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이현 임
5 years ago
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1 학술논문 한국터널공학회논문집 2009 년 9 월제 11 권제 3 호, pp 프리캐스트터널 Liner 의리브보강형상변화에따른역학적거동특성 이규필 1, 이성원 2 *, 황재홍 3 Mechanical behaviour of rib-reinforced precast tunnel liner according to variable rib-reinforcement shapes Gyu-Phil Lee, Seong-Won Lee, Jae-Hong Hwang Abstract 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. 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 ribreinforced 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. Keywords: Cut and cover tunnel, precast segment, rib-reinforcement 요지프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물의설계및시공은고성토또는광폭터널조건에서는시공성및구조적안정성등과같은단점때문에그활용이제한적이다. 따라서시공성및품질관리등측면에서유리한프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물의시공이가장효과적인대안이라할수있다. 따라서, 본연구에서는수치해석기법을이용하여기존 3분절리브보강형프리캐스트세그먼트를이용한터널구조물시공기술의문제점분석하였으며, 대형정적하중재하실험을통하여개선된리브보강형프리캐스트세그먼트구조물의역학적거동특성을분석하였다. 개선된리브보강형프리캐스트세그먼트구조물의극한하중은기존리브보강프리캐스트세그먼트구조물대비리브보강단면은 55% 감소하였으나, 구조적성능은약 3% 감소하는것으로나타났다. 따라서리브보강에의한터널구조물내공단면축소를최소화및구조물의하중지지효과를크게향상된것으로나타났다. 주요어 : 개착식터널, 프리캐스트세그먼트, 리브보강 1. 서론 개착식터널구조물은시공성, 경제성및현장조건등다양한고려사항에의하여결정되나, 지반굴착후콘크리트라이닝현장타설을통한시공법이가장일반적으로적용되고있다. 콘크리트현장타설구조물의품질관리상의문제점은물론철근조립, 강재거푸집설치및콘크리트타설 / 양생등다양한공정이요구되므로이로인한시공성및경제성저하등의문제점이대두되고있으며, 이러한문제 1 정회원, 한국건설기술연구원지반연구실연구원 2 정회원, 한국건설기술연구원지반연구실책임연구원 3 정회원, 한국건설기술연구원지반연구실 Post-Doc. * 교신저자 : 이성원 ( swlee@kict.re.kr) 점을개선하기위한가장효과적인대안은프리캐스트세그먼트를이용한지중구조물시공법이라할수있다. 프리캐스트세그먼트를이용한지중구조물시공법은 2000년대에들어서지중전력구, 통신구또는공동구등중 소형개착식구조물시공에널리적용되고있다. 또한철도또는도로터널등과같은대형개착식구조물시공시에는프리캐스트세그먼트조립에의한구조물의구조적안정성확보문제등으로인하여, 터널갱문연장또는성토고가낮은일부구간등에제한적으로시공되고있다. 프리캐스트세그먼트를이용한대형개착식터널구조물의구조적안정성향상을위하여 3분절프리캐스트세그먼트의리브보강을통한구조적안정향상관련연구가수행되었다 ( 이규필등, 2008). 본연구에서는기 Tunnelling Technology, Vol. 11, No. 3, September

수행된 3분절리브보강프리캐스트세그먼트제작상의문제점및시공후외관상문제점등을보완하기위한추가적인연구를수행하였으며, 이를위하여폭 4.

프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물개요 프리캐스트를이용한조립식구조물시공법은공장에서프리캐스트를제작한후현장에서조립하여완성하는공법으로,

프리캐스트구조물의장점을활용한개착식터널구조물설계및시공을위하여프랑스등선진외국에서는소 형프리캐스트박스구조물설계및시공기술을발전시켜그림 1에나타낸바와같이

또한국내전문건설기업에서도그림 2에서보이는바와같이 PAB(Precast Arch Bridge) 공법을개발청원- 상주간고속도로탄부터널등에적용하고있다.

