[논문]국내 적용사례 분석을 통한 고강도 강관버팀보의 현장 적용성 평가

나승민

국내 적용사례 분석을 통한 고강도 강관버팀보의 현장 적용성 평가
High Strength Steel Pipe Strut Field Applicability Evaluation through case studies of Domestic Constuction Projects 원문보기

한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회, 2010 Sept. 09, 2010년, pp.457 - 464

나승민 (포항산업과학연구원, 강건재연구실)

Abstract ▼ AI-Helper

Ever since the introduction of high strength steel pipe strut(POSTRUT) in 2008, there has been over 50 applications domestically. The merits of construction period reduction and cost savings have been well reported abroad in countries such as America, Europe and China but ever in domestic projects or ground condidtions. 25 actual construction projects were investigated and statistically analyzed to evaluate the quantitative effects of POSTRUT. Also the construction projects along with the cautions that should be taken and the structural behavior differences between POSTRUT and H-section struts are briefly described in this paper.

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 이렇게 국내에 적용되고 있는 고강도 강관버팀보에 대한 현재까지의 적용사례들을 분석하여 실질적인 시공중 발생한 문제점 및 주의사항들과 현장별 공기절감효과 및 공사비절감효과에 대해서 조사하고 이를 통계분석하여 향후 적용검토시 참고할 수 있도록 정량적인 기술자료를 도출하였다.
본 논문에서는 최근 2년반 동안에 국내에 시공완료된 고강도 강관버팀보 현장들을 조사하여 정량적인 공사기간 절감 효과와 강재량 절감 효과를 살펴보았다. 공사기간 절감 효과의 경우에는 대체적으로 굴착면적, 최대 굴착깊이, 버팀보 최대 길이가 커질수록 절감효과가 커지는 것을 확인할 수 있었으며 평균적으로 약 20%의 공기절감이 가능한 것을 확인할 수 있었다.

제안 방법

고강도 강관버팀보의 구조적 거동특성을 분석하기 위하여 H형강 버팀보와 비교할 수 있는 순수 압축 실험을 수행하였다. 시험체의 길이는, 고강도 강관버팀보의 경우 중간말뚝간의 거리를 감안하여 1000톤 UTM에서의 최대 길이인 6.
공사비 절감 효과에 대한 분석은 강재가격이 최근 2년간 많은 변동이 있었으므로 공사비 단가 기준보다는 강재량 절감 효과로 수정하여 분석하였다. 강재량 절감 효과는 가장 작은 경우 25%에서 클 경우에는 50% 수준까지 나타났다.
현장적용이 완료된 50여개 현장중에서 H형강으로 원설계 되었다가 고강도 강관버팀보로 설계변경된 25개의 사례에 대해서 공사기간 단축 및 공사비 절감 효과에 대해서 분석하였다. 인천 청라지구 지하차도, 포항공대 철강대학원의 2건에 대해서는 타 사례와 규모면에서 너무 큰 차이가 나타나 통계분석 편의상 생략하였으며 대부분의 사례는 건축물 가시설공사에 해당된다.

