초록 ▼

본 연구의 목표는 지하 철근콘크리트 박스 구조물의 시공중 각 단계에 있어서 균열의 발생원인 및 발생기구를 연구분석하고 지하 박스구조물의 균열제어를 위한 실험변수를 선정하기 위하여 사전정밀 해석을 수행한다. 또한 균열발생과 균열제어
를 위한 포괄적인 모형실험을 수행하며 실제 지하 박스 구조물의 현장 시험시공을 통하여 균열제어기법을 검증하여 궁극적으로 실용적인 균열의 제어 및 저감기법을 개발하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목표를 위하여 먼저 박스구조물의 구조 형식별 균열형태를 조사하고 이에 관한 균열원인을 분석하였다. 분석

본 연구의 목표는 지하 철근콘크리트 박스 구조물의 시공중 각 단계에 있어서 균열의 발생원인 및 발생기구를 연구분석하고 지하 박스구조물의 균열제어를 위한 실험변수를 선정하기 위하여 사전정밀 해석을 수행한다. 또한 균열발생과 균열제어
를 위한 포괄적인 모형실험을 수행하며 실제 지하 박스 구조물의 현장 시험시공을 통하여 균열제어기법을 검증하여 궁극적으로 실용적인 균열의 제어 및 저감기법을 개발하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목표를 위하여 먼저 박스구조물의 구조 형식별 균열형태를 조사하고 이에 관한 균열원인을 분석하였다. 분석된 원인에 기초하여 박스구조물의 시공 중 균열을 발생시킬 수 있는 기구에 대하여 재료적 요인과 시공적 요인의 관점에서 고찰하였다.
분석된 기구를 이론적으로 규명할 수 있도록 콘크리트의 시간에 따른 수화발열 특성 및 초기재령에서의 콘크리트 역학적 거동 등 재료적 특성을 수학적으로 합리적으로 모델링하였으며 실제 지하 박스구조물에서 발생하는 매스콘크리트의 온도 균열을 해석적으로 접근하기 위하여 필요한 이론적 연구와 해석을 수행하였다.
지하 박스구조물의 균열제어를 위한 실험을 수행하기 위하여 균열 발생에 관련된 각 변수에 대하여 지하 박스구조물의 3차원 수화열 해석 및 응력해석을 수행하였다. 또한 수행된 해석 결과에 따라 각 변수의 영향을 분석하였고 분석된 결과에 기초하여 균열제어를 위한 실험변수를 설정하였다.
시공요인과 재료 요인에 따른 균열발생 및 균열제어를 위하여 타설길이, 배력 철근량, 균열유발줄눈 등 다양한 실험변수에 포함하는 현장시험체를 제작하여 각부재에 대하여 온도, 변형, 응력, 균열을 계측하였으며 이로부터 균열 제어에 관련된 주요 변수의 영향을 분석하였다.
현장모형시험 결과에서 도출된 변수로부터 실제 지하 박스 구조물의 현장시험 시공을 통하여 균열제어 기법을 검증하였다. 실제 현장 시험시공에서는 균열에 관련된 변수에 대한 계측이 이루어졌으며 각 변수별 균열제어 효과를 분석하였다.
지하 박스 구조물에서 발생할 수 있는 균열과 박스 구조물의 내구성과의 관계를 각종 문헌자료의 분석을 통하여 규명하였다. 균열폭 및 깊이에 따른 구조물에 미치는 내구성에 대한 영향을 분석하였으며 내구성 유지 및 확보를 위한 제어 기준을 도출하였다.
지하 철근 콘크리트 박스 구조물의 시공 중 발생할 수 있는 온도 균열에 대하여 설계, 재료, 배합, 시공의 관점에서 제어계획을 수립하고 온도해석 및 응력해석을 통하여 내구성을 고려한 허용균열폭을 설정하여 지하 철근 콘크리트 박스 구조물의 종합적인 균열제어 지침서를 작성하였다.
상기에서 서술한 본 연구의 내용 및 범위를 요약하여 서술하면 아래와 같다.
(1) 지하박스 구조물의 균열형태 조사 및 균열발생 관계분석
(2) 시공 중 균열발생 기구 분석
(3) 시멘트의 수화반응 및 콘크리트의 수화열특성 분석
(4) 지하박스 콘크리트 구조물의 3차원 수화열 및 열응력 해석 이론 정립
(5) 균열제어 관련 변수에 따른 지하박스 구조물의 3차원 온도 및 열응력 해석
(6) 해석 관련 변수의 영향 분석
(7) 균열거동 기본 모형실험
(8) 현장시험체 제작 및 측정과 분석
(9) 현장 시험 시공을 통한 균열제어 기법 검증
(10) 균열과 지하 박스 구조물의 내구성과의 관계
(11) 일반 지하 철근 콘크리트 박스 구조물의 온도 균열 제어 지침 작성

