[논문]100 kJ 낙석에너지 흡수가 가능한 유연성 와이어로프 낙석방지울타리 성능검증

손정익; 신용철; 김정우; 문형범; 이경수

doi:10.9720/kseg.2022.4.499

초록
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본 연구에서는 ETAG 027에서 제시하는 수직낙하실험법을 이용하여 100 kJ 낙석에너지를 포획할 수 있는 유연성 와이어로 낙석방지울타리에 대한 성능검증을 실시하였다. 유연성 와이어로프는 스프링과 와이어로프로 구성된 탄성력 증진 로프로서 와이어로프보다 탄성늘음이 향상되어 낙석과 와이어로프와의 접촉시간을 인위적으로 증가시켜 낙석 충격력 경감효과를 유발하고 낙석에너지 흡수효과 또한 향상시켰다. 9.8 kN의 콘크리트 공시체를 낙석방지울타리 상단 10.5 m 높이에서 자유낙하시켜 102.9 kJ의 낙석에너지를 낙석방지울타리에 가한 후 지주거동을 분석한 결과, 지주는 소성비틀림이 발생하였으며 탄성회복 후 최종변형량은 1.15 m로 ETAG 027에서 제시하는 기준인 2.0 m 이하의 결과가 제시되어 유연성 와이어로프 낙석방지울타리는 102.9 kJ의 낙석에너지를 성공적으로 흡수 가능한 것으로 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a vertical drop test was carried out to identify the performance of flexible wire rope rockfall protection fence by 100 kJ rockfall energy according to ETAG 027. The flexible wire rope, which consists of wire rope and spring. is especially enhanced the elasticity and flexibility so th...

In this study, a vertical drop test was carried out to identify the performance of flexible wire rope rockfall protection fence by 100 kJ rockfall energy according to ETAG 027. The flexible wire rope, which consists of wire rope and spring. is especially enhanced the elasticity and flexibility so that it can be longer elongated when the rope is impacted by rockfall compared to original wire rope, and that results longer increase of contact time between rockfall and wire rope and increase rockfall energy absorption capability and decreases rockfall impact force. The test results shows that the plastic deformation occurred in middle post and the final deflection of the middle post was 1.15 m, which is lower than 2.0 m determined by ETAG 027. This vertical test verified the flexible wire rope rockfall protection fence can successfully absorb 102.9 kJ rockfall energy.

Keyword

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Location of impact at MEL and shape of the block for rockfall barrier test in ETAG027.
그림 Fig. 2. Performance criteria of rockfall protection fence.
그림 Fig. 3. Standard drawing in Korea highway road.
표 Table 1. Rockfall protection fence standard of Korea highway road
그림 Fig. 4. Rockfall energy absorption mechanism of rockfall protection fence.
그림 Fig. 5. Flexible wire rope.
그림 Fig. 6. Length change of flexible wire rope due to rockfall impact force.
그림 Fig. 7. Load-displacement curve.
그림 Fig. 8. Flexible wire rope fence for vertical drop test.
그림 Fig. 9. Concrete block for the vertical drop test.
그림 Fig. 10. Vertical drop test process for rockfall prottection fence.
그림 Fig. 11. Characteristics of flexible wire rope deformation due to 102.9kJ rockfall energy (side view).
그림 Fig. 12. Characteristics of flexible wire rope deformation due to 102.9kJ rockfall energy (front view).
그림 Fig. 13. Deformation and damage condition of flexible wire rope after vertical drop test.
표 Table 2. Experimental result of deformation post and wire rope deformation due to 102.9kJ rockfall energy

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 낙석방지시설의 일종인 낙석방지울타리에 대한 연구로 와이어로프에 대한 성능개선을 바탕으로 와이어로프와 낙석의 접촉시간을 인위적으로 증가시키는 방법을 채택하였다.
본 연구에서는 와이어로프의 탄성늘음을 극대화하기 위하여 구간별로 와이어로프 사이에 유연성 와이어로프를 설치하여 낙석 충격력을 감소시키는 방안을 검토하였다. Fig.
낙석방지울타리에 작용하는 낙석 충격력은 낙석중량, 낙석속도와 비례하며 낙석방지울타리에 설치된 와이어로프와 낙석의 접촉시간과는 반비례한다. 따라서 본 연구에서는 와이어로프의 유연성을 향상시킨 유연성 와이어로프를 낙석방지울타리에 적용하여 100 kJ 낙석에너지 작용 시 거동을 분석하여 울타리의 성능을 평가하였다. 한국도로공사에서 제안하는 낙석방지울타리는 50 kJ의 낙석에너지를 흡수하도록 제안되었으나 유연성 낙석방지울타리는 지주 규격이 동일하고 와이어로프는 직경이 16.

