한 하이브리드 공법의 하중전이 메커니즘에 대한 연구를 수행하였다. 하이브리드 공법은 철근과 PC강연선을 보강재로 하며, 프리스트레스를 가함으로써 능동적인 주면마찰력 양상을 유도하고자 한다. 본 논문에서는 주면마찰력 산정 이론과 하중전이 이론을 바탕으로 각 공법의 하중전이 메커니즘을 파악하였다. 또한 현장인발시험을 실시하여 측정된 계측결과의 분석 및 하중전이 이론과의 비교 검토를 통해서 하이브리드 공법의 하중전이 메커니즘을 규명하였다. 쏘일네일링 공법은 인발거동 시 전면에서부터 선단으로 인장력이 전이되는 양상을 보이는 반면, 앵커 공법은 내하체가 위치한 선단에서 프리스트레스를 가함에 따라 선단에서 전면으로 압축력이 전이된다. 이 두 공법을 결합시킨 하이브리드 공법은 프리스트레스를 가할 때에는 앵커공법과 같이 선단에서 압축력이 발생하지만 동시인발 시에는 선단에서는 압축력이 전면에서는 인장력이 발생하게 된다. 따라서 하이브리드 공법의 하중전이 메커니즘은 쏘일네일링의 거동과 앵커의 거동이 모두 나타난다.
The load transfer mechanism of hybrid model of soil-nailing and compression anchor is studied in this paper. The hybrid model is composed of an anchor bar (installed at the tip) with two PC strands and a steel bar. It can make active behavior of skin friction by applying the pre-stress. In this pape...
The load transfer mechanism of hybrid model of soil-nailing and compression anchor is studied in this paper. The hybrid model is composed of an anchor bar (installed at the tip) with two PC strands and a steel bar. It can make active behavior of skin friction by applying the pre-stress. In this paper, the load transfer mechanisms of soil-nailings, compression anchors, and hybrid models, respectively, are obtained from skin friction theory and load transfer theory. Field pullout tests are performed to identify the load transfer mechanism and experimental results are compared with analytical solution. In case of soil-nailings, the tension load is transferred from face to tip, however, in case of compression anchors, the compression load is transferred from tip to face. The experimental behavior of the hybrid model is similar to that of compression anchor when only pre-stress is applied. If the pullout test is performed by simultaneously pulling out the anchor and the nail, the compression load is dominant at the tip and tension load is dominant at the face. The load transfer mechanism of the hybrid model shows the combined behavior of soil-nailings with compression anchors.
The load transfer mechanism of hybrid model of soil-nailing and compression anchor is studied in this paper. The hybrid model is composed of an anchor bar (installed at the tip) with two PC strands and a steel bar. It can make active behavior of skin friction by applying the pre-stress. In this paper, the load transfer mechanisms of soil-nailings, compression anchors, and hybrid models, respectively, are obtained from skin friction theory and load transfer theory. Field pullout tests are performed to identify the load transfer mechanism and experimental results are compared with analytical solution. In case of soil-nailings, the tension load is transferred from face to tip, however, in case of compression anchors, the compression load is transferred from tip to face. The experimental behavior of the hybrid model is similar to that of compression anchor when only pre-stress is applied. If the pullout test is performed by simultaneously pulling out the anchor and the nail, the compression load is dominant at the tip and tension load is dominant at the face. The load transfer mechanism of the hybrid model shows the combined behavior of soil-nailings with compression anchors.
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문제 정의
하지만 서형준 등(2010)은 철근과 PC강연선 사이의 상호 거동에 집중하여 연구를 진행하였다. 따라서 본 연구에서는 쏘일네일링과 앵커가 결합된 하이브리드 공법의 하중전이 메커니즘을 하중전이 이론 및 현장인발시험을 통해서 규명하고자 한다.
하지만 지반의 조건변화 및 시공조건에 따라 전이하중은 변화하게 된다. 따라서 이러한 전이하중 발생조건을 고려하기 위해 본 연구에서는 각 지반의 조건과 정착장의 길이에 따라 전이하중의 변화양상을 이론적으로 규명하였으며, 정착장의 길이가 짧은 경우 점착력에 의한 영향이 크며 정착장의 길이가 긴 경우 내부마찰력에 의한 영향이 큰 것을 알 수 있었다.
본 논문에서는 쏘일네일링, 앵커 그리고 하이브리드 공법의 주면마찰력을 산정하기 위해서 주면마찰력을 발휘시키는 지반의 주요 인자에 대한 고찰과 이를 바탕으로 주면마찰력을 산정하기 위한 이론식을 소개한다.
