고강도 콘크리트와 고장력 철근을 적용한 쉴드 세그먼트의 역학적 거동에 대한 실험적 연구

이규필,박영택,최순욱,배규진,장수호,강태성,이진섭,Lee, Gyu-Phil,Park, Young-Taek,Choi, Soon-Wook,Bae, Gyu-Jin,Chang, Soo-Ho,Kang, Tae-Sung,Lee, Jin-Seop 한국터널지하공간학회 2012 한국터널지하공간학회논문집 Vol.14 No.3

본 연구에서는 세그먼트의 제작비용을 절감하기 위한 방안으로서, 설계강도가 60 MPa인 고강도 콘크리트와 항복강도가 600 MPa인 고장력 철근을 사용하여 철근량을 저감시킨 고강도 철근보강 세그먼트 시작품을 제작하였다. 이상과 같이 제작된 고강도 세그먼트와 기존 철근보강 세그먼트의 역학적 거동을 비교하기 위하여, 세그먼트의 실물 휨실험을 실시하였다. 실험결과, 철근량이 약 26%가 감소하였음에도 불구하고 고강도 철근보강 세그먼트의 파괴하중은 일반 철근보강 세그먼트보다 약 30% 크게 나타나 고강도 콘크리트와 고장력 철근으로 인해 세그먼트의 내하력이 크게 향상되었음을 확인하였다. An experimental research on the possibility of using high-strength concrete with the design strength of 60 MPa and high-tension rebar with the yielding strength of 600 MPa instead of conventional reinforced concrete segment to reduce its production cost was performed. Full-scale bending tests on both conventional and high-strength reinforced concrete segments were carried out to compare their mechanical and structural behaviors of the segments under flexural action. From the experiments, it was shown that the failure load of high-strength reinforced concrete segment was approximately 30% higher than that of the conventional segment even though reinforcements in high-strength segment were reduced by 26%. The test result showed that the bearing capacity of high-strength segment highly increased by high-strength concrete and high-tension rebar. It also verified the high possibility of high-strength reinforced concrete segment as a technical alternative to reduce the production cost of segments in a shield tunnel.

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.

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.

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.

화학적 침식에 의한 숏크리트의 열화특성 분석 - 단기거동

이규필,김동규,배규진,신휴성,Lee, Gyu-Phil,Kim, Dong-Gyou,Bae, Gyu-Jin,Shin, Hyu-Soung 한국터널지하공간학회 2005 터널기술 Vol.7 No.2

숏크리트는 터널구조물 공용중 지하수 환경에 지속적으로 접촉하게 되며, 지히수에는 지역적 특성에 따라 상이하나 시멘트의 열화를 유발하는 유해성분을 함유하고 있다. 이러한 유해성분은 터널구조물 장기 공용시 숏크리트의 강도, 부착, 휨인성 등과 같은 숏크리트의 지보능력과 관계된 역학적 특성 저하 등과 같은 성능저하를 유발하게 되며, 이는 터널구조물의 안전성 저하는 물론 인명 및 경제적 피해를 야기할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 지하수내 숏크리트의 열화 촉진인자를 조사 분석하였으며, 각 영향인자의 화학적 침식조건에 대하여 재령별로 숏크리트의 일축압축강도, 암석과 숏크리트의 부착력 등과 같은 실내시험과 X선 회절분석, SEM 및 EDS 분석 등과 같은 기기분석을 통하여 숏크리트의 내구성 및 열화특성을 분석하였다. Shotcrete for support of tunnel structures may contact with groundwater. The hazardous components in groundwater may cause corrosion of shotcrete. Also, the hazardous components may deteriorate the engineering properties of shotcrete, such as compressive strength, bond strength, flexural strength and so forth. The more the effect of the hazardous components on the shotcrete may increase, the more the stability of tunnel structure may decrease. The specimens were artificially immersed in various chemical solutions including hazardous components after the specimens were made at the tunnel construction site. It was performed to analyze the effect of the hazardous components in ground water on the engineering properties of shotcrete. The uniaxial compressive strength test, XRD, SEM were conducted to evaluate the durability and corrosion of shotcrete.

