프리캐스트 터널 Liner의 리브보강 형상변화에 따른 역학적 거동 특성

이규필,이성원,황재홍,Lee, Gyu-Phil,Lee, Seong-Won,Hwang, Jae-Hong 한국터널지하공간학회 2009 한국터널지하공간학회논문집 Vol.11 No.3

프리캐스트 세그먼트를 이용한 개착식 터널구조물의 설계 및 시공은 고성토 또는 광폭터널 조건에서는 시공성 및 구조적 안정성 등과 같은 단점 때문에 그 활용이 제한적이다. 따라서 시공성 및 품질관리 등 측면에서 유리한 프리캐스트 세그먼트를 이용한 개착식 터널구조물의 시공이 가장 효과적인 대안이라 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 수치해석기법을 이용하여 기존 3분절 리브 보강형 프리캐스트 세그먼트를 이용한 터널구조물 시공기술의 문제점 분석하였으며, 대형 정적하 중재하 실험을 통하여 개선된 리브 보강형 프리캐스트 세그먼트 구조물의 역학적 거동 특성을 분석하였다. 개선된 러브 보강형 프리캐스트 세그먼트 구조물의 극한하중은 기존 리브 보강 프리캐스트 세그먼트 구조물 대비 리브 보강단면은 55% 감소하였으나, 구조적 성능은 약 3% 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 리브 보강에 의한 터널구조물 내공단면 축소를 최소화 및 구조물의 하중지지 효과를 크게 향상된 것으로 나타났다. Due to the limitation of construction efficiency and structural safety, the application of the high covering and wide width tunnels was limited prior to the introduction of precast rut and cover tunnels. Therefore, a cut and cover tunnel structure with rib reinforcement is proposed to mechanically improve the safety on condition of high covering and wide width tunnel. Therefore, a technical problem that can provide a response similar to the actual filling conditions is analyzed by the finite element analyses, moreover, the mechanical behaviour of developed rib-reinforced precast tunnel liner through a large-sized model test will be investigated. The ultimate load of the developed rib-reinforced precast tunnel liner shows a 3% reduction compared to existing rib-reinforced precast tunnel liner, especially, the section of rib-reinforcement decreased to 55% compared to it of existing. Therefore, the stability of tunnel structure can be significantly improved through the developed rib-reinforced precast segment.

프리캐스트 세그먼트를 이용한 조립식 수로암거구조물의 역학적 거동 특성

이규필,황재홍,신휴성,홍세균,Lee, Gyu-Phil,Hwang, Jae-Hong,Shin, Hyu-Sung,Hong, Se-Kyun 한국터널지하공간학회 2010 한국터널지하공간학회논문집 Vol.12 No.2

암거구조물의 특성상 암거 표준도가 제정되어 실무에 활용되고 있다. 그러나 이는 암거구조물의 설계 및 시공성을 향상시킬 수 있으나, 다양한 현장조건에 부합하는 단면형상의 선정에 제약조건으로 작용하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 프리캐스트 세그먼트 조립을 통하여 다양한 형상의 암거구조물 시공이 가능한 현장 대응형 암거구조물 설계 및 시공기술을 개발하였다. 조립식 수로암거구조물의 구조적 특성상 프리캐스트 세그먼트의 연결부가 고정 또는 내부힌지 거동 여부에 따라 부재의 두께, 철근량 등이 변화하게 되며, 이는 시공성 및 경제성에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 세그먼트 연결부의 합리적인 모델링 기법 제시를 위하여 현장실험 및 수치해석을 수행하였다. 현장실험 및 수치 해석 분석 결과, 몰타르 충진식 슬라브를 이용한 슬라브, 벽체, 기초판 프리캐스트 세그먼트는 연결시공을 통하여 조립식 수로암거구조물은 일체화된 구조물로 거동하는 것으로 나타났다. Due to the characteristic of culvert structure, the standard section of the culvert has been established and applied in field. However, this becomes a limitation in selecting a section design corresponding to various field conditions although it can improve the design and applicability of culvert structure. In order to overcome this limitation, we have developed the design and application technology of culvert structure corresponding to the field conditions that various shapes of culvert structure can be covered by assembly of precast segments. Because the structural characteristics of assembling-type waterway culvert structure, the thickness of structure and amount of reinforcing rods can vary according to the fixation or internal hinge status in the connection part of precast segments. This has a strong influence on the applicability and economic efficiency of culvert structure. Accordingly, in order to suggest a reasonable modeling technique of segment connection parts, this study has conducted the field experiment and numerical analysis. According to the results of field experiment and numerical analysis, the slab, wall and base slab with mortar splice sleeves have shown that the assembling-type of waterway culvert structure behaves like an integrated structure.