본 논문에서는 쏘일네일링과 앵커가 결합된 하이브리드 공법의 하중전이 메커니즘을 규명하기 위하여 하중전이 이론 및 현장인발시험을 실시하였으며, 이에 대한 결론은 다음과 같다.
따라서 전면에서 발생할 수 있는 얕은파괴를 방지할 수 있다. 본 논문에서는 하이브리드 공법에서 프리스트레스 하중의 강도를 정량적으로 파악하기 위해서 프리스트레스를 가하지 않았을 경우, 전이하중으로 가 하였을 경우, 그리고 전이하중에 비해 상대적으로 크게 가하였을 경우에 대해 비교하였다(그림 12 참조).
본 연구에서 현장인발시험은 쏘일네일링, 앵커, 그리고 두공법이 결합된 하이브리드 공법의 하중전이 메커니즘을 규명하고자 실시하였다. 따라서 철근과 그라우팅 내부에 변형률계를 설치하여 보강재의 선단 및 전면부에서부터 발생하는 하중전이 양상을 파악하였다.
제안 방법
(1) 주면마찰력 산정 이론 및 하중전이 이론을 바탕으로 쏘일네일링, 앵커, 하이브리드 공법의 하중전이 메커니즘을 규명하였으며, 또한 각 공법에 대해 계측기를 설치하여 네일의 위치별로 하중의 전이 양상을 계측하였다. 적용된 이론과 시험결과는 유사한 결과를 나타내는 것을 알 수 있으며, 주면마찰력 분포양상을 판단하기에 하중전이 이론의 적절성을 판단할 수 있었다.
그림 7에서 보는 것과 같이 각각의 공법이 시공된 장소에 2공의 시추조사를 실시하여 지층의 구성을 판단하였으며, 표준재하시험, 공내재하시험, γ선을 이용한 밀도검측, 직접전단시험을 통해서 지반물성치를 산정하였다.
본 연구에서 현장인발시험은 쏘일네일링, 앵커, 그리고 두공법이 결합된 하이브리드 공법의 하중전이 메커니즘을 규명하고자 실시하였다. 따라서 철근과 그라우팅 내부에 변형률계를 설치하여 보강재의 선단 및 전면부에서부터 발생하는 하중전이 양상을 파악하였다. 현장시험 결과는 앞서 제안한 주면마찰력 산정이론과 하중전이 이론을 바탕으로 제안된 이론식과 비교해 보았으며, 이론식의 정용성을 판단하였다.
현장시험은 강원도 원주시 지정면에서 실시하였으며, 쏘일네일링 1공, 앵커 1공, 하이브리드 모델 1공에 대해서 계측을 실시하였다. 모든 공법은 4.3m로 연직으로 시공하였으며, 인발시험 시 각 공법의 하중변화 양삭을 측정하기 위해 그림 7에서 보는 것과 같이 계측간격을 두어 철근 변형률계와 그라우팅 변형률계를 설치하였다. 그림 7에서 보는 것과 같이 각각의 공법이 시공된 장소에 2공의 시추조사를 실시하여 지층의 구성을 판단하였으며, 표준재하시험, 공내재하시험, γ선을 이용한 밀도검측, 직접전단시험을 통해서 지반물성치를 산정하였다.
본 논문에서는 3가지 공법의 파괴거동을 고려하여 인발시험을 실시하였으며, 각각의 인발시험은 하중제어 방식을 통해 진행하였다. 쏘일네일링 공법은 전면에서 철근을 인장하여 약 160kN까지 인발시험을 실시하였으며, 앵커 공법은 PC강연선에 프리스트레스를 196kN까지 가하는 인발시험을 진행하였다.
본 논문에서는 3가지 공법의 파괴거동을 고려하여 인발시험을 실시하였으며, 각각의 인발시험은 하중제어 방식을 통해 진행하였다. 쏘일네일링 공법은 전면에서 철근을 인장하여 약 160kN까지 인발시험을 실시하였으며, 앵커 공법은 PC강연선에 프리스트레스를 196kN까지 가하는 인발시험을 진행하였다. 하이브리드 공법은 프리스트레스를 137kN까지 가한 후 철근과 함께 동시 인발을 실시하였으며, 각 공법의 인발시험 개요는 표 1에서 보는 것과 같이 간략하게 나타나 있다.
