[논문]낙석방지울타리 망의 변위량 및 성능검증을 위한 실물낙석시험

서진혁; 황영철

doi:10.14481/jkges.2020.21.12.17

낙석방지울타리 망의 변위량 및 성능검증을 위한 실물낙석시험
Field Test for Absorption Energy and Displacement of Rockfall Protection Net 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.21 no.12, 2020년, pp.17 - 21

서진혁 (Department of Civil Engineering, Sangji University) , 황영철 (Department of Civil Engineering, Sangji University)

초록
AI-Helper

낙석방지울타리의 지지능력은 철망, 지주, 와이어로프의 성능을 합친 것으로 정의되며, 기존에 시공되고 있는 낙석방지울타리는 도로안전시설 설치 및 관리지침 중 낙석방지시설 편에는 48~61kJ의 에너지를 흡수할 수 있는 지주, 와이어로프, 철망의 규격이 제시되어 있다. 그러나 흡수에너지에 대한 각 요소들의 상관관계가 명확하게 제시되어 있지 않아 불확실하다(Ministry of Land, 2008). 본 논문에서는 수직 낙하시험을 이용하여 낙석방지울타리의 성능평가 시험을 수행하던 중 복잡한 꼬임으로 이루어져 체결 조건 등이 중요한 낙석방지망이 흡수하는 에너지를 확인하기 위해 실물낙석시험을 수행하였다. 시험결과를 이용하여 낙석방지망의 변위량 산정요소인 𝛿의 적절성을 판단하고 국외 성능평가 기준을 이용하여 낙석방지망의 흡수가능에너지를 평가하였다. 변위량 𝛿의 경우 명시되어 있는 1/4보다 1/2로 사용하는 것이 적합하다고 판단되며, 낙석방지망은 30kJ 정도의 에너지를 흡수한다는 결과를 도출하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Over 60% of South Korea's land consists of mountainous topography, and recently, due to earthquakes, localized heavy rains and road development, the risks of rockfalls are getting higher. As of now, rockfall prevention facilities are being constructed in 70% of Korean roads cut slope and rockfall protections account for about 20% of them. Rockfall protection's supporting capacity is defined by combining performance of wire mesh, pillars and wire ropes. For the existing constructed rockfall protection, standards of pillars that can absorb 48~61 kJ amount of energy, wire ropes and wire mesh are presented in Guidelines for the installation and management of traffic safety facilities, Rockfall prevention facilities by Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (2008). However, each factor's correlation of absorption energy is not presented so it is uncertain. This study will conduct vertical drop test and identify adequacy of rockfall protection net of displacement quantity calculation factor which is delta and evaluate rockfall protection net's absorbable energy through standards of overseas performance evaluation criteria.

주제어

표/그림 (11)

표 Table 1. Performance ration of rockfall protection
표 Table 2. Tensile force of net according to the mass of rock
그림 Fig. 1. Rock made from concrete
그림 Fig. 2. Strike position control device
그림 Fig. 3. Connection between square steel tubular column and net
그림 Fig. 4. Instantaneous maximum displacement (25kJ)
그림 Fig. 5. Final displacement (25kJ)
그림 Fig. 6. Instantaneous maximum displacement (30kJ)
그림 Fig. 7. Final displacement (30kJ)
표 Table 3. Comparison of displacement delta with actual displacement
그림 Fig. 8. Time based displacement comparison

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 국토교통부 지침서에 명시되어 있는 철망의 변위량 δ를 검증하고 철망의 흡수에너지를 충분히 흡수하는지 검증하고자 실물 낙석시험을 수행하였다.
본 논문에서는 낙석방지울타리의 성능을 평가하기 위해 실물낙석시험을 수행하던 중, 각 부재가 흡수하는 능력을 확인하기 위하여 낙석방지망의 성능평가시험을 수행하였다. 시험을 통해 국토교통부 지침서 중 낙석방지시설편에 명시되어 있는 철망의 변위량(δ)의 적절성을 평가하고 국내 낙석의 평균 중량인 400kg 낙석 발생 시 변위량을 통해 철망의 흡수에너지를 검증하고자 한다.
시험을 통해 국토교통부 지침서 중 낙석방지시설편에 명시되어 있는 철망의 변위량(δ)의 적절성을 평가하고 국내 낙석의 평균 중량인 400kg 낙석 발생 시 변위량을 통해 철망의 흡수에너지를 검증하고자 한다.