대상 데이터

또한 지속적으로 사용되어야 하는 임대시장 제품의 특성인 표준화를 위하여 92개소의 설계적용 사례를 분석하였으며 이는 국내 지반조건에서 가장 보편적으로 발생하는 하중조합이라고 할 수 있다. 도출된 하중조합에 대한 통계분석을 수행하여 최종적으로 지름 406.4mm의 두께 7mm 및 12mm로 표준화였으며 7mm의 경우에는 단일 버팀보, 12mm의 경우에는 더블 버팀보 규격에 대응하기 위한 사양이다. 구조적 성능이나 단면효율 측면에서는 고강도 강관버팀보가 H형강 대비 유리한 구조라고 할 수 있으나 폐단면과 개단면의 차이로 인하여 접합부에서는 상대적으로 불리한 구조가 된다.
소재측면에서 경쟁력을 갖추기 위해서는 590MPa급의 고강도 강관 소재를 적용하여 일반강도 대비 약 20%의 재료비 절감효과를 확보할 수 있었다. 또한 지속적으로 사용되어야 하는 임대시장 제품의 특성인 표준화를 위하여 92개소의 설계적용 사례를 분석하였으며 이는 국내 지반조건에서 가장 보편적으로 발생하는 하중조합이라고 할 수 있다. 도출된 하중조합에 대한 통계분석을 수행하여 최종적으로 지름 406.
고강도 강관버팀보의 구조적 거동특성을 분석하기 위하여 H형강 버팀보와 비교할 수 있는 순수 압축 실험을 수행하였다. 시험체의 길이는, 고강도 강관버팀보의 경우 중간말뚝간의 거리를 감안하여 1000톤 UTM에서의 최대 길이인 6.284m로 설정하고 H형강의 경우에는 브레이싱재 평균 간격인 2.831m로 상대 적으로 짧은 길이에서 실험을 수행하였다. 실험결과 최대하중 및 이때의 최대 수직변위는 모두 고강도 강관이 H형강 보다 큰 것을 확인할 수 있었다.