Abstract ▼

The contents and scope of this study are summarized as follows.
(1) Inspection of crack patterns and analysis of crack characteristics for various types of RC box structures
(2) Analysis of causes and mechanisms of crack occurrence according to construction stages
(3) Analysis of hydration

The contents and scope of this study are summarized as follows.
(1) Inspection of crack patterns and analysis of crack characteristics for various types of RC box structures
(2) Analysis of causes and mechanisms of crack occurrence according to construction stages
(3) Analysis of hydration process and thermal characteristics in massive concrete
(4) Theoretical formulation for three dimensional analyses of hydration heat and stresses in RC box structures
(5) Identification of important influencing variables for crack control of RC box structures
(6) Tests of RC members to identify the cracking behavior
(7) Influence of cracks on durability of concrete structures
(8) Guideline for crack control techniques in the construction of underground RC box structures.

목차 Contents

• 표지...1
• 제 출 문...2
• 요 약 문...3
• SUMMARY...9
• 목 차...13
• 제 1 장 서 론 및 국내외 기술 개발 현황...53
• 제 1 절 연구 목적 및 필요성...53
• 제 2 절 연구의 내용 및 범위...54
• 제 3 절 국내외 기술개발 현황...56
• 1. 국내 기술동향...56
• 2. 국외 기술동향...58
• 3. 본 연구진의 지하 박스 구조물 관련 연구개발현황...62
• 4. 기술동향 분석 결론...62
• 제 2 장 박스구조물의 구조형식별 균열형태 조사 및 균열발생 관계 분석...63
• 제 1 절 개 요...63
• 제 2 절 박스구조물의 균열의 유형별 원인 분석...63
• 1. 지하 박스 구조물...63
• 2. 암거구조물...71
• 제 3 절 박스구조물의 구조형식별 균열형상 조사분석...77
• 1. 1련 박스구조물...77
• 2. 2련 박스구조물 ...80
• 3. 지하차도 박스 구조물...83
• 4. 암거구조물...86
• 5. 수로박스 구조물...89
• 6. 시공현황(2련박스 구조물)...93
• 제 4 절 박스구조물의 유형과 균열발생과의 관계 분석...94
• 제 3 장 지하박스 구조물의 시공 중 균열 발생기구...95
• 제 1 절 개 요...95
• 제 2 절 수화열에 의한 온도균열 발생 기구...97
• 1. 개 요...97
• 2. 내부구속에 의한 응력...99
• 3. 외부구속에 의한 응력...101
• 제 3 절 수화열에 의한 온도응력 발생에 영향을 미치는 인자...103
• 1. 개 요...103
• 2. 온도상승량이 온도응력에 미치는 영향...103
• 3. 구속도가 온도응력에 미치는 영향...105
• 4. 콘크리트의 역학적 특성이 온도응력에 미치는 영향...113
• 5. 타설온도의 영향...129