경계조건 변화에 의해 발생한 축력을 고려한 세그먼트 라이닝의 균열하중 분석

이규필,배규진,장수호,강태성,최순욱,Lee, Gyu-Phil,Bae, Gyu-Jin,Kang, Tae-Sung,Chang, Soo-Ho,Choi, Soon-wook 한국터널지하공간학회 2014 한국터널지하공간학회논문집 Vol.16 No.2

세그먼트 설계시, 축력과 휨모멘트가 주로 고려되는 하중이다. 두개의 하중에서 축력이 모멘트 보다 상대적으로 매우 크기 때문에 전단면이 압축상태에 있으며, 이는 균열 폭을 줄이는 효과가 있다. 그러나 콘크리트 구조물의 사용성 검토에서 축력은 고려하지 않고 있기 때문에 설계는 사용성에 지배되고, 사용성을 만족시키기 위하여 소요 철근량을 증가시키게 된다. 본 논문에서는 축력이 세그먼트의 사용성에 미치는 영향을 시험과 단면해석을 통하여 분석하였다. 세그먼트에 대한 시험을 수행하였으며, 초기균열저항성능에 대하여 고찰하였다. 분석결과 사용성 분석에서 축력을 고려함으로서 더욱 합리적인 설계가 가능한 것을 확인할 수 있었다. In the design of tunnel segment structure, axial and moment forces are considered as significant forces. Since axial force is much greater than moment force, the whole section of segment remains in compression. Therefore crack width can be reduced. But the axial force is not considered in criteria for serviceability check. This fact leads service condition more severe compared to ultimate condition and makes the required steel reinforcement increase to meet the serviceability criteria. In this study, the effect of axial force on serviceability of tunnel segment is evaluated, experimentally and analytically. Mock-up tests on segments with actual size were performed and investigated in terms of initial crack resistance. The evaluation proves that more comprehensive design could be achieved when the axial force is considered in the procedure for the serviceability check in design of tunnel segment.

강섬유 보강 콘크리트의 전자파 차폐효과

이규필,장수호,최순욱,배규진,박영택,Lee, Gyu-Phil,Chang, Soo-Ho,Choi, Soon-Wook,Bae, Gyu-Jin,Park, Young-Taek 한국터널지하공간학회 2015 한국터널지하공간학회논문집 Vol.17 No.2

전력구 방식의 지중 송전선로 시공시 TBM 공법이 널리 적용되고 있으며, 세그먼트의 구조적 특징에 따라 강섬유 보강 콘크리트를 이용한 세그먼트의 개발과 사용이 크게 증가하는 추세이다. 그러나 최근 지중 송전선로 구간에서의 전자파 유해성에 대한 문제가 대두되고 있으며, 세그먼트 제작시 투입되는 강섬유의 영향으로 콘크리트의 전기전도성 등이 변화되고, 이로 인하여 더 많은 전자파가 지상에서 계측될 수 있다는 우려가 야기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 강섬유 보강 유무 및 사용량 변화조건에 따른 전자파의 차폐효과를 분석하기 위하여, 3가지 조건에 대한 실험체를 제작하여 관련 실험을 수행하였으며, 실험결과 강섬유 보강콘크리트와 전자파 발생 상관관계는 없는 것으로 나타났다. As TBM construction method is widely applied to construct underground transmission lines, increasing attention has been drawn to SFRC(steel fiber reinforced concrete) segment with respect to structural characteristics. Health hazards of electromagnetic wave which the underground transmission lines emit has emerged, and there is a concern that electromagnetic wave can be amplified because a segment characteristic such as electrical conductivity is changed by steel fibers. In order to analyze correlation between steel fiber dosage and electromagnetic wave, the specimens were fabricated on three conditions to perform experimental tests. From the measured data, it is proven that there is no correlation between the electromagnetic wave and steel fiber reinforced concrete.