성능/효과

통계분석에 사용된 인자는 굴착면적, 최대 굴착깊이, 버팀보 최대길이(굴착폭)이며 각 경우별 기초통계량은 다음 그림 4와 같다. 각 경우의 기초통계량을 정리하면 굴착면적의 경우 평균 1733.3㎡, 표준편차 1,101, 최대값 4,116㎡이며 최대 굴착깊이의 경우 평균 14.2m, 표준편차 4.97, 최대값 22.8m이며, 버팀보 최대길이의 경우 평균 27.9m, 표준편차 12.3, 최대값 57m이다.
강재량 절감 효과는 가장 작은 경우 25%에서 클 경우에는 50% 수준까지 나타났다. 강재량 절감 효과 또한 공기 절감 효과와 유사하게 각 인자별 유의성이 작은 것으로 나타났으며 기초통계량을 살펴보면 평균 35%, 표준편차 0.06, 최대값 50%, 최소값 25%로 나타났다. 이러한 경향은 대상 현장의 대부분이 건축물 가시설 현장이기 때문이며 결국은 복잡한 평면 형상일수록 효과가 적으며 단순한 평면형상일수록 그 효과가 커 평면형상이 공기절감 효과에 가장 큰 원인이 된다고 볼 수 있다.
결국 각 인자별 민감도가 적으므로 25개 현장에 대한 기초통계량을 정리하면 평균 24.8일, 표준편차 10.1, 최대값 50일로 나타났으며 일반적으로 4개월 이하의 건축물 가시설 공사에서는 평균 약 25일의 공기절감효과를 얻을 수 있는 것으로 나타나 평균 약 20%의 공기 절감이 가능한 것으로 나타났다.
본 논문에서는 최근 2년반 동안에 국내에 시공완료된 고강도 강관버팀보 현장들을 조사하여 정량적인 공사기간 절감 효과와 강재량 절감 효과를 살펴보았다. 공사기간 절감 효과의 경우에는 대체적으로 굴착면적, 최대 굴착깊이, 버팀보 최대 길이가 커질수록 절감효과가 커지는 것을 확인할 수 있었으며 평균적으로 약 20%의 공기절감이 가능한 것을 확인할 수 있었다. 반면에 강재량 절감 효과는 굴착면적, 최대 굴착깊이, 버팀보 최대 길이가 커질수록 대체적으로 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
더불어 최근 개발되어 다양한 현장에 적용되고 있는 고강도 강관버팀보(POSTRUT)의 경우에는 강관 소재를 590MPa급의 고강도를 사용함으로써 보다 효율적인 단면성능 활용이 가능하다. 기존 H형강 버팀보와 동일한 벽체/띠장 사양 및 버팀보 수직/수평 간격에서 고강도 강관버팀보를 적용할 경우에는 상대적으로 낮은 응력수준에서 동일 성능을 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 일부 수직/수평 간격의 증가를 수행하더라도 구조적인 측면에서 발생하는 응력증가는 별로 없다는 것을 의미한다.
공사기간 절감 효과의 경우에는 대체적으로 굴착면적, 최대 굴착깊이, 버팀보 최대 길이가 커질수록 절감효과가 커지는 것을 확인할 수 있었으며 평균적으로 약 20%의 공기절감이 가능한 것을 확인할 수 있었다. 반면에 강재량 절감 효과는 굴착면적, 최대 굴착깊이, 버팀보 최대 길이가 커질수록 대체적으로 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 통계적 유의성은 확인할 수 없는 수준의 경향이며 이는 실제 가시설 평면형상에 따른 복잡한 정도가 강재량에 가장 큰 영향을 미치는 것을 의미한다.
실제로 중간말뚝을 생략해서 단본으로 시공되는 굴착폭 10~15m의 경우에서 가장 큰 50%의 강재량 절감효과를 얻을 수 있었다. 반면에 굴착면적이 크고 평면형상이 복잡한 경우에는 대체적으로 30% 수준의 강재량 절감 효과를 얻을 수 있는 것으로 판단되었으며 지하차도와 같이 일정 길이로 동일단면이 지속되는 단순한 평면에서는 약 40%의 강재량 절감이 가능한 것으로 나타났다. 강재량 40%는 H형강과 고강도 강관의 단가에 따라 상이하지만 대략 20%의 공사비 절감이 가능한 수준을 의미한다.
강관버팀보를 국내에 도입하기 위해서 가장 많은 고민이 되었던 부분은 국내 버팀보를 이용한 가시설 구조물 및 지반의 특성을 파악하여 경쟁력을 확보하는 것이였다. 소재측면에서 경쟁력을 갖추기 위해서는 590MPa급의 고강도 강관 소재를 적용하여 일반강도 대비 약 20%의 재료비 절감효과를 확보할 수 있었다. 또한 지속적으로 사용되어야 하는 임대시장 제품의 특성인 표준화를 위하여 92개소의 설계적용 사례를 분석하였으며 이는 국내 지반조건에서 가장 보편적으로 발생하는 하중조합이라고 할 수 있다.
고강도 강관의 경우에는 초기 기울기가 상대적으로 낮으며 최대하중시의 수직변위가 40mm로써 H형강의 10mm에 4배 정도 변위가 더 발생하는 것을 확인할 수 있었으며 이는 고강도 강관의 두께 또는 H형강의 강도와 상관없이 유사한 경향을 나타냈었다. 실질적으로 고강도 강관버팀보의 실 적용현장에서는 이와같이 버팀보에서 수평변위가 발생한 것을 육안으로 확인할 수 있었으며 이러한 변위가 발생했을 경우에는 대응할 수 있는 시간을 고강도 강관버팀보가 확보해주는 것을 경험할 수 있었다.
831m로 상대 적으로 짧은 길이에서 실험을 수행하였다. 실험결과 최대하중 및 이때의 최대 수직변위는 모두 고강도 강관이 H형강 보다 큰 것을 확인할 수 있었다. 이러한 거동 차이의 원인은 H형강의 이방향성에서 찾을 수 있다.
인천 청라지구 지하차도, 포항공대 철강대학원의 2건에 대해서는 타 사례와 규모면에서 너무 큰 차이가 나타나 통계분석 편의상 생략하였으며 대부분의 사례는 건축물 가시설공사에 해당된다. 참고로 연장 1.9km의 인천 청라지구 지하차도 경우에는 굴착면적 57,000㎡, 최대 굴착심도 20m, 버팀보 최대길이 28m로 공사기간을 약 6개월 단축할 수 있었으며 기존 H형강과 브레이싱의 6,600톤을 고강도 강관 3,500톤으로 약 41%의 강재량을 절감할 수 있었다. 이는 약 20% 수준의 공사비 절감을 의미한다.

