얕은 터널에서 지표경사가 종방향 하중전이에 미치는 영향에 대한 실험적 연구

임일재,이상덕 사단법인 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.6

Lots of shallow tunnels are constructed in the mountainous areas where the stress distribution in the ground around tunnel is not simple, also the impact of stress conditions on the longitudinal load transfer characteristics is unclear. The tunnel construction methods and the ground conditions would also affect the longitudinal load transfer characteristics which would be dependant on the displacement patterns of tunnel face. Therefore, in this study, the slope of the ground surface was varied in 0°, 10°, 20°, 30°, and the longitudinal load transfer depended on the deformation conditions of tunnelface (that were maximum deformation on the top, constant deformation, and maximum deformation on the bottom), and the stress distribution at tunnelface. As results, when the tunnelface deformed, the earth presure on the tunnelface decreased and the load at tunnel crown increased. The load transferred on the crown was influenced by the earth presure on tunnel face. Smaller load would be transfered to the wide areas when the slope of ground surface decreased. When the slope of ground surface became larger, the longitudinal load transfer would be smaller and would be concentrated on tunnelface, In addition, the shape of the transferred load distribution in the longitudinal direction was dependant on the deformation shape of tunnelface. The deformation shape of tunnelface and stress conditions in longitudinal sections would affect the shape and the magnitude of the load transfer in the longitudinal directions. 터널이 시공되는 환경은 다양하여 지형이 평탄하지 않거나 지표가 경사가 진 경우가 많으며, 이런 경우에는 지반내 응력의 분포가 일정하지 않다. 그러므로 이와 같은 환경에서는 얕은 터널 굴착에 따라 종방향 하중전이 특성이 달라서 그 영향이 불명확하다. 또한, 시공방법이나 지반조건 및 굴진면의 변위형태 등이 종방향 하중전이 발생경향에 영향 줄 것이므로, 이를 종합적으로 고려한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 지반의 경사를 0°, 10°, 20°, 30°로 모사하고, 굴진면의 변위형태(상부 큰 변위, 등변위, 하부 큰 변위)에 따른 굴진면의 토압과 터널 천단상부의 종방향 하중전이 특성을 실험적으로 규명하였다. 연구결과 굴진면에서 변위가 발생하면 굴진면 토압이 감소하고 터널의 천단 하중이 증가하며, 굴진면의 토압변화량에 따라 터널 천단상부의 하중전이의 크기와 발생경향이 변화되었다. 따라서 굴진면의 토압변화가터널 종방향 하중전이에 직접적인 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 지표경사가 작으면 하중전이 영역이 넓어지며 지표경사가 커질수록 종방향으로 전이되는 경향이 감소하고 굴진면 부근에서 집중되었다. 또한, 굴진면의 변위형태에 따라 종방향으로 전이되는 하중의 분포경향도 달라지므로 종방향 지반의 응력조건과 굴진면의 변위형태는 터널 종방향 하중전이의 형태와 크기에 영향을 주는 것으로 분석되었다.

포스트 텐션드 콘크리트 포장의 종방향 긴장 설계 방안

윤동주,김성민,배종오 한국도로학회 2009 한국도로학회논문집 Vol.11 No.1

This study was conducted to develop the design methodology of longitudinal post tensioning for the post-tensioned concrete pavement (PTCP). The longitudinal stress distribution in the PTCP slab was analyzed when post tensioning was applied. Then, the tensile stress distribution in the PTCP slab due to the environmental and vehicle loads needed for the design was investigated. In addition, prestress losses were calculated considering the losses due to the frictional resistance between the slab and underlying layer and due to various reasons related to tensioning. The tensile stresses used for the design were obtained by adding the stresses from the critical conditions under both the environmental and vehicle loads. The prestress losses were obtained by considering actual field conditions. The effective post tensioning amount was determined by considering the design loads including environmental and vehicle loads and various losses, and the effect of the allowable tensile stress on the post tensioning amount was investigated. The initial stage of the design of the longitudinal post tensioning is to obtain the stresses under the design loads and the required prestress determined by subtracting the allowable tensile stress from the design stress. Then, the optimal tendon spacing and the tensioning amount can be obtained by comparing with the effective tensioning amount including various stress losses. 본 연구는 포스트 텐션드 콘크리트 포장(PTCP: Post-Tensioned Concrete Pavement)의 종방향 긴장 설계 방안을 구축하기 위하여 수행되었다. 우선 종방향 긴장으로 인해 PTCP 슬래브에 발생하는 응력분포를 분석하였다. 그리고 설계에 필요한 환경하중과 차륜하중이 PTCP 슬래브에 작용할 때 슬래브에 발생하는 인장응력의 분포를 분석하였다. 또한 슬래브와 하부지반 사이의 마찰저항 및 긴장으로 인해 발생하는 여러 손실원인들을 고려하여 긴장손실량을 산정하였다. 설계에 사용 될 발생 인장응력은 각각의 하중에 의해 발생 가능한 최악의 조건에 의해 산정되며 여러 손실들은 현장조건을 최대한 반영하여 산정된다. 이러한 환경 및 차륜하중 등의 설계하중과 긴장 시 발생하는 각종 손실들을 감안한 유효긴장량을 산정하였으며 긴장응력 결정의 기준이 되는 콘크리트 슬래브의 허용인장응력의 영향에 대하여 분석하였다. 궁극적으로 종방향 긴장 설계방안은 설계하중에 대한 슬래브의 응력을 산출한 후 콘크리트 슬래브의 허용인장응력을 감하여 요구되는 긴장응력을 산출하고, 각종 손실이 고려된 유효긴장량과의 비교를 통해 합리적인 긴장간격 및 긴장량을 결정하는 것이다.