제안 방법

25kJ과 30kJ의 두 시험 중 낙석방지망이 변형되는 형상을 비교해보기 위하여 변위량을 시간을 기준으로 비교하였다. Fig.
2와 같이 체결한다. 낙석의 충돌 후 망의 변위측정을 위하여 초고속 촬영이 가능한 캠코더로 촬영하였으며, 제품의 사양은 Table 2와 같다. 낙석방지망은 한국도로공사 표준도에 명시된 규격을 사용하였다(Ministry of Land Transport and maritime Affairs, 2009).
다음 시험 역시 25kJ과 동일한 조건인 지주로 각형강관 □200×100×4.5t와 낙석방지망인 PVC 코팅망(KS D 7018VS2 56mm×56mm)을 체결하여 30kJ에 해당하는 높이 7.65m에서 낙하시켰다.
9kJ의 낙석에너지를 흡수한다고 표기되어 있다(Ministry of Land, 2008). 따라서, 25kJ과 30kJ의 에너지로 수행되었으며, 시험의 중점요소인 정확한 변위 값 측정을 위하여 카메라의 촬영 높이를 망의 높이와 동일하게 촬영하였으며, 정면과 측면에 총 2대를 설치하였다. 정확한 타격을 위해 사전에 충분한 연습을 수행하였으며, 낙석의 충돌 후 변위 값 측정을 위하여 2차원 공간에서 운동하는 물체의 위치를 분석할 수 있는 Traker 프로그램을 이용하여 낙석의 직경을 기준으로 망의 변위를 측정하였다.
5t를 사용하였으며 지주의 휨 방지를 위해 고정대를 제작하여 지면에 부착시켰다. 본 시험은 낙석방지망의 흡수에너지를 평가하는 시험이기 때문에 지주와 와이어로프의 체결 조건이 중요하므로 Fig. 3과 같이 특수제작한 판을 이용하여 볼트와 너트로 체결하였다.
시험 후 변위량 δ=h/4와 시험을 통해 측정된 실제 변위 값과 비교 분석한다.
5t/m²이다. 실물 낙석시험은 크게 사면낙석시험, 펜듈럼시험, 론칭시험, 수직 낙하시험이 있으며, 본 연구에서는 낙석의 낙하속도 및 타격 위치 조정이 용이한 수직 낙하시험을 이용하여 시험을 수행하였다. 정확한 높이 조정이 가능한 크레인을 사용하였으며, 타격 위치 제어장치를 제작하여 Fig.
실물 낙석시험은 크게 사면낙석시험, 펜듈럼시험, 론칭시험, 수직 낙하시험이 있으며, 본 연구에서는 낙석의 낙하속도 및 타격 위치 조정이 용이한 수직 낙하시험을 이용하여 시험을 수행하였다. 정확한 높이 조정이 가능한 크레인을 사용하였으며, 타격 위치 제어장치를 제작하여 Fig. 2와 같이 체결한다. 낙석의 충돌 후 망의 변위측정을 위하여 초고속 촬영이 가능한 캠코더로 촬영하였으며, 제품의 사양은 Table 2와 같다.
따라서, 25kJ과 30kJ의 에너지로 수행되었으며, 시험의 중점요소인 정확한 변위 값 측정을 위하여 카메라의 촬영 높이를 망의 높이와 동일하게 촬영하였으며, 정면과 측면에 총 2대를 설치하였다. 정확한 타격을 위해 사전에 충분한 연습을 수행하였으며, 낙석의 충돌 후 변위 값 측정을 위하여 2차원 공간에서 운동하는 물체의 위치를 분석할 수 있는 Traker 프로그램을 이용하여 낙석의 직경을 기준으로 망의 변위를 측정하였다. 시험 후 변위량 δ=h/4와 시험을 통해 측정된 실제 변위 값과 비교 분석한다.

