Most tunnel lining material which has been used in the domestic is a concrete. But many problems as the construction period, the cost, and the crack occurrence for the design, construction, and management were happened in the concrete lining. For this reason, many research institutes like the Korea ...
Most tunnel lining material which has been used in the domestic is a concrete. But many problems as the construction period, the cost, and the crack occurrence for the design, construction, and management were happened in the concrete lining. For this reason, many research institutes like the Korea Highway Corporation recognize the necessity of an alternate material development and grow on the interest for that. So in this study, the behaviour characteristics for the application of the Corrugated Steel Plate Lining in cut-and-cover tunnel are evaluated as several conditions for the backfill height, the cutting slope, and the relative density of backfill soil are changed. In addition, through using that conditions, CHBDC(2000, Canadian Highway Bridge Design Code) is evaluated if it could be applied to the design by comparing with the numerical analysis results. As the behaviour characteristics of the Corrugated Steel Plate Lining by CHBDC and the static numerical analysis are analyzed, both the methods show the same linear increases of the compressive stress according to the increase of the backfill height. The CHBDC of the dead load condition has very similar tendency by comparing with the result of the static numerical analysis.
Most tunnel lining material which has been used in the domestic is a concrete. But many problems as the construction period, the cost, and the crack occurrence for the design, construction, and management were happened in the concrete lining. For this reason, many research institutes like the Korea Highway Corporation recognize the necessity of an alternate material development and grow on the interest for that. So in this study, the behaviour characteristics for the application of the Corrugated Steel Plate Lining in cut-and-cover tunnel are evaluated as several conditions for the backfill height, the cutting slope, and the relative density of backfill soil are changed. In addition, through using that conditions, CHBDC(2000, Canadian Highway Bridge Design Code) is evaluated if it could be applied to the design by comparing with the numerical analysis results. As the behaviour characteristics of the Corrugated Steel Plate Lining by CHBDC and the static numerical analysis are analyzed, both the methods show the same linear increases of the compressive stress according to the increase of the backfill height. The CHBDC of the dead load condition has very similar tendency by comparing with the result of the static numerical analysis.
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제안 방법
0D)까지 되메움 토사를 시공하였을 경우에 대한 거동 특성을 분석하였다. 개착사면의 경사는 1:0.0, 1:0.6, 1:1.6인 경우에 대하여 해석기법 평가를 수행하였다.
개착식 터널에서 파형강판 라이닝의 해석기법을 평가하기 위하여 본 논문에서는 고속도로 2차로 산악터널의 개착구간에 적용되는 단면을 기준으로 하였다. 이를 위하여 개착터널의 토피고와 개착사면의 경사 등의 조건을 다음과 같이 선정하였다.
구조물에 작용하는 하중을 산정하기 위한 기본 입력치는 표 6과 같으며, 본 연구에서는 하중을 재하시키기 위하여 토피고를 0.0D(= 1.5m), 0.5D(= 6.0m) 및 1.0D(= 12.0m)까지 변화시키면서 구조물에 하중을 작용시켰다. 이와 같이 토피고를 선정한 이유는 일반적인 고속도로터널의 경우 터널 직경(D)의 1.
국내외적으로 장스팬 파형강판의 설계에 가장 많이 사용하고 있는 CHBDC(2000)의 방법과 유한요소해석을 수행하여 파형강판 라이닝의 해석법으로서 CHBDC(2000)의 적용성을 평가한 결과를 요약하여 정리하면 다음과 같다.
0D의 범위를 갖기 때문이다. 또한, 뒷채움 흙의 상대다짐도는 90%~95%이며, 이에 해당하는 뒷채움 흙의 할선탄성계수는 12.0MPa의 조건에 대해서 계산하였다. 본 조건에 해당하는 뒷채움 흙의 단위중량은 표 5에서의 Duncan 모델에 의하여 2.
본 연구에서는 국내.외의 뒷채움 흙 선정 기준과 다짐규정에 의거하여 표 5에 나타낸 것과 같은 선형매개변수를 갖는 Duncan의 쌍곡선모델의 분류에 따른 모델 중에서 “지중강판구조물 설계 및 시공지침(한국도로공사 2001)”에서 제시된 다짐도 95%의 GW, GP, SW, SP에 해당하는 재료로 모델링 하였다.