• 6. 콘크리트 구성성분의 영향...129
• 제 4 절 시멘트의 수화반응...131
• 1. 수화도...131
• 2. 수화발열량...132
• 3. 시멘트의 종류에 따른 수화반응...133
• 4. 수화반응에 영향을 미치는 인자 ...145
• 5. 양생온도의 수화반응에 대한 영향 ...147
• 6. 수화발열의 콘크리트 미세구조에 대한 영향...147
• 제 5 절 온도예측을 위한 수학적 모델...148
• 1. 수화발열과정 이론...148
• 2. 저발열 시멘트의 수화반응 및 수화열...153
• 3. 콘크리트의 단열상승곡선...156
• 4. 콘크리트의 수화정도(degree of hydration) 모델링...161
• 5. 시멘트의 종류에 따른 단열온도 상승 곡선...161
• 6. 반죽온도(치기온도) 및 단위시멘트량에 따른 단열온도특성...164
• 제 6 절 콘크리트의 열특성...167
• 1. 열팽창계수(Coefficient of thermal expansion)...167
• 2. 열전도율(Conductivity)...168
• 3. 비열(Specific heat)...169
• 4. 열전달율(Diffusivity)...169
• 제 7 절 콘크리트의 초기성능 예측 및 평가...170
• 1. 개 요...170
• 2. 콘크리트의 초기성능 예측을 위한 성숙도 이론...171
• 3. 기존 연구에 의한 콘크리트의 탄성계수 평가...179
• 4. 매스 콘크리트의 초기성능 평가 및 예측기법...181
• 제 4 장 지하 박스구조물의 3차원 수화열 해석 및 응력 해석...185
• 제 1 절 열전달 기구의 기본이론...185
• 1. 전도(Conduction)...185
• 2. 대 류(convection)...187
• 3. 복 사(radiation)...188
• 제 2 절 열전도 지배방정식의 유도...189
• 1. 전도에 의해 전달되는 에너지...191
• 2. 에너지 발생률...192
• 3. 내부에너지의 증가율...192
• 4. 열전도 편미분 방정식...193
• 제 3 절 공간영역에서 유한요소 정식화...194
• 1. 개요...194
• 2. 경계조건...194
• 3. 유한요소의 정식화...196
• 제 4 절 시간영역에서 유한차분화...200
• 1. 1단계법 (One step method)...201
• 2. 2단계법 (Two time recurrence scheme)...202
• 제 5 절 지배방정식의 유도...204
• 제 6 절 유한요소의 정식화...206
• 제 7 절 콘크리트의 시간에 따른 거동...209
• 1. 개요...210
• 2. 크리프 및 건조수축 변형도...211
• 3. 크리프 변형의 수치적 모델링...214
• 4. 크리프 및 건조수축 모델...220
• 제 8 절 초기재령에서 크리프 모델링...231
• 1. 크리프 진행에 대한 고체화 이론...231
• 2. 고체화 이론에 기초한 컴플라이언스 함수...235
• 3. 고체화 이론의 장점...237
• 4. 콘크리트 크리프의 수치해석 방법...239
• 5. 초기재령 콘크리트의 크리프 컴플라이언스의 수정...246
• 제 9 절 초기재령에서 건조수축 모델링...247
• 1. 개요...247
• 2. 공극 재료내의 수분이동...249
• 3. 재령에 따른 수분전달계수...250
• 4. 재령에 따른 흡착등온선과 수분 용량...254
• 5. 고성능 콘크리트의 자기건조...259
• 6. 콘크리트의 내부 습도와 수축변형량...265
• 제 5 장 영향변수 설정을 위한 지하 철근콘크리트 박스 구조물의 수화열 및 열응력 해석...266
• 제 1 절 개 요...266
• 제 2 절 구조물의 제원 및 해석모델...268
• 제 3 절 재료특성에 따른 영향분석...271
• 1. 해석 개요...271
• 2. 온도해석 결과...273
• 3. 응력해석 결과...276
• 제 4 절 시공요인에 의한 영향 분석 결과...278
• 1. 개 요...278
• 2. 타설두께에 따른 영향 분석...279
• 3. 타설높이에 따른 영향 분석...286