따라서 철근과 그라우팅 내부에 변형률계를 설치하여 보강재의 선단 및 전면부에서부터 발생하는 하중전이 양상을 파악하였다. 현장시험 결과는 앞서 제안한 주면마찰력 산정이론과 하중전이 이론을 바탕으로 제안된 이론식과 비교해 보았으며, 이론식의 정용성을 판단하였다.
현장인발시험은 3가지 공법에 대해 각각 인발시험을 실시하였으며, 인발시험과 동시에 삽입된 철근 및 콘크 리트 변형률계를 통해서 계측을 실시하였다. 현장시험에서 계측한 3가지 공법의 시험결과는 본 현장시험에 국한되기 때문에 이를 보완하기 위해 본 논문에서 제안한 이론식을 바탕으로 이론적 검증을 실시하였다.
현장인발시험은 3가지 공법에 대해 각각 인발시험을 실시하였으며, 인발시험과 동시에 삽입된 철근 및 콘크 리트 변형률계를 통해서 계측을 실시하였다. 현장시험에서 계측한 3가지 공법의 시험결과는 본 현장시험에 국한되기 때문에 이를 보완하기 위해 본 논문에서 제안한 이론식을 바탕으로 이론적 검증을 실시하였다.
쏘일네일링 공법과 앵커공법을 보게 되면 쏘일네일링 공법은 전면에서 선단으로, 그리고 앵커공법은 선단에서 전면으로 가해진 하중이 전이되는 전이하중이 발생하는 것을 알 수 있다. 본 논문은 현장시험에서 붕적층 지반에 네일의 길이가 4.3m인 경우에 대해서 인발실험을 실시하였으며, 전이하중이 약 125kN으로 나타났다. 하지만 그림 10에서 보는 것과 같이 전이하중은 지반의 조건과 네일의 정착장의 길이에 따라 크게 변화한다.
현장시험은 강원도 원주시 지정면에서 실시하였으며, 쏘일네일링 1공, 앵커 1공, 하이브리드 모델 1공에 대해서 계측을 실시하였다. 모든 공법은 4.
이론/모형
Liang과 Feng(1997)이 그라운드 앵커에서 작용하는 주면마찰력을 식으로 제안하였다. 본 연구에서는 Wang과 Richwien(2002)이 제안한 식을 통해서 주면마찰력을 산정하고자 한다. 하이브리드 공법의 거동 특성은 서형준 등(2010)에 의해서 현장시험과 이론을 통해서 규명이 되었다.
성능/효과
(2) 현장인발시험에서 적용된 지반과 네일의 제원의 경우 전면에서 선단으로, 또는 선단에서 전면으로 전이되는 전이하중이 약 125kN로 나타났다. 하지만 지반의 조건변화 및 시공조건에 따라 전이하중은 변화하게 된다.
(3) 쏘일네일링 공법의 경우, 전면에서 가해진 인장력이 작용하게 되며 주면마찰력에 의해 감소하면서 선단으로 하중이 전이되는 양상을 보였다. 반대로 앵커 공법의 경우, 선단에서 가해진 프리스트레스에 의해 압축력이 선단에서 작용하게 되며 주면마찰력에 의해 압축력이 감소하면서 전면부로 전이되었다.
(4) 하이브리드 공법은 프리스트레스 후 동시인발을 할 때 인발하중이 증가할수록 네일에 작용하는 압축력이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 철근의 신장량이 PC강연선보다 더 작기 때문에 철근에 하중이 집중되어 동시인발 이후의 인발하중의 분배가 내하체에서 가해지는 선단의 압축력보다 철근에서 가해지는 전면의 인장력이 약 2.
(5) 하이브리드 공법에서 프리스트레스 하중을 정량적으로 검토하였으며, 프리스트레스를 가하지 않았을 경우에는 하중이 전면에서 선단으로 가는 인장거동이 지배적인 양상을 보였다. 이와 반대로 프리스트레스를 과하게 주었을 경우 전체 거동이 압축력이 지배적인 양상을 보였다.
그림 11b에서 보는 것과 같이 하중전이 이론을 통해 산정한 하중의 분포양상과 실제 시험 값이 유사하게 나타나는 것을 알 수 있다. 결론적으로 인발하중이 커질수록 전면에서 작용하는 인장력이 증가하게 되고 증가한 인장력은 선단에서 가해지는 압축력과 중첩하여 압축력을 감소시키게 된다. 따라서 하이브리드공법은 프리스트레스를 가할 때는 앵커공법과 같이 선단에서 압축력이 강하게 작용하고, 동시인발을 하게 되면 선단에서는 압축력이 우세하고 전면에서는 인장력이 우세한 것을 알 수 있다.