계면특성을 고려한 FRP와 콘크리트 복합부재의 역학적 거동특성 분석 연구

이규필,박영택,황재홍,김동규,Lee, Gyu-Phil,Park, Young-Taek,Hwang, Jae-Hong,Kim, Dong-Gyou 한국터널지하공간학회 2012 한국터널지하공간학회논문집 Vol.14 No.6

강재의 강지적인 사용으로 인한 부식 등과 같은 문제점을 보완할 수 있는 대체 재료로서, 섬유강화 복합재료의 활용이 증대되고 있다. 하지만 일반적으로 선형의 섬유강화 복합재료를 아치형인 터널구조물의 부재로서 활용하는 데는 많은 문제점이 대두된다. 본 연구에서는 FRP 복합부재의 거동특성 파악을 위해 FRP와 콘크리트 합성부재에 대한 하중재하 실험을 수행하였다. 또한 역학적 거동분석을 위하여 동일 조건에 대한 수치해석을 수행하였다. 하중재하 실험 및 수치해석결과, FRP와 콘크리트 계면특성을 고려하는 것이 보다 합리적인 해석방법인 것으로 나타났다. Utilization of fiber reinforced polymer(FRP) material has been increased to solve construction material problems such as corrosion, etc. However, there are still many problems in using a linear-shaped FRP material for a tunnel structure with curved section. In this study, the loading tests were performed on the curved FRP-concrete composite material to evaluate its behavior as tunnel support. These tests were based on the result from preliminary numerical analysis on FRP-concrete composite material. Also, additional numerical analysis considering interface characteristics between FRP and cement-concrete was conducted to compare the result of loading test on FRP-concrete composite material. From the results of the loading test and numerical analysis, the analysis method suggested from this study is reasonable to evaluate the mechanical behavior of FRP-concrete composite material.

곡면 FRP 패널 부재 연속시공을 위한 연결부 화학적 접합 특성에 관한 연구

이규필,신휴성,정우태,Lee, Gyu-Phil,Shin, Hyu-Soung,Jung, Woo-Tai 한국터널지하공간학회 2012 한국터널지하공간학회논문집 Vol.14 No.1

곡면 FRP 패널 부재는 생산방식 및 생산설비 등의 제한으로 일정한 폭을 갖는 제품으로 생산되며, 이러한 곡면 FRP 부재를 이용하여 제작 공장 또는 현장에서 FRP 부재간 연결을 통한 연속 시공으로 목적대상 구조물을 시공할 수 있다. FRP 부재간 연결방법은 크게 화학적 연결, 기계적 연결, 그리고 복합적인 연결방법 등이 있으며, 이 가운데 접착용 수지를 이용한 화학적 연결이 가장 보편적으로 적용되고 있다. 따라서 FRP 부재의 연결부 최적화설계를 위하여 표면처리 조건 및 접착제 종류 등을 매개변수로 직접전단 시험을 수행하였다. 시험결과 sand paper를 이용한 연마 또는 sand blasting으로 FRP 부재 표면 처리 조건 및 에폭시 또는 아크릴계 접착제가 가장 효과적인 접합방식인 것으로 나타났다. A curved fiber reinforced polymer (FRP) panel is produced with a certain width depending on allowances of manufacturing processes and facilities. An targeted arch-shaped structure could be built by sequential connection of series of the FRP panels. The connection manner between the FRP panels could be given by chemical treatment, mechanical treatment and hybrid method. Among those, the connection between the panels by chemical treatment is commonly adopted. Therefore, For an optimized design of the connected part between FRP pannels, a number of direct shear tests have been undertaken in terms of a number of parameters: surface treatment conditions, bonding materials, etc.. As results, surface grinding condition by sand paper or surface treatment by sand blasting appear properly acceptable methods, and epoxy and acryl resins are shown to be effective bonding materials for the purpose in this study.