위와 같은 조건들을 이용하여 CHBDC에서 적용하는 안정성 검토 방법과 유한요소해석(해석프로그램 CANDE89)에 의한 해석결과를 비교, 검토 하였으며, 이를 토대로 국내에서 파형강판을 개착식 터널 라이닝으로 적용하였을 경우 기존에 준용해오던 CHBDC에 의한 해석기법을 평가하고자 하였다.
일반적인 산악 도로터널의 개착구간의 토피고는 터널직경(D)의 1.0배(1.0D) 정도이며 이러한 조건들을 모사하기 위하여 파형강판 구조물의 최소 토피고(본 논문에서는 편의상 0.0D라고 칭하였음)까지 되메움 토사를 시공하였을 경우, 터널 직경의 0.5배(0.5D) 되는 위치까지 되메움 토사를 시공하였을 경우, 터널 직경의 1.0배(1.0D)까지 되메움 토사를 시공하였을 경우에 대한 거동 특성을 분석하였다. 개착사면의 경사는 1:0.
파형강판 라이닝의 정적 안정성 및 거동특성을 분석하고자 다음의 그림 6과 같은 흙-구조물합성 구조계의 유한요소 망을 이용하였으며, 현장 조건의 시공과정을 모사하기 위하여 표 7과같이 총 24단계의 성토단계로 모델링 하였다.
대상 데이터
CHBDC에 의한 파형강판에 작용하는 압축력을 계산하기 위해 본 연구에서 적용한 파형강판 단면은 직경 12m의 반원 아치형이며, 본 단면에서 구조물의 형상 값은 그림 5를 참조하여 구하면 다음의 표 3과 같이 Dh와 Dv는 12.0m이며 곡률반경(R)과 정점부에서의 곡률반경(Rc)은 6.0m이다. 또한 파형강판 구조물의 단면 물성치로는 탄성계수(E)는 2.
0m이다. 또한 파형강판 구조물의 단면 물성치로는 탄성계수(E)는 2.1x107kgf/cm2, 항복강도(fy)는 285MPa (2, 906kgf/cm2), 메인강판과 보강강판의 두께(t) 7.01mm를 적용하였으며, 국내 시방에서는 지중에 설치되는 파형강판에 대한 강도 감소계수에 대한 규정이 없으므로 표 4의 CHBHC를 이용하였다.
본 논문에서는 두께 7.01mm의 대골형 파형강판을 사용하였다.
본 연구에서 그림 2의 파형강판 라이닝을 적용하기 위한 터널 단면은 그림 3에서 보는 바와 같이 직경이 12m인 반원형 아치형으로서 고속도로 2차로 도로터널을 기준으로 하였다.
구조물의 축강성을 증대시키기 위해서 두 파형강판 사이의 공간을 콘크리트로 채운다. 여기서 본 구조체 파형강판의 2피치를 둘러싸도록 보강 파형강판을 설치하며, 이렇게 보강되는 파형강판의 중심간격은 762mm, 1143mm, 1524mm의 3가지 종류로 구분된다. 이러한 EC 합성보강재를 설치함으로서 파형강판 구조물의 지간을 약 20m 내외로 확장할 수 있으며, 시공되는 토피고 범위에 대한 제약을 극복할 수 있다.
이론/모형
본 논문에서는 강재 부분과 콘크리트 부분을 모두 엄밀히 고려하여 도심축을 결정하는 전유효 단면 법에 의해 계산된 단면계수를 사용하였으며 계산된 등가단면의 성질은 표 2와 같다.
0MPa의 조건에 대해서 계산하였다. 본 조건에 해당하는 뒷채움 흙의 단위중량은 표 5에서의 Duncan 모델에 의하여 2.24tonf/m3(21.97kN/m3)을 적용시켰다. 0.