2 수행된 3분절리브보강프리캐스트세그먼트제작상의문제점및시공후외관상문제점등을보완하기위한추가적인연구를수행하였으며, 이를위하여폭 4.8 m, 높이 3 m 아치형대형시험체를제작리브보강단면형상변화에의한프리캐스트아치터널구조물의역학적거동특성을분석하였다. 2. 프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물개요 프리캐스트를이용한조립식구조물시공법은공장에서프리캐스트를제작한후현장에서조립하여완성하는공법으로, 공기단축은물론이고도심지의경우교통흐름방해를최소화할수있으며공장생산으로엄격한품질관리에의해균질한제품을생산할수있는장점이있다. 프리캐스트구조물의장점을활용한개착식터널구조물설계및시공을위하여프랑스등선진외국에서는소 형프리캐스트박스구조물설계및시공기술을발전시켜그림 1에나타낸바와같이 2개의프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물을시공하고있다. 또한국내전문건설기업에서도그림 2에서보이는바와같이 PAB(Precast Arch Bridge) 공법을개발청원- 상주간고속도로탄부터널등에적용하고있다. 또한국내최초로구연터널 ( 밀양소재 ) 에 3분절세그먼트를활용한개착식터널구조물을시공하였다 ( 그림 3 참조 )( 우혁근등, 2007). 3. 리브보강프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물 프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물의시공은기존현장타설콘크리트라이닝시공법에비하여시공성및품질관리등의장점이있으며, 세그먼트연결부가내부힌지로작용하게된다. 따라서현장타설 그림 1. 프리캐스트조립식터널시공전경 ( 프랑스 ) 그림 3. 국내최초 3 분절세그먼트를이용한터널구조물 그림 2. PAB( 국내사례 ) 그림 4. 리브보강프리캐스트세그먼트조립후전경 266 터널기술, 제 11 권제 3 호, 2009 년 9 월

프리캐스트터널 Liner 의리브보강형상변화에따른역학적거동특성 그림 5. 기존리브보강프리캐스트세그먼트터널구조물수치해석결과분석 콘크리트라이닝과같은개착식터널구조물대비동일하중조건에서발생하는휨모멘트가감소하게되므로세그먼트부재의단면이감소될뿐만아니라부재를경량화할수있다.

상기문제점을해결하고프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물의구조적안정성향상을도모하고자, 그림 4에서보이는바와같이천정부에설치되는세그먼트하부 ( 터널내공측 ) 에리브를설치하여프리캐스트세그먼트를이용한터널구조물의구조적안정성을 3.3배 ( 극한하중기준 ) 증대시켰다 ( 이규필, 2007). 3.1 기존리브보강프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물문제점분석 3.

이는천정부세그먼트의휨강성이벽체부세그먼트의휨강성보다 리브단면축소 그림 6. 기존리브보강단면축소개념도 상대적으로크기때문에세그먼트조립후터널구조물이아치구조물로거동하지않고, 휨강성이큰천정부세그먼트가단순보와같이거동하는것으로판단된다.

3 프리캐스트터널 Liner 의리브보강형상변화에따른역학적거동특성 그림 5. 기존리브보강프리캐스트세그먼트터널구조물수치해석결과분석 콘크리트라이닝과같은개착식터널구조물대비동일하중조건에서발생하는휨모멘트가감소하게되므로세그먼트부재의단면이감소될뿐만아니라부재를경량화할수있다. 그러나고성토조건및광폭터널등에적용하기에는세그먼트연결부의전단변위및축력등에의하여구조적안정성확보에문제점을갖고있다 ( 배규진등, 2003). 상기문제점을해결하고프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물의구조적안정성향상을도모하고자, 그림 4에서보이는바와같이천정부에설치되는세그먼트하부 ( 터널내공측 ) 에리브를설치하여프리캐스트세그먼트를이용한터널구조물의구조적안정성을 3.3배 ( 극한하중기준 ) 증대시켰다 ( 이규필, 2007). 3.1 기존리브보강프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물문제점분석 리브보강프리캐스트세그먼트보완을위한수치해석적검토본연구에서는기존리브보강세그먼트의문제점분석을위하여수치해석을수행하였다. 프리캐스트세그먼트의리브보강을통하여구조적안정성은크게향상되었으나, 수치해석결과리브보강단부에서응력이크게발생하는것으로나타났다 ( 그림 5 참조 ). 이는천정부세그먼트의휨강성이벽체부세그먼트의휨강성보다 리브단면축소 그림 6. 기존리브보강단면축소개념도 상대적으로크기때문에세그먼트조립후터널구조물이아치구조물로거동하지않고, 휨강성이큰천정부세그먼트가단순보와같이거동하는것으로판단된다. 따라서세그먼트조립후터널구조물이아치구조물로거동할수있도록천정부세그먼트의휨강성감소가요구된다. 그림 6에서보이는바와같이리브보강단면을점차감소시켜수치해석을수행하였다. 수치해석결과단면 2 차모멘트가약 75% 감소될경우리브에발생하는최대인장응력은기존단면과유사하게발생할뿐만아니라, 기존리브보강단부의응력집중현상이발생되지않았다 ( 그림 7 참조 ). 또한천정부세그먼트아치부에서발생하는최대인장응력및압축응력은기존단면보다크 Tunnelling Technology, Vol. 11, No. 3, September