쏘일네일링을 인장하게 되면 전면부에서 인장하중이 크게 발생하며 주면마찰력에 의해 인장력이 감소하는 것을 알 수 있다. 또한 이론적으로 보았을 때 125kN으로 인장하중을 가하였을 때 전면에서 가해진 인장하중이 선단으로 전이되는 전이하중(Ftrans)이 나타나는 것을 알 수 있었다. 인발시험결과를 보았을 때도 약 100kN 정도에서 인장하중이 선단으로 전이되는 것으로 판단된다.
앞선 현장시험 계측결과에서 나타나는 것과 같이 전면에서는 인장력이 지배적인 양상을 나타내며, 선단에서는 압축력이 지배적인 양상을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한 프리스트레스를 가하는 동안 압축력이 네일에 지배적으로 작용하면서 동시인발을 하게 되면 PC강연선에서 항복이 발생할 것으로 판단되었지만(그림 12b의 그래프에서 좌측으로 이동) 동시 인발을 함에 따라 철근이 하중을 집중적으로 받으면서 (그림 12b의 그래프에서 우측으로 이동) 최종 인발하중이 크게 증가하는 것을 알 수 있다.
(1) 주면마찰력 산정 이론 및 하중전이 이론을 바탕으로 쏘일네일링, 앵커, 하이브리드 공법의 하중전이 메커니즘을 규명하였으며, 또한 각 공법에 대해 계측기를 설치하여 네일의 위치별로 하중의 전이 양상을 계측하였다. 적용된 이론과 시험결과는 유사한 결과를 나타내는 것을 알 수 있으며, 주면마찰력 분포양상을 판단하기에 하중전이 이론의 적절성을 판단할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
쏘일네일링 공법이란?
쏘일네일링 공법은 보강재를 삽입하고 그라우팅을 함으로써 지반과 그라우팅과의 주면마찰력과 보강재의 인장력을 통해서 사면안정을 이루는 공법이다. 쏘일네 일링 공법은 지반의 변위가 발생하여야 저항을 하는 수동적인 공법인 것에 반해 앵커 공법은 초기에 프리스트레스를 가하면서 지반의 변위를 억제하는 능동적인 공법이다.
인발거동이 발생하게 되었을때 가지는 ABG 하이브리드 공법의 장점은?
ABG 하이브리드 공법의 선단부를 보게 되면 PC강연선과 내 하체가 연결되어 있어 PC강연선에 프리스트레스를 가하여 내하체에서 전면부로 하중이 전이되게 된다. 또한 인발거동이 발생하게 되면 선단부의 내하체로부터 하중이 전이되어 파괴면 밖에서의 주면마찰력은 작용하는 토압에 대하여 능동적으로 저항할 수 있다는 장점이 있다. 전면부에서는 PC강연선에 프리스트레스를 가한후 콘을 이용해 PC강연선을 고정하여 지속적으로 내하체에 하중을 전달할 수 있도록 구성되어 있다.
앵커공법의 단점은?
쏘일네 일링 공법은 지반의 변위가 발생하여야 저항을 하는 수동적인 공법인 것에 반해 앵커 공법은 초기에 프리스트레스를 가하면서 지반의 변위를 억제하는 능동적인 공법이다. 하지만 앵커공법은 초기에 보강재가 저항할 수있는 하중을 사용하기 때문에 프리스트레스 후에 저항할 수 있는 잔여하중이 프리스트레스를 가한 만큼 감소 하게 된다. 따라서 이러한 두 공법의 장점을 결합하고 단점을 보완하기 위해 두 공법을 결합한 하이브리드 공법이 개발되었다.
참고문헌 (6)
김낙경 (2001), 인장형 앵커와 압축형 앵커의 하중전이에 관한 연구, 한국지반공학회논문집, 제17권 제3호, pp.59-68.
Liang, Y. R. and Feng, Y. X. (1997), "Development and Application of Anchor-Soil Interface Models", A Short Course on Soil Nailing, Ground Anchoring, and Anchored Excavation, The Graduate School of Industrial Technology and Environment, Dongguk University.
Wang, Z. and Richwien, W. (2002), "A study of soil-reinforcement interface friction", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol.128, No.1, pp.92-94.
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