리브 보강 프리캐스트 터널 Liner의 역학적 거동 특성

이규필,이성원,신휴성,황재홍,Lee, Gyu-Phil,Lee, Sung-Won,Shiin, Hyu-Soung,Hwang, Jae-Hong 한국터널지하공간학회 2008 한국터널지하공간학회논문집 Vol.10 No.3

콘크리트 현장타설 개착식 터널구조물의 문제점을 해결하기 위하여, 시공성 및 품질관리 등 측면에서 유리한 프리캐스트 세그먼트를 이용한 개착식 터널구조물의 시공이 가장 효과적인 대안이라 할 수 있다. 그러나 프리캐스트 세그먼트를 이용한 개착식 터널구조물의 설계 및 시공은 고성토 또는 광폭터널 조건에서는 시공성 및 구조적 안정성 등과 같은 단점 때문에 그 활용이 제한적이다. 따라서, 본 연구에서는 프리캐스트 세그먼트를 이용한 개착식 터널구조물의 구조적 안정성 및 시공성 향상을 위하여, 리브 보강 프리캐스트 아치를 이용한 개착시 터널구조물을 개발하였으며, 대형 정적하중재하 실험을 통하여 리브보강에 의한 프리캐스트 아치 터널구조물의 역학적 거동 특성을 분석하였다 프리캐스트 세그먼트의 리브 보강 효과로 천단부에 균열이 발생하는 하중은 약 1.7배, 구조물의 극한하중은 약 3.3배 증가하는 등 리브 보강효과를 통하여 프리캐스트 세그먼트를 이용한 개착식 터널구조물의 구조적 안정성을 크게 향상시켰다. Due to the limitation of construction efficiency and structural safety, the application of the high covering and wide width tunnels was limited prior to the introduction of precast cut and cover tunnels. Therefore, a cut and cover tunnel structure with rib reinforcement is proposed to mechanically improve the safety on condition of high covering and wide width tunnel. In this study, large-scale experiments are carried out to examine the mechanical behavior of the cut and cover tunnel structure with rib reinforcement under static load condition. Based on the results obtained from this study, the ultimate load of tunnel structure increases to about 3.3 times by rib reinforcement. Consequently, safety of tunnel structure increases compared to non-installed cases due to confining crown part by rib reinforcement.

터널 라이닝 구조체로서 활용을 위한 곡면 FRP-콘크리트 복합부재의 역학적 거동특성 분석 연구

이규필,신휴성,김승한,Lee, Gyu-Phil,Shin, Hyu-Soung,Kim, Seung-Han 한국터널지하공간학회 2011 한국터널지하공간학회논문집 Vol.13 No.2

최근 장기 부식 등 일반적인 건설재료의 문제점을 보완할 수 있는 대체 재료로서, 섬유강화 복합재료의 활용이 증대되고 있다. 하지만 일반적으로 선형의 섬유강화 복합재료를 아치형인 터널구조물의 부재로서 활용하는 데는 많은 문제점이 대두된다. 본 연구에서는 FRP 복합부재의 거동특성 파악을 위한 수치해석적 사전검토 연구를 토대로, 터널 지보구조물로서 활용성 분석을 위한 FRP와 콘크리트 합성부재에 대한 하중재하 실험을 수행하였다. 또한 역학적 거동분석을 위하여 동일 조건에 대한 수치해석을 수행하였다. 하중재하 실험 및 수치해석결과, FRP와 콘크리트 합성부재는 두 부재 계면의 휨 인장에 의한 전단거동에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. Utilization of the fiber reinforced polymer (FRP) material has been increased as an alternative in a bid to supplement the problems with general construction materials such as long-term problems corrosion, etc. However, there are still many problems in using a linear-shaped FRP material for a tunnel lining structure which has arch-shape in general. In this study, the loading tests for the FRP-concrete composite member was carried out to evaluate their applicability as a tunnel reinforcement material, which are based on the results from preliminary numerical studies for identifying the behavioral characteristics of FRP-concrete composite member. Moreover, numerical analysis under the same condition as applied in the loading tests was again conducted for analysis of mechanical behavior of the composite member. As a result of the load test and numerical analysis, it appears that the FRP-concrete composite member is greatly subject to shear movement caused by bending tension acting on the interface between two constituent members.

