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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 Sung(2012)에 의해 사전 분석된 현장인발시험 결과를 이용함으로써 지반앵커의 인장거동에 대한 해석적 방법의 유용성을 검증하고자 한다. Sung(2012)이 실시한 각 시험조건 및 지반조건은 각각 Table 6 및 Fig.
- 물론 이러한 특성들을 파악하기 위해서 각각의 앵커제원과 지반조건별로 별도의 수치해석적 방법을 수행할 수는 있으나 이를 실무적으로 적용하기 위해서는 비교적 복잡하고 또한 상대적으로 비효율적일 수 있다. 따라서 본 논문에서는 기존 설계방법으로는 구현할 수 없었던 지반앵커의 거동을 보다 용이하게 분석할 수 있는 방법을 제안하고 동시에 정착장 주면마찰응력의 진행적 변화(progressive debonding) 현상의 구현이 가능한 해석적 방법을 제안하고자 한다.
- 따라서 본 논문에서는 기존 지반앵커 설계법에서 구현할 수 없는 “지반내 정착된 인장형 앵커의 하중전이 특성”을 나타낼 수 있는 해석적 방법에 대해서 기술하였으며, 또한 제안된 방법을 현장 실험적 결과와 비교분석하였고 이에 따른 검토결과는 다음과 같다.
- 따라서 이러한 그라우트와 지반 접촉면간의 전단변형과 전단응력 관계가 규명된다면 실무적으로 지반앵커의 전단변형에 따른 앵커거동을 보다 용이하게 분석할 수 있을 것이다. 따라서 본 논문에서는 풍화토 지반을 대상으로 그라우트와 지반 접촉면간의 주면마찰응력을 수치해석적인 방법을 통해 선행 분석할 것이며, 이를 근간으로 대상지반의 축변형률과 주면마찰응력과의 상관관계를 제안하고 본 결과를 이용하여 지반앵커의 전단거동과 인발거동을 평가할 것이다. 또한 본 평가결과를 실제 현장에서 측정된 시험결과와 비교분석함으로써 제안된 주면마찰응력과 축변형률과의 상관관계의 적정성을 검증하고자 한다.
- 따라서 본 논문에서는 풍화토 지반을 대상으로 그라우트와 지반 접촉면간의 주면마찰응력을 수치해석적인 방법을 통해 선행 분석할 것이며, 이를 근간으로 대상지반의 축변형률과 주면마찰응력과의 상관관계를 제안하고 본 결과를 이용하여 지반앵커의 전단거동과 인발거동을 평가할 것이다. 또한 본 평가결과를 실제 현장에서 측정된 시험결과와 비교분석함으로써 제안된 주면마찰응력과 축변형률과의 상관관계의 적정성을 검증하고자 한다.
- 본 논문에서는 마찰형(인장형) 앵커를 대상으로 지반앵커의 축변형률과 전단변형률과의 상관성을 검토하기 위해서 수치해석을 실시하였다. 이때 수치해석에 적용되는 앵커제원 및 지반조건은 김포지역 현장시험조건을 고려하여 설정하였으며, 이를 근거로 지반앵커의 정착거동을 분석하였다.
- 앞서 설명한 지반앵커의 정착거동을 분석하기 위해서는 기본적으로 지반조건별, 지반앵커제원별로 앵커의 탄성신장량과 주면마찰력의 관계도가 필요하며 본 절에서는 풍화토 지반조건을 대상으로 Fig. 11(b) 및 Fig. 12(b)에 근거하여 인발하중에 따른 정착장의 인장거동를 평가하는 방법을 설명하고자 한다.