제안 방법

3은 한국도로공사에서 고속도로변에 널리 시공하고 있는 50 kJ 낙석에너지 흡수가 가능한 낙석방지울타리 주요 부재 규격 및 상세도면으로 중간지주는 높이 2.5 m의 150 × 75 × 5.0 × 7.0 규격의 H 형강(SS275)을 3.0 m 간격, 단부지주는 높이 2.5 m의 150 × 150 (두께 4.5 mm) 규격의 각형강관(SS275)을 사용하며 와이어로프는 파단하중이 183 kN 이상인 직경 20.0 mm 와이어로프를 끊김 없이 양쪽 단부지주에 연결하도록 제안하고 있다.
낙석방지울타리는 기초가 강결형태로 지반 또는 콘크리트 구근에 고정되므로 실증실험 시 동일한 거동을 모사하기 위하여 지주 아래구간을 400 × 400 × 13 × 21 규격의 H 형강(SS275)에 용접, 볼팅하여 거동을 구속하였다.
10은 낙석방지울타리 성능검증을 위한 실험준비과정으로 아이볼트를 낙석방지울타리 단부에 설치한 후 지주를 크레인을 이용하여 400 × 400 × 13 × 21 규격의 H 형강으로 구성된 시험틀에 고정한 뒤 유연성 와이어로프를 포함하는 와이어로프를 지주에 연결하고 와이어로프 상단에 철망을 설치하였다

대상 데이터

3의 한국도로공사 낙석방지울타리 표준도와 동일하게 중간지주는 150 × 75 × 5 × 7 규격의 H 형강(SS275), 단부지주는 150 × 150 (두께 4.5 mm) 규격의 각형강관(SS275)을 사용하였으며 높이는 2.5 m로 설계하였다
5 m로 설계하였다. 유연성 와이어로프(스프링상수: 134 kN/m)는 콘크리트 공시체가 낙하할 중간지주 중앙부위에 종방향으로 4개소 설치하였으며 단부지주 끝에는 지주에 작용하는 휨응력을 경감시키기 위하여 추가적으로 스스프링상수 476 kN/m의 스프링을 설치하였다. 낙석방지울타리는 기초가 강결형태로 지반 또는 콘크리트 구근에 고정되므로 실증실험 시 동일한 거동을 모사하기 위하여 지주 아래구간을 400 × 400 × 13 × 21 규격의 H 형강(SS275)에 용접, 볼팅하여 거동을 구속하였다.

성능/효과

12는 유연성 낙석방지울타리에 102.9 kJ (9.8 kN × 10.5 m = 102.9 kN ‧ m = 102.9 kJ)의 운동에너지가 작용한 직후부터 낙석방지울타리 거동이 완전히 종료된 시점(실험 시작 후 5분 뒤)까지 고속카메라에 촬영된 영상을 시간순서대로 나타낸 것으로서 콘크리트 공시체가 유연성 와이어로프에 도달함과 동시에 유연성 와이어로프는 공시체 낙하방향으로 처짐이 발생하였고 이에 따라 유연성 와이어로프에 설치된 스프링은 압축작용이 발생하는 것으로 나타났다
실험종료 후 낙석방지울타리에 대한 육안조사 결과 콘크리트 공시체가 낙하한 지점의 철망에서 일부 찢김이 발생하였으나 낙석 충격력이 직접적으로 작용한 유연성 와이어로프를 포함하는 와이어로프 전 구간에서 어떠한 손상도 확인되지 않았다.
따라서 본 연구에서는 와이어로프의 유연성을 향상시킨 유연성 와이어로프를 낙석방지울타리에 적용하여 100 kJ 낙석에너지 작용 시 거동을 분석하여 울타리의 성능을 평가하였다. 한국도로공사에서 제안하는 낙석방지울타리는 50 kJ의 낙석에너지를 흡수하도록 제안되었으나 유연성 낙석방지울타리는 지주 규격이 동일하고 와이어로프는 직경이 16.0 mm로 기존 20.0 mm보다 감소하였으나 유연성이 향상하여 낙석에너지를 효과적으로 흡수함과 동시에 충격력은 경감시켜 중간지주 최종처짐량은 1.15 m로 ETAG 027에서 제시하는 기준인 1.50 m 이하의 결과가 제시되어 성공적으로 102.9 kJ의 낙석에너지를 흡수 가능한 것으로 나타났다.

참고문헌 (9)

EOTA, 2008, Guideline for European technical approval of falling protection kits, ETAG 027, European Organization for Technical Approvals.
Jin, H.W., Hwang, Y.C., 2020, Field test for absorption energy and displacement of rockfall protection net, Journal of the Korean Geo-Environmental Society, 21(12), 17-21 (in Korean with English abstract).

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Jin, H.W., Hwang, Y.C., 2022, A study on test method for performance evaluation of rockfall protection Fence (post), Journal of the Korean Geo-Environmental Society, 23(2), 5-12 (in Korean with English abstract).
KFS (Korea Forest Service), 2022, For five month long journey of the forest service landslide prevention support headquarters in 2022, Retrieved from https://www.korea.kr/news/pressReleaseView.do?newsId156532253.
Kim, K.D., Ko, M.G., Kim, D.S., Moon, B.G., 2015, Performance assessment for rockfall protection systems I: Performance assessment criteria, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 35(1), 63-76 (in Korean with English abstract).

원문보기 상세보기
Koo, H.B., Park, H.J., Paik, Y.S., 2001, Characteristics and energy absorbing capacity for rockfall protection fence from in-situ rockfall tests, Journal of the Korean Geotechnical Society, 17(6), 111-121 (in Korean with English abstract).
MCTG (Ministry of Construction and Transportation Guide), 2000, Road safety facility installation and management guidelines, rockfall protection fence facility (in Korean).
MLIT (Ministry of Land, Infrastructure and Transport), 2015, Rules about the road structure and facilities standards (in Korean).
MLTM (Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs), 2008, Installation and management guidelines of road safety facilities - rockfall fence (in Korean).

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