파형 강판 지 중구조물의해석 방법 으로는 CHBDC(2000, Canadian Highway Bridge Design Code), AASHTO 도로교표준시방서의 허용응력설계법과 강도설계법(1996) 및 LRFD설계법(1998), AISI의 간편법(1994), 일본지반공학회 매뉴얼(1997) 등의 방법이 있으나, 본 논문에서는 국내외에서 장스팬 파형강판 지중구조물에서 일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 CHBDC(2000)의 해석방법을 이용하였으며 동일 조건의 유한요소해석을 수행하여 해석법에 대한 평가를 수행하였다.
성능/효과
(1) CHBDC(2000)와 유한요소해석에 의한 파형강판 라이닝의 거동 특성을 분석한 결과, 두 가지 방법 모두 토피고 증가에 따라 압축응력과 이음부압력은 선형적으로 증가하는 동일한 경향을 나타났다.
(2) CHBDC(2000)와 유한요소해석 결과를 비교한 결과 매우 유사한 경향을 나타냈으며 원지반 굴착경사가 완만해질수록 두 가지 방법으로 구한 결과는 거의 일치하는 결과를 보였다. 이는 CHBDC(2000)가 굴착경사를 고려하지 못하기 때문인 것으로 판단되며, 원지반 굴착경사를 고려한 수치해석적인 방법보다는 CHBDC(2000)의 방법이 다소 보수적인 값을 나타냈으므로 경제적인 설계를 요할 때에는 수치해석적인 방법에 대한 안정성 평가가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
CHBDC에 의해 계산된 압축응력과 수치해석(CANDE 89)에 의해 계산된 압축응력을 비교한 결과 CHBDC에 의해 계산된 결과가 수치해석 결과에 비해 다소 보수적인 값을 나타냈다(그림 7 참조). 토피고가 증가함에 따라 CHBDC와 수치해석 결과의 차이는 점점 증가하는 추세를 나타냈으나 굴착경사가 완만해짐에 따라서 두 가지 방법에 의해 구한 압축응력은 거의 유사한 것으로 나타났다.
참조). 토피고가 증가함에 따라 CHBDC와 수치해석 결과의 차이는 점점 증가하는 추세를 나타냈으나 굴착경사가 완만해짐에 따라서 두 가지 방법에 의해 구한 압축응력은 거의 유사한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 CHBDC 규정이 굴착경사를 고려하지 못함에 기인한 것으로 판단되며, 굴착경사를 갖는 일반적인 개착식 터널에서 CHBDC에 의해 파형강판 라이닝을 설계한다면 보수적인 설계가 될 것으로 판단된다.
후속연구
(3) 본 논문의 연구범위는 뒷채움에 의한 사하중의 영향만을 고려하여 CHBDC(2000)를 평가하였으므로 향후 설계에 이용할 경우 내진설계에 대한 평가가 이루어져야 할 것이다.
이러한 결과는 CHBDC 규정이 굴착경사를 고려하지 못함에 기인한 것으로 판단되며, 굴착경사를 갖는 일반적인 개착식 터널에서 CHBDC에 의해 파형강판 라이닝을 설계한다면 보수적인 설계가 될 것으로 판단된다. 따라서 경제적인 설계를 위해서는 원지반의 굴착경사를 고려한 수치해석을 수행하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
이는 CHBDC(2000)가 굴착경사를 고려하지 못하기 때문인 것으로 판단되며, 원지반 굴착경사를 고려한 수치해석적인 방법보다는 CHBDC(2000)의 방법이 다소 보수적인 값을 나타냈으므로 경제적인 설계를 요할 때에는 수치해석적인 방법에 대한 안정성 평가가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
토피고가 증가함에 따라 CHBDC와 수치해석 결과의 차이는 점점 증가하는 추세를 나타냈으나 굴착경사가 완만해짐에 따라서 두 가지 방법에 의해 구한 압축응력은 거의 유사한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 CHBDC 규정이 굴착경사를 고려하지 못함에 기인한 것으로 판단되며, 굴착경사를 갖는 일반적인 개착식 터널에서 CHBDC에 의해 파형강판 라이닝을 설계한다면 보수적인 설계가 될 것으로 판단된다. 따라서 경제적인 설계를 위해서는 원지반의 굴착경사를 고려한 수치해석을 수행하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
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