실물파괴실험에 의한 세그먼트 라이닝의 강섬유 보강 효과 평가

이규필,배규진,문도영,강태성,장수호,Lee, Gyu-Phil,Bae, Gyu-Jin,Moon, Do-Young,Kang, Tae-Sung,Chang, Soo-Ho 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.3

최근 유럽 및 일본에서는 강섬유 보강 콘크리트를 활용하여 철근을 생략하거나 최소화하기 위한 연구가 수행중에 있으며, 세그먼트 제작시 강섬유 보강 콘크리트 활용은 철근 생략 또는 최소화를 통한 경제성 향상은 물론 품질관리 향상효과가 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 강섬유 보강효과 검토를 위하여 기존에 널리 활용되고 있는 철근만으로 보강된 세그먼트와 철근 및 강섬유로 보강된 세그먼트 실험체 제작 및 휨실험을 수행하였다. 실험결과 세그먼트 강섬유 보강은 콘크리트의 연성 증가효과로 인하여 균열제어는 물론 기존 세그먼트 보강재인 철근의 대체할 수 있는 보강재로 활용이 가능할 것으로 판단된다. An experimental research on the possibility of using fiber reinforced concrete precast tunnel segments instead of traditional reinforced concrete(RC) segment has been performed in europe. This solution allows removing the traditional reinforcement with several advantages in terms of quality and cost reduction. Full-scale bending tests were carried out in order to compare the behaviour of the segments under flexural actions on both rebar reinforced concrete and rebar-fiber reinforced elements. The test results showed that the fiber reinforced concrete can substitute the traditional reinforcement; in particular the segment performance is improved by the fiber presence, mainly in terms of crack.

새로운 FRP-콘크리트 전단부착성능 평가법을 활용한 최적 FRP 규사코팅 조건에 관한 연구

이규필,신휴성,김승한,Lee, Gyu-Phil,Shin, Hyu-Soung,Kim, Seung-Han 한국터널지하공간학회 2011 한국터널지하공간학회논문집 Vol.13 No.3

본 연구에서는 압축력을 받는 터널 라이닝 부재 특성에 보다 부합된 조건에서 FRP-콘크리트 접촉면의 전단 저항력을 평가할 수 있는 새로운 시험법을 제안하였으며, 제안 시험법은 기존 시험방법에 비해 시험체 제작과 시험방법이 매우 용이하다. 제안된 시험법을 기반으로 FRP와 콘크리트 복합소재의 전단저항성능을 좌우하는 규사코팅의 최적조건을 도출하기 위한 매개변수 연구를 실시하였다. 다양한 시료에 대한 시험결과를 기존 연구결과와의 비교분석을 통하여 제안 시험법의 타당성을 보였으며, FRP부재와 콘크리트 접촉면의 전단저항을 극대화 시킬 수 있는 효과적인 규사입경 및 밀도에 대한 최적 조건을 제시하였다. This study proposes a new testing method for shear bearing capacity of FRP-concrete interface, which could well consider a loading condition corresponding to a tunnel lining undergoing axial compression and could be easily carried out with a simply specified specimen. A parametric study is carried out for capturing an optimized condition of coarse-sand coating of FRP, which governs shear bearing capacity of FRP-concrete interface, by using the proposed testing manner in this study. From the parametric study, it is shown that the proposed testing method is reasonably feasible in comparison with the existing testing methods. An optimum condition of coated sand size and sand density is given for the shearing capacity of FRP-concrete interface.