대상 데이터

PVC코팅망(KS D 7018VS2 56mm×56mm)을 사용하였고, 지주는 KS D 3030 용융 아연 알루미늄 마그네슘 합금 도금 강판으로 제작한 강재 각형강관으로 규격은 □200×100×4.5t를 사용하였으며 지주의 휨 방지를 위해 고정대를 제작하여 지면에 부착시켰다.
본 연구를 위해 수행된 실물낙석시험은 상지대학교 낙석 시험장에서 수행되었으며, 시험에 사용된 시험장비는 크게 낙석 볼과 크레인, 초고속 카메라로 구성된다. 낙석 볼은 콘크리트 재질로 원형과 육면체의 중간형상으로 Fig. 1과 같이 제작하였으며, 낙석의 무게는 400kg, 단위 중량은 2.5t/m²이다. 실물 낙석시험은 크게 사면낙석시험, 펜듈럼시험, 론칭시험, 수직 낙하시험이 있으며, 본 연구에서는 낙석의 낙하속도 및 타격 위치 조정이 용이한 수직 낙하시험을 이용하여 시험을 수행하였다.
본 연구를 위해 수행된 실물낙석시험은 상지대학교 낙석 시험장에서 수행되었으며, 시험에 사용된 시험장비는 크게 낙석 볼과 크레인, 초고속 카메라로 구성된다. 낙석 볼은 콘크리트 재질로 원형과 육면체의 중간형상으로 Fig.

이론/모형

낙석의 충돌 후 망의 변위측정을 위하여 초고속 촬영이 가능한 캠코더로 촬영하였으며, 제품의 사양은 Table 2와 같다. 낙석방지망은 한국도로공사 표준도에 명시된 규격을 사용하였다(Ministry of Land Transport and maritime Affairs, 2009). PVC코팅망(KS D 7018VS2 56mm×56mm)을 사용하였고, 지주는 KS D 3030 용융 아연 알루미늄 마그네슘 합금 도금 강판으로 제작한 강재 각형강관으로 규격은 □200×100×4.
시험 후 변위량 δ=h/4와 시험을 통해 측정된 실제 변위 값과 비교 분석한다. 낙석방지망의 성능평가는 유럽 전역에서 수행되고 있는 성능평가 방법인 ETAG27의 규정을 따르고자 한다(Korea infrastructure safety corporation, 2013). 그러나 ETAG27은 낙석의 속도를 제어할 수 있는 시험장을 보유하고 있으나 국내에서는 수행하기 어려워 판정기준인 잔여 높이 70% 이상인 규정만을 따르고자 한다.
현재 국내에는 낙석방지시설을 평가할 수 있는 평가방법 및 구체적인 시험법 등이 제시되어 있지 않은 상황이다. 따라서, 국외에서 가장 널리 사용되고 있는 유럽의 규정 ETAG-27의 규정을 따르고자 한다. ETAG-27의 시험 종류로는 SEL 시험과 MEL 시험이 있다.