그림 8에서보이는바와같이터널갱문연장시리브보강단면에서본선터널구간대비약 10%

4 그림 7. 리브보강단면축소조건수치해석결과 표 1. 리브형상변화에따른응력비교 구분기존리브보강단면변경리브보강단면비고천정부세그먼트상연 MPa MPa 상연아치부하연 0.17 MPa MPa 하연천정부세그먼트 MPa MPa 리브하부리브하부 게발생하나구조적안정성을확보가가능한범위이며, 이는하중재하시천정부세그먼트의휨저항효과가증가될수있을것으로판단된다 터널구조물내공단면축소프리캐스트세그먼트조립후구조적안정성향상을 위하여 3분절로구성된프리캐스트세그먼트가운데천정부에설치되는세그먼트의터널내공측에리브를설치하였으나, 그림 8에서보이는바와같이터널갱문연장시리브보강단면에서본선터널구간대비약 10% 정도내공단면이감소된다 ( 그림 9 참조 ). 내공단면의감소는운전자에게심적부담감을제공하게되며, 리브보강 그림 8. 터널갱문시공을위한프리캐스트세그먼트조립전경 그림 9. 리브보강에의한터널내공단면변화 268 터널기술, 제 11 권제 3 호, 2009 년 9 월

프리캐스트터널 Liner 의리브보강형상변화에따른역학적거동특성 형프리캐스트세그먼트의현장적용성확대를위해서는리브보강효과를최대한유지함과동시에내공단면축소를최소화하여야한다. 이는 3.1.1의수치해석결과를토대로변경된리브단면으로검토시내공단면감소는기존리브보강단면보다약 50% 감소시킬수있다. 3.1.3 프리캐스트세그먼트생산성향상본연구에서는프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물의구조적안정성향상을도모하고자리브보강형프리캐스트세그먼트에대한연구를수행하였다.

그러나, 2열리브보강프리캐스트세그먼트 ( 이하 A 형리브 ) 제작시각리브에대한철근조립이별도로요구되고콘크리트타설시작업성저하등의문제점이발생하였다. 따라서프리캐스트세그먼트의생산성향상을위하여 2열의리브를 1개의리브로 ( 이하 B형리브 ) 변경하여 T형단면으로변경하였다 ( 그림 11(b) 참조 ). 4. 대형재하실험 4.1 대형재하실험개요 4.1.1 실험체제작 축소모형실험을통하여실구조물의거동을재현하기위해서는기하학적상사율, 재료적상사율과하중상사율과같은상사조건이충족되어야한다.

5 프리캐스트터널 Liner 의리브보강형상변화에따른역학적거동특성 형프리캐스트세그먼트의현장적용성확대를위해서는리브보강효과를최대한유지함과동시에내공단면축소를최소화하여야한다. 이는 3.1.1의수치해석결과를토대로변경된리브단면으로검토시내공단면감소는기존리브보강단면보다약 50% 감소시킬수있다 프리캐스트세그먼트생산성향상본연구에서는프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물의구조적안정성향상을도모하고자리브보강형프리캐스트세그먼트에대한연구를수행하였다. 또한 15m이상의고성토또는 4차선도로터널등과같은광폭터널현장조건에서활용가능하도록, 프리캐스트세그먼트의내하력을추가적으로증대시키기위하여, 그림 10에서보이는바와같이 2열의프리스트레스도입을위하여리브단면형상또한 2열로제작하였다 ( 그림 11(a) 참조 ). 그러나, 2열리브보강프리캐스트세그먼트 ( 이하 A 형리브 ) 제작시각리브에대한철근조립이별도로요구되고콘크리트타설시작업성저하등의문제점이발생하였다. 따라서프리캐스트세그먼트의생산성향상을위하여 2열의리브를 1개의리브로 ( 이하 B형리브 ) 변경하여 T형단면으로변경하였다 ( 그림 11(b) 참조 ). 4. 대형재하실험 4.1 대형재하실험개요 실험체제작 축소모형실험을통하여실구조물의거동을재현하기위해서는기하학적상사율, 재료적상사율과하중상사율과같은상사조건이충족되어야한다. 축소모형실험에사용되는실험체에대한기하학적상사율은구조물의모든제원을상사율에맞추어축소시킴으로써충족된다. 그러나철근은실구조물에사용된제품에대해상사율을고려할때이를충족시키는기성제품이제작되지않고있으므로이에최대한근접한직경의기성제품철근을사용하였다. 따라서철근비는거의동일하지만사용철근의개수가작아지므로철근의배근간격이넓어지게된다. 이와같은방법으로제작된실험체는균열형태에차이를나타낼수있으나실구조물의전반적인거동을재현하기에는충분한것으로판단된다 ( 이규필등, 2008). 리브보강프리캐스트세그먼트의대형재하실험용축소모형의제원, 철근배근상세및제작전경은그림 12~13과같고, 콘크리트재령 28일일축압축강도는 40 MPa이다. 리브형상변화에따른프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물의구조적특성분석을위하여, 본연구에서는 B형리브보강실험체를제작하였다. 그림 10. 프리스트레스도입개념도 (a) 변경전 (A 형리브 ) (b) 변경후 (B 형리브 ) 재하실험조건개착식터널구조물시공시성토체는터널구조물에연직및수평토압으로작용할뿐만아니라, 터널구조물의변위를제어하기도한다. 리브보강프리캐스트구조물의성능개선효과를평가하기위해서는이러한터널구조물과성토지반과의상호작용등을모사하여야하나, 하중재하시스템의제한등으로인하여그림 14에서보이는바와같이각천정부프리캐스트세그먼트형상별내하력평가를위한연직하중을천단부에재하하였다. 재하하중은천단부에선하중으로재하를하였으며 servo controller를통한하중제어방식으로하중재하속도는 kn/min 이다. 그림 11. 리브보강단면변화개념도 Tunnelling Technology, Vol. 11, No. 3, September