얕은 터널의 굴진면 변형에 따른 종방향 하중전이 특성에 대한 실험적 연구(II)

김양운,이상덕,Kim, Yang Woon,Lee, Sang Duk 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.5

In recent years, the use of underground spaces becomes more frequent and the demands for urban tunnels are rapidly increasing. The urban tunnels constructed in the ground with a shallow and soft cover might be deformed in various forms on the face, which would lead, the tunnels to behavior 3-dimensionally, which may have a great impact on the longitudinal load transfer. The tunnel face might deform in various forms depending on the construction method, overburden and the heterogeneity of the ground. And accordingly, the type and size of the distribution of the load transferred to the ground adjacent to the tunnel face as well as the form of the loosened ground may appear in various ways depending on the deformation form of the tunnel face. Therefore, in this study was conducted model tests by idealizing the deformation behavior of the tunnel face, that were constant deformation, the maximum deformation on the top and the maximum deformation on the bottom. And the test results were analyzed focusing on the deformation of the face and the longitudinal load transfer at the ground above the tunnel. As results, it turned out that the size and the distribution type of the load, which was transferred to the tunnel as well as the earth pressure on the face were affected by the deformation type of the face. The largest load was transferred to the tunnel when the deformation was in a constant form. Less load was transferred when the maximum deformation on the bottom, and the least load was transferred when the maximum deformation on the top. In addition, it turned out that, if the cover became more shallow, a longitudinal load transfer in the tunnel would limited to the region close to the face; however, if the cover became higher than a certain value, the area of the load transfer would become wider. 최근들어 지하공간의 활용이 빈번해지면서 도심지 터널의 수요가 급증하고 있다. 토피가 얕고 연약한 지반에 시공되는 도심지 터널에서는 굴진면에서 다양한 형태의 굴진면 변위가 발생할 수 있으며 이로 인해 터널이 3차원 거동하여 종방향 하중전이의 영향이 클 수 있다. 굴진면에서는 분할 굴착, 토피, 지반의 불균질성 등에 의해 다양한 형태의 변위가 발생할 수 있고, 이에 따라 지반의 이완형태는 물론 주변지반으로 전이되는 하중의 분포 형태와 크기가 다양하게 나타날 수 있다. 따라서 본 연구에서는 터널 굴진면의 변위거동을 등변위, 상부 큰 변위, 하부 큰 변위로 이상화하여 모형시험을 수행하였으며, 이를 분석하여 굴진면의 변위와 터널 상부 지반의 종방향 하중 전이를 집중적으로 연구하였다. 연구 결과 굴진면의 변위형태에 따라 굴진면에 작용하는 토압은 물론 터널 종방향으로 전이되는 하중의 크기와 분포형태가 다르게 나타났다. 터널 종방향으로 전이되는 하중의 크기는 굴진면 변위가 등변위 형태일때에 가장 크고 하부 큰 변위 형태일때와 상부 큰 변위 형태일때의 순서로 작아졌다. 또한 토피고가 낮아지면 터널 종방향 하중전이가 굴진면 근접부에 집중되어 발생되지만 토피고가 일정값 이상으로 커지면 하중전이 영역이 넓어지는 것으로 나타났다.

