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가설 설정
- 따라서, 지중-강판 교량은 사하중과 활 하중을 고려하여 강판에 작용하는 축력을 산정한 후 이를 강판의 좌굴 강 도 및 이음부 강도와 비교하여 구조적인 안정성을 검토하는 순서로 설계된다. 설계축력은 강판에 균둥 한 축력이 작용한다는 가정하에 환 압축력 이론(ring compression theory)에 의하여 산정한다. 실제적으 로 강판에 균등한 축력이 발생할 수는 없으므로 축력분포의 불균등으로 인하여 모멘트가 발생하게 된다.
제안 방법
- 이러한 지중-강판 교량의 하중 지지 거동을 파악하고 구조적 안정성 올 평가하기 위하여 현재 시공 중인 지중-강판 교량에서 계측 올 수행하였다. 교량 중앙 단면의 7개 지점에 설치한 변형율 게이지 계측 결과로부터 뒷채움 단계에 따라 강판에 작용하는 최대 축력 및 모멘트를 산정하였으며 이 값들을 여러 설계기준에서 예측하는 축력 및 모멘트와 비교하여 현 설계법의 적용성을 검토하였고 아울러, 뒷채움 시공 중인 지중-강판 교량의 안정성을 분석하였다.
- 교량의 조립이 완료된 후 그림 4.와 같이 중앙 단면의 7개 지점에 변형율 게이지를 설치하고 이를 뒷 채움 단계에 따라 계측하였다. 각 지점에서 변형율 게이지는 그림 5와 같이 파형의 봉우리, 골, 그리고 중간지점에 설치하였으며 온도에 의한 영향을 배제하기 위하여 온도 보상 게이지도 설치하였다.
- 뒷채움 재료는 사질토와 보 조기충용 선택재인 SB-1 급 재료를 사용하였고 규정에 따라 1층의 두께를 30cm로 하여 상대 다짐도 95% 이상이 되도록 다짐하였다. 구조물의 인접부는 다짐장비(lOton 롤러)를 주행시키기 어려워 Iton 롤러를 이용하여 인력 다짐 올 실시하였고 사질토를 이용한 경우에는 물 다짐도 병행하였다.
- 뒷채움 시공 중인 원형 지중-강판 교량에서 강판에 작용하는 축력과 모멘트를 계측하여 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이 지중-강판 교량은 연성 구조물로서 뒷채움 지반과의 상호작용에 의해 상부에 작용하는 하중을 지지하는데 그 지지기구를 아직 정확하게 이해하지 못하고 있다. 이러한 지중-강판 교량의 하중 지지 거동을 파악하고 구조적 안정성 올 평가하기 위하여 현재 시공 중인 지중-강판 교량에서 계측 올 수행하였다. 교량 중앙 단면의 7개 지점에 설치한 변형율 게이지 계측 결과로부터 뒷채움 단계에 따라 강판에 작용하는 최대 축력 및 모멘트를 산정하였으며 이 값들을 여러 설계기준에서 예측하는 축력 및 모멘트와 비교하여 현 설계법의 적용성을 검토하였고 아울러, 뒷채움 시공 중인 지중-강판 교량의 안정성을 분석하였다.
대상 데이터
- 25m인 원형 구조물이다.(그림 1.) 교량은 두께 5mm인 파형강판 올 볼트를 이용하여 조립한 것으로 교량의 토피고는 LOm이다. 교량은 실트와 점토가 혼합된 연약지반 위에 시공되어 깊이 L5m를 발파석으로 치환한 후 그 위에 베딩을 형성하고 강판을 조립하였다.
- 계측된 지중-강판 교량은 서해안 고속도로 김제 IC 구간에 시공된 직경 6.25m인 원형 구조물이다.(그림 1.
- 지중-강판 교량은 뒷채움 흙과의 상호작용에 의하여 하중을 지지하므로 뒷채움 시공이 매우 중요하므로 양질의 재료를 규정된 범위안에 규정된 기준에 따라 뒷채움하여야 한다. 뒷채움 재료는 사질토와 보 조기충용 선택재인 SB-1 급 재료를 사용하였고 규정에 따라 1층의 두께를 30cm로 하여 상대 다짐도 95% 이상이 되도록 다짐하였다. 구조물의 인접부는 다짐장비(lOton 롤러)를 주행시키기 어려워 Iton 롤러를 이용하여 인력 다짐 올 실시하였고 사질토를 이용한 경우에는 물 다짐도 병행하였다.
