가시설 흙막이 부재용 Flange-Web 보강강관의 구조적 성능 실험 = Structural performance test of flange-web reinforce steel pipe for temporary facility
저자
발행사항
서울 : 연세대학교 공학대학원, 2018
학위논문사항
학위논문(석사)-- 연세대학교 공학대학원 : 토목공학전공 2018. 8
발행연도
2018
작성언어
한국어
주제어
DDC
624
발행국(도시)
서울
형태사항
XI, 66p ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 이상호
UCI식별코드
I804:11046-000000517456
소장기관
지반을 굴착하기 위한 흙막이 가시설은 지반의 붕괴를 막는 역할을 한다. 그러나, 가시설 구조물이 지반 굴착 시에 방해요소가 되어 공기 지연과 공사비 상승의 요인이 되기도 한다. 버팀보 및 중간말뚝의 설치 간격이 넓어지면 가시설의 방해를 받지 않고 공사를 진행할 수 있다. 본 연구에서는 지보재로 널리 쓰이는 H형강과 원형강관의 단점을 보완할 수 있는 F-W보강강관 구조체에 대한 구조적 성능을 분석하고 설계 시에 가시설에 미치는 영향을 분석하고자 한다.
F-W보강강관 구조체는 비등방성 형상인 H형강과 등방성 형상인 강관을 조합한 후, 원형강관 외부에 보강 부재를 결합시킨 것이다. 이 구조체가 흙막이 가시설 버팀보 및 띠장으로 활용될 시에 구조적 성능을 비교 평가하기 위하여 설계 현장 34개를 대상으로 구조 검토를 하였다 그 결과, 버팀보의 설치 간격이 5.0m인 경우 70%의 조사 현장에서 설계 축력 값이 1,000kN 이내로 발생하는 것을 구조 검토 결과 확인하였다.
F-W보강강관 구조체의 성능을 실질적 관점에서 검증하기 위하여 구조 실험 및 해석을 하였다. 구조성능 실험은 휨 및 압축 실험을 하였으며, 실험과 동일한 조건을 모사하여 구조 해석을 한 후 상호 비교 평가하였다. 휨 실험 결과, Web 보강재와 보강재 사이의 Flange에서 국부적인 변형이 먼저 발생하고 이차적으로 원형강관에서 변형이 발생하였다. 최대하중에 미치는 영향을 분석한 결과, Flange는 재료의 강도와 단면적이 클수록 최대 하중이 커졌으며, Web 보강재는 재료의 강도보다는 단면적이 확대되었을 때 최대 하중이 높아졌다. 압축 성능 실험 결과, 원형강관에서 변형이 발생하여 Web 보강재 수량 증가에 따른 하중의 증가는 크지 않았고, Web 보강재 설치 수량보다는 단면적을 증가시키는 것이 더 많은 하중을 받을 수 있는 것으로 확인되었다. 결론적으로 Web 보강재를 2개 설치하는 것이 설계 하중 1,000kN의 하중에 가장 효율적인 구조성능을 나타내었다. 또한, 실험과 해석 값을 비교 검토한 결과, 부재의 탄성 범위 내에서는 실험 및 해석 값의 하중-변위 곡선이 유사한 경향성을 나타내고 있는 것을 확인하였다.
F-W보강강관 흙막이 현장 3개소에 H형강, 원형강관을 적용하여 설계값을 비교하였다. H형강과 원형강관 버팀보 간격이 2.5m~3.0m인 경우와 F-W보강강관 버팀보의 간격이 4.5m~6.0m로 설치되었을 때 부재의 안전율이 거의 비슷하게 나타냈다. 부재의 안전율이 유사하다는 것은 F-W보강강관을 적용하여 효율적이고 경제적인 설계가 가능함을 보여주는 결과이며, 실험 결과 및 현장 적용성을 통해 F-W보강강관의 구조적 안전성 확인 및 실용성을 검증하였다.
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