궤도-교량 상호작용 해석기법의 개선안

성인모(In Mo Sung),배현웅(Hyun Ung Bae),정덕희(Duk-hee Jung),임남형(Nam Hyoung Lim) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.5

장대레일 궤도가 토공구간이 아닌 철도교량상에 위치하는 경우 궤도와 교량의 상호작용에 의해 장대레일에는 추가적인 변위와 축력이 발생하게 된다. 국내의 궤도-교량 종방향 설계기준에서는 3개의 중요한 하중(교량의 온도변화, 열차에 의한 시/제동하중 및 열차의 수직하중)을 서로 독립적인 하중으로 취급하고 각각의 하중에 대한 응답을 단순히 더하는 해석방법을 사용하고 있다. 또한 하중에 대한 극댓값을 사용하여 하중이력의 영향을 무시하여 궤도와 교량 상부구조물 사이에 발생되는 종방향 하중의 비선형 거동으로 인한 오차를 포함한다. 본 연구에서는 하중이력의 영향이 고려된 수정된 해석방법을 제안하였다. In case of the continuous welded rail(CWR) track is supported by the railway bridge not earthwork section, the additional axial force and displacement are occurred in the CWR due to the trackbridge interaction. Three of important loads((temperature variation in the bridge-deck, braking/acceleration and the vertical load from the passing train) are considered as the independent loading case in the domestic design code, and the answer of each loads are simply added. Errors due to non-linear behavior of longitudinal load occurred between track and bridge-deck are also included ignoring the effects of loading history, and using the maximum value of load. In this study, the modified analysis method was proposed considering the effects of loading history.

2경간 연속 철도교의 종방향 거동에 관한 연구

임정순,조재병,방윤석,Im,Jung-Soon,Jo,Jae-Byung,Bahng,Yun-Suk 한국방재학회 2001 한국방재학회논문집 Vol.1 No.1

This paper presents the results of the parametric study on the longitudinal behavior of 2-span continuous railway bridge. To perform the main objective of this paper, the effects of pier shaft stiffness, pier height, the size of pier foundation, and the bearing stiffness on the longitudinal behavior of the bridges are studied. Within the limits of this study, the research result has revealed that the variation of the fixed pier is more effective than that of the moved pier. In addition, the control of the hearing stiffness is much less expensive than that of any other parameters. 2경간 연속 철도교의 종방향 거동에 영향을 미치는 여러 인자들에 대해서 연구하였다. 그 인자들로는 교각 강성의 크기, 교각의 높이, 교각기초의 크기와 교각받침의 강성을 변화시켜 그에 따른 변화양상을 살펴보았다. 그 결과 고정단 교각에서의 여러 인자들의 변화에 따른 종방향 거동의 변화가 가동단 교각에서의 변화에 따른 영향보다 크다는 사실을 확인할 수 있었다. 또한, 받침강성을 변화시켜서 종방향 거동을 제어하는 것이 다른 인자들을 변화시키는 것보다 더 경제적이라 할 수 있다.

사장교의 설계를 위한 최적 지지조건 결정

안주옥,윤영만,An,Zu-Og,Yoon,Young-Man 한국방재학회 2003 한국방재학회논문집 Vol.3 No.4

사장교 설계에서 최적의 지지조건을 결정하기 위해 사장교 전체구조계의 교축방향에 대해서 주형의 지지조건에 따른 활하중, 풍하중과 지진하중에 의한 주형, 주탑단면력 및 케이블력의 변화를 3차원 수치해석을 통해 검토하였다. 교축방향의 적합한 경계조건 도입은 주형의 지지점과 주탑의 기초부의 반력뿐만 아니라 주형의 휨모멘트에서 많은 변화를 유도할 수 있다. 본 수치해석의 예에서, 종방향 탄성계수값은 활하중이 작용 할 경우는 약 100tonf/m/bearing, 지진하중이 작용 할 경우는 약 100tonf/m/bearing 에서 최적의 지지조건임을 알 수 있다. 즉 본 해석대상 교량에서 종방향 탄성계수값이 <TEX>$100{\sim}1000tonf/m/bearing$</TEX> 일 경우의 지지조건에서 최적의 지지조건을 얻었으며, 이 조건에서 주탑의 단면력을 합리적으로 결정할 수 있음을 알 수 있다. A numerical analysis of cable-stayed bridge is conducted to determine optimum longitudinal modulus of elasticity which represents the boundary condition between the tower and main girder. The effect of longitudinal modulus of elasticity is investigated for different loading condition (live load, wind load, seismic load), respectively. There are significant changes in the member forces as variations of longitudinal modulus of elasticity, such as, <TEX>$k_h$</TEX>=e=100tonf/m/bearing (live load), <TEX>$k_h$</TEX>=e=1000tonf/m/bearing (seismic load), However, the wind loads do not affect member forces. The optimum longitudinal modulus of elasticity is determined from considering minimum member forces in the numerical analysis results.