성능/효과

(1) 실물 낙석시험을 통해 400kg 낙석을 낙석방지망에 25kJ의 에너지로 낙하시킨 결과, 순간 최대변위는 1.339m이며 낙석 정지 후 최종변위는 1.26m가 발생하는 것으로 확인되었다.
(2) 실물 낙석시험을 통해 400kg 낙석을 낙석방지망에 30kJ의 에너지로 낙하시킨 결과, 순간 최대변위는 1.475m이며 낙석 정지 후 최종변위는 1.408m가 생기는 것을 인하였다.
(3) 철망의 흡수에너지 계산공식 중 변위량 δ에 의하면 철망의 흔들거림을 감안하여 h/4로 생각한다고 명시되어 있으나 지주간의 간격을 3m로 설치하여 실물낙석시험을 수행한 결과 25kJ의 경우 δ=h/4와 75%의 차이가 있으며, δ=h/2의 경우 11%의 차이가 나는 것을 확인하였고, 30kJ의 경우 δ=h/4와 103%의 차이, δ=h/2의 경우 1.7%의 차이가 나는 것을 확인하였다.
(4) 국토교통부지침서 낙석방지시설편 중 낙석 질량에 따른 철망의 장력을 확인하기 위해 실물낙석시험을 수행한 결과, 국외 허용 판정기준을 바탕으로 국내에서 사용 중인 PVC 코팅망의 흡수가능에너지는 30kJ 정도인 것으로 판단된다.
5초 사이의 낙석방지망의 최대변위 및 최종변위를 나타낸 그래프이다. 25kJ 시험의 경우 낙석이 충돌 후 최종변위까지 0.43초가 소요되었으며, 30kJ의 경우 0.48초가 소요되었다. 25kJ의 경우 낙석의 리바운드가 크게 발생하였고, 30kJ의 경우 낙석의 리바운드 발생에도 불구하고 낙석방지망의 변위는 다시 줄어들지 않는 형태를 확인하였다.
37m에서 낙하시켰다. 시험과정은 초고속 카메라로 촬영하였으며, 촬영 후 변위 값 분석 결과 망의 최대변위는 1.339m가 생기며 낙석 정지 후 최종변위는 1.26m가 생기는 것을 확인하였다. 실험조건 중 각형강관간의 거리는 3m이므로 변위량 δ=h/4=0.
65m에서 낙하시켰다. 시험과정은 초고속 카메라로 촬영하였으며, 촬영 후 변위 값 분석 결과 망의 최대변위는 1.475m가 생기며 낙석 정지 후 최종변위는 1.408m가 생기는 것을 확인하였다. 실험조건 중 각형강관간의 거리는 3m이므로 변위량δ=h/4=0.

후속연구

(5) 따라서, 이 결과는 본 연구에서 수행한 수직 낙하시험을 바탕으로 나온 변위 값이기 때문에 다양한 시험방법을 실시하고 분석하여 더 많은 연구가 필요할 것으로 사료된다.
시험을 통해 국토교통부 지침서 중 낙석방지시설편에 명시되어 있는 철망의 변위량(δ)의 적절성을 평가하고 국내 낙석의 평균 중량인 400kg 낙석 발생 시 변위량을 통해 철망의 흡수에너지를 검증하고자 한다. 그 결과, 향후 낙석방지망의 성능을 평가 혹은 새로운 낙석방지망 개발을 위한 중요한 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단하였다.
설계 시, 흡수에너지에 대한 설계가 우선되어야 하나 국내에는 흡수에너지를 평가할 수 있는 설계법과 시험법이 개발되어 있지 않다. 현재 절개면 혹은 낙석방지울타리에 설치되고 있는 낙석방지망은 대부분 PVC코팅망으로 저항할 수 있는 한계 에너지는 400kg 낙석 발생 시 약 28.9kJ로 명시되어 있으나, 지지능력을 발휘하지 못하는 사례가 발생함에 따라 더 높은 에너지를 흡수할 수 있는 낙석방지망에 관한 연구가 필요하다고 판단된다.

참고문헌 (3)

Korea infrastructure safety corporation (2013), Efficient design and application of slope protection facilities, pp. 93-94.
Ministry of Land (2008), Road safety Facility installation and management guideline for rockfall protection, pp. 1-71.
Ministry of Land Transport and maritime Affairs (2009), guideline for rockfall protection, pp. 4-11.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증