- 이를 위해서 본 논문에서는 기실시된 현장시험자료를 근간으로 지반앵커 정착장부의 축변형률 특성을 검토하고 이를 근거로 정착장부의 주면마찰응력과 축변형률의 관계를 분석할 것이다. 즉 본 논문은 현장시험결과에 부합되는 조건으로 지반앵커 정착장의 축변형률과 주변마찰응력과의 관계를 이용함으로써 지반앵커의 전반적인 거동을 예측할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
- 이를 위해서 본 논문에서는 기실시된 현장시험자료를 근간으로 지반앵커 정착장부의 축변형률 특성을 검토하고 이를 근거로 정착장부의 주면마찰응력과 축변형률의 관계를 분석할 것이다. 즉 본 논문은 현장시험결과에 부합되는 조건으로 지반앵커 정착장의 축변형률과 주변마찰응력과의 관계를 이용함으로써 지반앵커의 전반적인 거동을 예측할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
가설 설정
- Woods et al.(1997)은 Fig. 2와 같이 마찰형(인장형) 앵커를 대상으로 그라우트와 지반 접촉면간의 전단변형과 전단응력 관계를 제시하였으며, 이러한 관계는 인장재와 그라우트 접촉면(interface)간의 극한부착저항이 발생하기 이전에 먼저 그라우트와 지반간의 극한마찰 저항이 발현됨을 가정한다. 또한 앵커 인발시 작용하중은 정착장 앞부분에서부터 하중이 작용하며, 이로 인해 인장재(tendon)는 탄성변위가 발생하게 되고 이에 대응하는 주변 그라우트의 변형이 발생함을 가정한다.
- 두 번째 가정사항은 앵커 인발시 작용하중이 정착장 앞부분에서부터 선행적으로 작용함을 가정하는 것으로, 이는 마찰형(인장형) 앵커를 대상으로는 충분히 타당한 개념이다(Littlejohn, 1997; Xanthakos, 1991; FHWA, 1999). 즉 앵커 인발시 선행적으로 인장재(강재) 앞부분에서 부터 탄성변위가 발생하게 되고, 이 탄성변위에 대응하는 주 변 그라우트의 변형이 발생하게 되며 이때 하중은 점차 정착장 끝부분으로 전이되게 된다.
- 2와 같이 마찰형(인장형) 앵커를 대상으로 그라우트와 지반 접촉면간의 전단변형과 전단응력 관계를 제시하였으며, 이러한 관계는 인장재와 그라우트 접촉면(interface)간의 극한부착저항이 발생하기 이전에 먼저 그라우트와 지반간의 극한마찰 저항이 발현됨을 가정한다. 또한 앵커 인발시 작용하중은 정착장 앞부분에서부터 하중이 작용하며, 이로 인해 인장재(tendon)는 탄성변위가 발생하게 되고 이에 대응하는 주변 그라우트의 변형이 발생함을 가정한다. 따라서 앵커 정착장부에 하중이 작용하게 되면 인장재와 그라우트와의 상호 부착저항에 입각하여 정착장 변형이 발생하게 되며, 이로 인해 그라우트와 주면지반의 전단 변형이 발생하게 됨을 의미한다.
- 먼저 첫 번째 가정사항은 앞서 설명한 바와 같이 인장재와 그라우트 접촉면간의 부착응력 저감 현상이 발생하기 이전에 먼저 그라우트-지반간의 주면마찰응력 저감현상이 발생하게 됨을 가정한다. 이는 일반적으로 연암 이하의 지반조건에서는 충분히 타당한 것이다(Littlejohn, 1980; BS Code, 1989).
- 세 번째 가정사항은 그라우트와 지반 접촉면간의 “미끌림 마찰(slip friction) 현상”은 그라우트-지반간의 임계축변형률을 초과했을 때 발생한다는 것이다.
- 즉 극한주면마찰응력(τu)은 정착장 구간의 지반조건 (N>50조건의 풍화토)에 해당하는 500kPa조건으로 설정하였으며, 최대축변형률(εmax)은 현장 최대시험하중(P= 159kN)조건과 강연선(7-wire strand)의 축강성(EA=78,968kN) 조건을 고려하여 약 0.2%로 가정하였다.
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