이론/모형
- 과 같이 등가적인 빔으로 가정하여 도시한 응력 다 이아그램으로부터 산정한다. 하지만, 계측된 응력 다이아그램은 선형적인 관계를 나타내지 않으므로 Bakht(1981)와 Beal(1982)올 참조하여 다음의 두 가지 방법을 이용하여 산정하였다.
성능/효과
- 1) 강판에 작용하는 축력은 최종 높이까지 성토하였을 때 최대값을 나타내었으며, 모멘트는 구조물의 어 깨 부까지 성토하였올 가장 큰 값을 나타내어, 최대 모멘트는 뒷채움 시공 중에 발생함을 확인하였다. 최대 축력과 최대 모멘트는 모두 교량의 최상단부에서 측정되었다.
- 2) 뒷채움 도중 구조물 상부 아치의 솟음변형을 억제하기 위하여 교량 어깨 부에 트랜치를 형성하고 상부에 미리 성토한 결과, 축력분포가 균등해졌으며, 또한 강판에 작용하는 모멘트도 감소하였다.
- 3) 여러 설계기준에 의한 최대 축력들은 계측된 최대 축력의 0.48~0.79배로 산정되었고 CBHDC(1998) 에 의한 최대 모멘트는 성토 중인 경우 계측된 최대 모멘트의 0.60~0.87배, 성토 후인 경우 계측된 최대 모멘트의 0.39~0.57배로 산정되었다. 여러 설계기준에 의하여 산정된 최대 축력 중 CHBDCU998) 에 의한 축력이 계측된 최대 축력에 가장 근접한 값을 보였다.
- 4) 측정된 강판 내의 최대 축력은 파형강판 좌굴 강도의 17-44%, 최대 모멘트는 강판 소성 모멘트 강도의 21~46%에 머물러, 시공한 지중-강판 교량은 구조적으로 안정한 것으로 판단되었다.
- 그림에서 실선과 점선은 각각 방법1과 방 법2에 의하여 산정한 분포도를 나타내고 값을 표기할 때 가로가 없는 것과 있는 것은 각각 방법1과 방 법2를 통하여 산정한 값을 나타낸다. 각 그림에서 축력은 대체적으로 성토 높이가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보여 최대 축력은 최종 성토고까지 성토되었을 때 나타났으나 최대 모멘트는 교량의 어깨 부 분까지(성토 높이: 5.5m) 성토되었올 때 나타나 최대 모멘트는 뒷채움 시공 중에 발생함 올 알 수 있었다. 현재 각 설계기준 중 CHBDC(1998)만이 모멘트를 고려하여 시공 중의 안정성을 평가를 하는 절차를 제시하고 있는데 계측된 최대 모멘트의 변화양상은 이러한 설계 절차의 타당성을 입증하고 있다.
- 에 나타나 있다. 계측된 최대 모멘트는 파형강판 소성 모멘트 강도의 0.21 ~0.46배로 나타나 소성힌지는 발생하지 않을 것으로 판단된다.
- 는 뒷채움 시공 중 나타난 최대 축력과 여러가지 설계기준에 의거한 좌굴 강도들의 비교를 나타내고 있다. 계측된 최대 축력은 각 설계기준에 의한 좌굴 강도의 0.17~0.44배로 나타나 본 지중-강판 교량은 좌굴에 대하여 안정할 것으로 판단된다.
- 과 같은 솟음변형 방지 법 올 적용하였다. 그 결과 그림 10.(/에 나타난 바와 같이 상당히 균등한 축력분포를 얻을 수 있었고 강판에 작용하는 모멘트도 감소하였는데 특히, 최상단에서는 모멘트가 거의 0으로 되고 어깨 부분에서는 모멘트가 (+)로 증가하여 솟음변형 억제 효과를 확인할 수 있었다. 그림 10.
- 57배로 산정되었다. 여러 설계기준에 의하여 산정된 최대 축력 중 CHBDCU998) 에 의한 축력이 계측된 최대 축력에 가장 근접한 값을 보였다.
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