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[국내논문] 차량하중에 의한 복층터널 중간슬래브의 동적 응답
Dynamic response of middle slab in double-deck tunnel due to vehicle load 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.19 no.5, 2017년, pp.717 - 732  

김효범 ((주)브이테크) ,  곽창원 (한국지역난방기술) ,  박인준 (한서대학교 토목공학과)

초록
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최근 급증하는 도로 교통량을 원활히 처리할 수 있는 대안으로 복층터널과 같은 지하구조물의 건설이 증가하고 있다. 복층터널은 내부에 상부와 하부를 분리하는 중간슬래브가 존재한다. 중간슬래브는 차량이 주행할 때 발생하는 차량의 동적하중으로 인하여 동적거동을 하게 되며, 그 동적거동을 정확히 파악하여 설계 및 해석에 이용하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 복층터널 중간슬래브의 구조형식, 설계속도, 주행차량 및 노면조도 등을 고려한 해석모델을 작성하고 노면에 차량이 일정속도로 주행하는 경우에 대해 3차원 동적해석을 수행하여 복층터널 중간슬래브의 동적거동을 분석하였다. 그 결과, 중간슬래브의 동적영향을 대표하는 동적확대계수탄성받침 지지조건 및 보통의 노면조도 조건에서 가장 크게 증폭되는 경향을 보였고, 양호한 노면조도와 강결연결 조건에 의해 동적영향을 작게 할 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the construction of underground structure such as a double-deck tunnel is increasing to manage rapid growth of roadway traffic volume. Double-deck tunnel includes middle slab to separate upper and lower road inside, and various sources affect the dynamic behaviour of middle slab due to dyn...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 복층터널의 경우 중간슬래브가 라이닝에 거치되는 교량 형식으로 기존의 일반적인 도로교와는 그 형식이 다르며 차량 주행에 의한 동적 거동에 대한 연구가 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 복층터널 중간슬래브의 구조형식, 설계속도, 주행차량 및 노면조도 등을 고려한 해석모델을 작성하고 노면에 차량이 일정속도로 주행하는 경우에 대해 3차원 동적해석을 수행하여 복층터널 중간슬래브의 동적거동을 분석하도록 한다.
  • 이러한 동하중에 의한 효과를 도로교 설계기준에서는 충격계수를 적용하여 설계에 반영하고 있으나 복층터널의 중간슬래브는 교량과 상이한 지지형태를 가지고 있어 별도의 검토가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 주행차량에 의해 복층터널 중간슬래브에서 유발되는 실질적인 동하중 효과를 수치해석적으로 평가하기 위해 차량 주행에 의한 시간이력해석을 수행하였다. 중간슬래브 단면에 대하여 3차원 유한요소해석 요소망을 작성하고 노면조도, 주행속도 및 터널 라이닝과의 연결방법 등을 변화시켜가며 동적해석을 실시하고 동하중 효과를 분석하였다.

가설 설정

  • 6 m를 갖는 길이 88 m의 판형태로 모형화하였다. 주행방향의 양 측면에 위치하는 라이닝과의 연결부는 강결연결(Fixed bearings, FB) 조건과 진동에 대해 상대적으로 우수한 특성을 가지는 탄성받침(Elastomeric bearings, EB) 지지 조건의 적용을 가정하였다. 강결연결의 경우 중간슬래브 측면 단부의 방향별 자유도를 모두 구속하도록 경계조건을 설정하였으며, 탄성받침은 수직과 수평방향으로 강성과 감쇠를 갖도록 spring과 dash-pot 요소로 모형화 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
중간슬래브의 동적거동에 영향을 주는 요소에는 무엇이 있는가? 중간슬래브의 동적거동은 차량하중의 크기, 노면조도, 중간슬래브 구조물의 구조적 특성(강도, 질량, 형상, 감쇠비 등) 뿐만 아니라 차량하중의 이동속도와 차량의 급제동 및 급출발 시 발생하는 면내하중의 크기 등에 의해 영향을 받는다. 특히, 노면의 파손, 시공의 불량 및 진입부의 침하 등으로 생기는 노면조도 및 단차 등은 주행하는 차량의 동적하중을 증가시키는 중요한 요인이 되고 있다.
복층터널 내부에 상부와 하부를 분리하는 중간슬래브의 동적거동 분석이 중요한 이유는 무엇인가? 복층터널은 내부에 상부와 하부를 분리하는 중간슬래브가 존재한다. 중간슬래브는 차량이 주행할 때 발생하는 차량의 동적하중으로 인하여 동적거동을 하게 되며, 그 동적거동을 정확히 파악하여 설계 및 해석에 이용하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 복층터널 중간슬래브의 구조형식, 설계속도, 주행차량 및 노면조도 등을 고려한 해석모델을 작성하고 노면에 차량이 일정속도로 주행하는 경우에 대해 3차원 동적해석을 수행하여 복층터널 중간슬래브의 동적거동을 분석하였다.
복층터널의 구조적 특징은 무엇인가? 최근 급속한 경제발전에 따른 도시 확장과 생활수준의 향상에 따라 도로 교통량이 급속히 증가하고 있으며 한정된 면적으로 증가한 교통량을 효율적으로 처리하기 위하여 복층터널과 같은 지하구조물의 건설이 해외를 중심으로 늘어나고 있다. 복층터널은 일반터널과 달리 터널 내부에 상부와 하부를 분리하는 중간슬래브가 존재하며 중간슬래브는 터널 라이닝 양 끝단에 브라켓을 지지점으로 설치하여 그 위에 설치하므로 단면 형상이 교량과 유사한 형태를 띠게 된다(Fig. 1 참조).
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