• 4. 타설길이에 따른 영향 분석...288
• 5. 타설시간간격에 따른 영향 분석(바닥슬래브 및 1단 벽체)...290
• 6. 타설시간간격에 따른 영향 분석(1단 벽체 및 2단 벽체)...296
• 7. 타설순서에 따른 영향 분석...303
• 제 5 절 외부 구속도에 따른 영향 분석...310
• 제 6 장 콘크리트 구조물의 시공중 수화열과 응력 및 균열거동 기본실험...312
• 제 1 절 개 요...312
• 제 2 절 실험변수 및 실험계획...312
• 제 3 절 실험체의 설계 및 제작...313
• 제 4 절 온도 및 변형, 응력의 계측...319
• 1. 계측의 목적...319
• 2. 계측에 의한 온도 및 열응력의 예측기법...320
• 3. 온도 및 응력 계측결과...326
• 제 5 절 시험체의 실험값과 해석값의 비교...335
• 제 7 장 균열발생 및 균열제어 시험...341
• 제 1 절 시 험 목 적 및 내용...341
• 제 2 절 시험변수 및 시험계획...341
• 1. 모형 실험 개요...341
• 2. 시험 변수...346
• 3. 시험계획...348
• 제 3 절 시험체의 설계 및 제작...350
• 1. 시험체의 전체적 특징...350
• 2. 부재별 타설 길이 특징...351
• 3. 부재별 온도 철근배근 상세특징...352
• 4. 균열유발 줄눈에 따른 시험체의 형상...354
• 5. 시공이음 특징...356
• 제 4 절 온도, 변형 및 응력의 계측 계획...357
• 1. 부재 1의 계측 계획...358
• 2. 부재 2의 계측 계획...360
• 3. 부재 3의 계측 계획...360
• 4. 부재 4의 계측 계획...361
• 5. 부재 5의 계측 계획...362
• 6. 부재 6의 계측 계획...363
• 제 5 절 온도 및 응력 계측결과...364
• 1. 온도 계측 결과...364
• 2. 철근 변형 계측 결과...371
• 3. 표면부 콘크리트 변형 계측 결과...383
• 4. 중심부 콘크리트 변형 및 응력 계측 결과...390
• 5. 실험 부재의 균열 발생 상태 조사...400
• 6. 부재의 계측결과 및 해석결과 비교...403
• 제 8 장 현장 시험시공을 통한 균열 제어 기법 검증...407
• 제 1 절 시험시공의 목적...407
• 제 2 절 시험시공의 내용...407
• 제 3 절 시험시공 후 수화열 측정결과 ...409
• 1. 지하 4층 벽체구조물의 수화열 측정결과...409
• 2. 지하 3층 벽체구조물의 수화열 측정...410
• 제 4 절 균열 발생 조사...411
• 제 5 절 균열유발줄눈의 효과...412
• 제 6 절 수화열 및 열응력 해석...414
• 1. 수화열 및 열응력해석...414
• 3. 벽체 해석결과의 비교분석...417
• 제 9 장 균열과 구조물의 내구성과의 관계규명...421
• 제 1 절 균열이 염소이온의 침투와 중성화에 미치는 영향...421
• 1. 균열이 염소이온의 침투에 미치는 영향...421
• 2. 균열이 콘크리트의 중성화에 미치는 영향...423
• 제 2 절 균열과 철근부식과의 관계...426
• 1. 균열이 철근부식에 미치는 영향...426
• 2. 피복의 두께에 따른 철근부식에 대한 영향...430
• 제 3 절 균열폭과 깊이에 따른 내구성 영향 분석...433
• 1. 균열에 의한 중성화와 염소이온 침투깊이의 영향...433
• 2. 균열과 철근부식 관계...438
• 제 4 절 내구성유지 및 확보를 위한 균열폭과 피복두께 규정...445
• 1. 개요...445
• 2. 균열 폭과 피복두께에 대한 각국의 규정...446
• 제 10 장 결론 및 향후 연구 방향...454
• 제 11 장 연구개발목표 달성도 및 대외 기여도...458
• 제 12 장 연구개발 결과의 활용계획...460
• 제 13 장 참 고 문 헌...462
• 지하 철근콘크리트 박스구조물의 시공중 균열제어 지침(안)...472
• 부 록...559
• 수화열 및 열응력 해석 프로그램 매뉴얼...582