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.

터널 조명 고압나트륨램프와 LED램프의 LCC 분석 사례 연구

이규필,김정흠,Lee, Gyu-Phil,Kim, Jeong-Heum 한국터널지하공간학회 2021 한국터널지하공간학회논문집 Vol.23 No.5

터널은 주·야간 모두 인공조명을 사용해야 되는 특성으로 인해 에너지 소비가 가장 많이 발생하는 도로 공간으로, 전기요금 절감 등을 위해 기존 터널조명 광원 대비 낮은 소비전력, 장수명의 장점을 갖는 LED램프로 교체 중에 있다. 터널구조물은 공용 중 부속시설 교체라는 일련의 중장기적이고 지속적인 과정이 수반되므로, 시설물 공용기간 동안의 생애주기비용을 고려해야 사회간접자본의 효율적인 활용을 기대할 수 있다. 따라서 본 연구에서 터널 조명광원을 고압나트륨램프에서 LED램프로 교체 시 LCC측면의 절감효과를 정량적으로 분석하였으며, 터널 조명 광원을 LED램프로 교체 시 램프의 수명증대에 의한 교체주기 감소 및 이로 인한 유지관리 비용 감소효과가 매우 큰 것으로 나타났다. Tunnel is the most energy-consuming structure in road due to the characteristic of using artificial lighting during day and night. Therefore, tunnel lights are being replaced by LED lamp that have advantages with respect to low power consumption. The best use of social overhead capital can be expected by considering the life cycle cost, because to tunnel structures are accompanied by a series of medium-to-long-term and continuous processes of replacing auxiliary facilities. In this study, the saving effect by LCC analysis was quantitatively analyzed by replacing tunnel light sources from high-pressure sodium lamps to LED lamps. The effect of reducing the replacement cycle by increasing the life of the lamps and the resulting maintenance cost is very significant, on replacing tunnel lighting light sources with LED lamp.

고압나트륨램프에서 LED램프로 터널조명등 교체에 따른 전력사용량 및 조도변화 분석

이규필,김정흠,Lee, Gyu-Phil,Kim, Jeong-Heum 한국터널지하공간학회 2021 한국터널지하공간학회논문집 Vol.23 No.4

터널구조물의 특성상 터널조명은 일반 도로의 조명과 달리 주간에도 조명이 필요하므로, 터널 유지관리 비용 가운데 터널조명을 위한 전력요금은 가장 높은 비율을 차지하고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 유지비용 절감 등을 위하여 터널조명을 낮은 소비전력, 장수명 등의 장점이 있는 LED램프로 교체 중에 있다. 본 연구에서는 기존 터널조명이 고압나트륨램프인 10개소 터널을 대상으로 터널조명 광원을 LED램프로 교체 시 효과 분석을 위하여, 광원 교체 전·후 터널 조도측정결과 및 1년간의 월별 전력사용량을 조사하였다. 터널조명 광원을 고압나트륨램프에서 LED램프로 교체 후 조도는 27.9~490% 향상되었으나, 터널조명용 전력사용량은 평균 47.1% 감소한 것으로 나타났다. Low-pressure sodium lamps, high-pressure sodium lamps, and fluorescent lamps are mainly used for tunnel lighting in Rep. of Korea, which accounts for the highest percentage in the tunnel maintenance costs. Therefore, tunnel lights are being replaced by LED lamp that have advantages with respect to low power consumption and sustainability. To analyze the effect of replacement high pressure sodium lamp with LED lamp, illumination and monthly power usage per year have been investigated for 10 tunnels. The usage of LED lamp results in illumination improvement from 27.9% to 490% and power saving around average 47.1%.