후속연구

해외에서는 보편화되어 있는 강관버팀보 기술을 국내에 적합하고 경쟁력 확보가 가능한 형태로 개발된 고강도 강관버팀보는 지속적인 현장적용이 되고 있으므로 향후 보다 많은 자료를 갖고 정밀 분석해 보면 보다 정확한 효과를 분석할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 시장 초기 도입기였던 최근 사례들을 위주로 살펴보아도 공사기간 20%의 단축과 공사비 약 15%의 절감이 가능한 것으로 조사되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	강관 버팀보가 H형강 버팀보보다 유리한 점은 무엇인가?	강관 버팀보가 기존의 국내에서 사용되는 H형강 버팀보 보다 유리한 점은 그 단면 형상에서 가장 근본적인 이유를 찾을 수 있다. H형강은 강축과 약축으로 구분되는 이방향성을 갖는 단면구조인 반면에 강관의 경우에는 방향성이 없다. 이로 인하여 버팀보 설계시 약축을 보강하기 위해서 설치되는 수직/수평 브레이싱재가 생략이 가능하다. 더불어 최근 개발되어 다양한 현장에 적용되고 있는 고강도 강관버팀보(POSTRUT)의 경우에는 강관 소재를 590MPa급의 고강도를 사용함으로써 보다 효율적인 단면성능 활용이 가능하다.
	POSTRUT의 강관 소재 강도는?	이로 인하여 버팀보 설계시 약축을 보강하기 위해서 설치되는 수직/수평 브레이싱재가 생략이 가능하다. 더불어 최근 개발되어 다양한 현장에 적용되고 있는 고강도 강관버팀보(POSTRUT)의 경우에는 강관 소재를 590MPa급의 고강도를 사용함으로써 보다 효율적인 단면성능 활용이 가능하다. 기존 H형강 버팀보와 동일한 벽체/띠장 사양 및 버팀보 수직/수평 간격에서 고강도 강관버팀보를 적용할 경우에는 상대적으로 낮은 응력수준에서 동일 성능을 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
	고강도 강관버팀보 현장들을 조사하여 정량적인 공사기간 절감 효과와 강재량 절감 효과를 연구한 결과는?	본 논문에서는 최근 2년반 동안에 국내에 시공완료된 고강도 강관버팀보 현장들을 조사하여 정량적인 공사기간 절감 효과와 강재량 절감 효과를 살펴보았다. 공사기간 절감 효과의 경우에는 대체적으로 굴착면적, 최대 굴착깊이, 버팀보 최대 길이가 커질수록 절감효과가 커지는 것을 확인할 수 있었으며 평균적으로 약 20%의 공기절감이 가능한 것을 확인할 수 있었다. 반면에 강재량 절감 효과는 굴착면적, 최대 굴착깊이, 버팀보 최대 길이가 커질수록 대체적으로 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 통계적 유의성은 확인할 수 없는 수준의 경향이며 이는 실제 가시설 평면형상에 따른 복잡한 정도가 강재량에 가장 큰 영향을 미치는 것을 의미한다. 전반적으로는 25%~50%의 강재량 절감 효과를 얻을 수 있으므로 공사비 차원에서는 5%~30% 수준의 경제성이 확보 가능한 것으로 판단된다. 해외에서는 보편화되어 있는 강관버팀보 기술을 국내에 적합하고 경쟁력 확보가 가능한 형태로 개발된 고강도 강관버팀보는 지속적인 현장적용이 되고 있으므로 향후 보다 많은 자료를 갖고 정밀 분석해 보면 보다 정확한 효과를 분석할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 시장 초기 도입기였던 최근 사례들을 위주로 살펴보아도 공사기간 20%의 단축과 공사비 약 15%의 절감이 가능한 것으로 조사되었다. 이는 해외에서 일반적으로 알려진 공기 30% 수준과 공사비 20% 수준에는 못 미치나 대구경 강관과 강성벽체를 사용하는 해외의 일반적인 적용형태와 비교할 때 재활용과 수익성 측면에서 상대적으로 더 경쟁력이 있다고 할 수 있다.

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].

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