상부 구조물 하중의 영향을 받는 기존터널에 직각 교차하는 하부 터널의 종방향 아칭효과

이용준,이상덕,Lee, Yong-Jun,Lee, Sang-Duk 한국터널지하공간학회 2010 한국터널지하공간학회논문집 Vol.12 No.6

기존 터널 하부에 근접 교차하여 새로운 터널을 건설하는 경우에, 신설터널의 종방향 아칭이 기존 상부 터널의 간섭으로 인하여 영향을 받으나 이에 대한 연구는 많지 않다. 특히 기존터널의 상부에 존재하는 지상 구조물에 의한 영향을 연구한 경우는 찾아보기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 기존터널 하부에 근접 교차하여 새로운 터널을 굴착하는 경우에, 기존터널과 하부 터널 막장의 상대적 위치에 따른 아칭현상과 지상구조물에 의한 영향을 실내모형실험을 실시하여 규명하고자 하였다. 이를 위하여 기존 원형터널 하부에서 신설터널 막장 위치를 변화시키면서 지중응력과 변위를 측정하였다. 또한, 지상 구조물의 위치에 따른 영향을 측정하였다. 연구 결과 상부 터널의 간섭에 의하여 하부 터널 종방향 응력전이가 영향을 받는 것을 알 수 있었으며, 하부 터널 굴착에 따른 종방향 아칭에 의해 상 하부 터널 사이에서 지반의 토압이 변하는 것을 확인하였다. 또한, 지상구조물의 위치가 막장과 일치하였을 때 종방향 아칭으로 인한 간섭이 가장 크게 측정되었다. In the ease that a new cross tunnel is constructed under the existing tunnel, development of a longitudinal arching would be influenced by the existing tunnel. But it is not enough to investigate. Especially, the influence of the structure loads on the ground surface on the new tunnel, which the under-passes existing tunnel has been rarely studied. This study, therefore, aimed to clarify the effect of the existing tunnel and the structure on the ground surface on the development of a longitudinal ground arching during the excavation of a cross tunnel under the existing tunnel. Two-dimensional model tests were carried out in the test box, whose dimension was 30 cm (wide) ${\times}$ 113 cm (deep) ${\times}$ 87 cm (high). The existing tunnel was made of S21 steel tube in 16 cm diameter and 1 mm thickness. The ground surface load was 4.9 kPa and was loaded on the model structure in the size with 30 cm width ${\times}$ 16 cm height. New tunnel was excavated in 250 mm height by a bench cut method. As results, the longitudinal arching would be developed but it was severely influenced by not only the existing upper tunnel but also the ground surface load. The influence of the ground surface load on the development of longitudinal ground arching around a new tunnel showed the highest value when the tunnel face located direct under the surface load.

궤도-교량 상호작용 해석 시 하중이력 고려방법에 따른 비교연구

김명수(Myoung-Soo Kim),윤경민(Kyung-Min Yun),이진옥(Chin-Ok Lee),임남형(Nam-Hyoung Lim) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.10

장대레일 궤도가 철도교량 상에 위치하는 경우, 교량과 궤도의 상호작용에 의해 장대레일에는 추가적인 축력이 발생된다. 한국, 유럽, UIC 기준과 같은 많은 설계기준에서는 3개의 중요한 하중(교량 상판의 온도변화, 통과 열차에 의한 시/제동하중 및 교량 상판의 휨)을 서로 독립적인 별개의 하중으로 취급하고 있다. 이 기존의 해석 방법은 하중이력의 영향을 무시하여 레일과 교량 상부구조물과의 사이에 발생되는 종방향 저항력의 비선형 거동으로 인한 오차를 포함한다. 본 연구에서는 비선형 하중이력과 하중 이력의 영향이 고려된 수정된 해석방법을 제안하였다. 또한, 기존의 해석방법과 수정된 해석방법의 결과를 비교하였다. In case of the continuous welded rail(CWR) track is supported by the railway bridge, the additional axial force is occurred in the CWR due to the track-bridge interaction. In the various design codes such as Korean code, European code, UIC code, etc, three important loads(temperature variation in the bridge-deck, braking/acceleration and the bending of the bridge-deck resulted from the passing train) are treated as the independent loading case. This conventional method completely neglects the influence of the loading history, and may have some error because of the behavior of the longitudinal resistance connecting the rail and the bridge-deck is under the highly nonlinear. In this study, the algorithm for the modified method considering the sequential nonlinear loading combination and the effect of the loading history is proposed. And the results from the application of the modified methods are compared with the results obtained from the conventional method.

포스트텐션 콘크리트 포장의 두께에 따른 긴장 설계 비교 검토

윤동주 慶熙大學校 大學院 2009 高凰論集 Vol.44 No.-

본 논문은 포스트 텐션 콘크리트 포장(PTCP : Post-Tensioned Concrete Pavement)의 종방향 긴장 설계에 있어서 슬래브 두께의 영향을 비교 검토하기 위하여 수행되었다. 우선 현실적으로 가능한 최소 PTCP 슬래브 두께를 15cm로 하여 종방향 긴장 설계를 수행 할 수 있다. 그리고 슬래브 두께가 20cm, 25cm일 때 동일한 과정을 거쳐 종방향 긴장설계를 수행하여 긴장량을 비교 검토하였다. 분석 결과 차륜하중에 의해 슬래브에 발생하는 응력은 슬래브 두께가 증가 할수록 감소하였으나 환경하중에 의한 슬래브의 컬링 응력은 슬래브 두께가 증가 할수록 증가하였다. 이는 동일한 온도구배를 가정하였을 때 슬래브 두께가 증가 할수록 슬래브 상·하부의 온도차이가 크게 발생하기 때문이다. 따라서 슬래브에 발생하는 최대 인장응력은 슬래브 두께가 증가 할수록 큰 차이가 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 이를 이용하여 종방향 긴장 설계를 수행하면 슬래브 두께가 증가 할수록 긴장 단면적이 커지게 되어 긴장에 필요한 강선의 개수가 증가하게 된다. 결국 필요한 긴장응력이 비슷하더라도 긴장 단면적이 넓어짐에 따라 그만큼 많은 강선을 사용하여 긴장응력을 가하게 된다.· This study presents the effect of the slab thickness on the design of longitudinal post tensioning for Post-Tensioned Concrete Pavement(PTCP). First, the longitudinal tensioning design was carried out with the actual minimum thickness of 15cm. Then, all the tensile stresses were investigated with the same process for the thicknesses of 20cm and 25cm. The results of this analysis showed that as the thickness of a slab increased, the stresses caused by vehicle loads decreased, but the curling stresses caused by environmental loads the increased. That happened because the differences in temperature between the upper part and the lower part of the slab increased along with the thickness include since the temperature gradient was assured to be constant. Therefore, there was no big differences in the maximum tensile stresses to a slab as the thickness of the slab becomes larger. Using these results, to perform a longitudinal post tensioning design, more tendons should be needed for a large thickness because fhe prestressing area becomes larger. Even though there are similar tensile stresses, more tendons are needed to give more tensile forces because of the slab increasement of the area.

Buckling Behaviors of Bucket Foundation for Offshore Wind Tower

Lee, Gye Hee(이계희),Tran, Duc Phu(짠득푸) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.3

본 논문에서는 해상풍력발전터빈의 기초형식 중 하나인 버켓기초의 관입시 발생할 수 있는 좌굴거동에 대한 연구를 수행하였다. 유한요소를 사용하여 대상구조물을 모델링하고 현재 설계기준의 기본인 원통형 쉘의 좌굴거동을 해석하여, Batdorf의 계수에 따라 설계기준에 제시된 식과 비교하여 모델의 검증을 수행하였다. 검증된 해석 모델을 바탕으로 인접한 지반의 영향 및 하중조건을 적용하고 종방향보강재와 관입깊이가 좌굴성능에 미치는 영향을 평가하였다. 평가결과 종방향보강재의 적용은 특정영역에서 좌굴강도를 크게 증가시키고 인접한 지반의 영향은 관입에 따라 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. In this study, the buckling behaviors during the installation of a bucket foundation for an offshore wind turbine tower were investigated. The objective structure was modeled by using a commercial structural analysis program, and the buckling behavior of the model was estimated as Batdorf's parameter Z in the design code. The surrounding soil conditions and loading condition were applied to the verified analysis model. The effects of parameters such as the longitudinal stiffeners and driven depth were estimated for the buckling capacity. As a result, it was found that the longitudinal stiffeners could drastically increase the buckling capacity in a specific region. In addition, the buckling capacities increased linearly when considering the effect of the surrounding soil.