6 (a) 리브 A 형 ( 상 ) 및리브 B 형 ( 하 ) 아치부단면도 ( 정면 ) (b) 리브 A 형 ( 좌 ) 및리브 B 형 ( 우 ) 아치부단면도 ( 단면 ) 그림 12. 프리캐스트세그먼트단면도 ( 단위 : mm) 270 터널기술, 제 11 권제 3 호, 2009 년 9 월

본논문에서는아치천단부의중앙에서측정한계측결과를토대로구조적안정성을비교분석하였다 ( 그림 15~16 참조 ). (c) 측벽부단면도 그림 12.

7 프리캐스트터널 Liner 의리브보강형상변화에따른역학적거동특성 계측대형재하실험시계측은벽체부및천정부세그먼트 6개소에스트레인게이지를설치하였으나, 본논문에서는아치천단부의중앙에서측정한계측결과를토대로구조적안정성을비교분석하였다 ( 그림 15~16 참조 ). (c) 측벽부단면도 그림 12. 프리캐스트세그먼트단면도 ( 단위 : mm)( 계속 ) 그림 13. 세그먼트제작전경 (a) 단순프리캐스트 (b) A 형리브보강 (c) B 형리브보강 그림 14. 재하실험개요 Tunnelling Technology, Vol. 11, No. 3, September

300 250 Load(kN), 200 150 100 No Rib Arch Top No Rib Arch Bot. 50 균열발생 그림 15. 스트레인게이지설치개요 0-1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 Strain(x10-6 ) 그림 17. 단순프리캐스트아치세그먼트하중 - 변형률관계 그림 16. 스트레인게이지설치전경 4.

재하하중이증가함에따라약 20 kn의재하하중조건에서균열이발생되면서중립축이상승하고, 재하하중이 25 kn을넘어서면서부터하부철근및상부철근에서동시에인장거동이관찰되었다. 최종적으로재하하중약 78 kn에서압축측콘크리트의압괴에의하여실험체파괴가발생되었다 ( 그림 17~18 참조 ). 그림 18. 단순프리캐스트아치세그먼트파괴후전경 4.2.2 A형리브보강프리캐스트아치세그먼트 A형리브보강프리캐스트아치세그먼트에대한실험결과초기하중재하단계에서아치부상부철근 (arch-top) 은압축거동을하는것으로나타났으나, 아치부하부철근 (arch-bot) 에서는변형이발생하지않는것으로나타났다.

8 Load(kN), No Rib Arch Top No Rib Arch Bot. 50 균열발생 그림 15. 스트레인게이지설치개요 Strain(x10-6 ) 그림 17. 단순프리캐스트아치세그먼트하중 - 변형률관계 그림 16. 스트레인게이지설치전경 4.2 대형재하실험결과 단순프리캐스트아치세그먼트리브보강을하지않은단순프리캐스트아치세그먼트에대한실험결과, 초기하중재하단계에서아치세그먼트상부철근 (arch-top) 은압축거동, 하부철근 (arch-bot) 은인장거동을보이는전형적인단순보형상의거동을보이는것으로나타났다. 재하하중이증가함에따라약 20 kn의재하하중조건에서균열이발생되면서중립축이상승하고, 재하하중이 25 kn을넘어서면서부터하부철근및상부철근에서동시에인장거동이관찰되었다. 최종적으로재하하중약 78 kn에서압축측콘크리트의압괴에의하여실험체파괴가발생되었다 ( 그림 17~18 참조 ). 그림 18. 단순프리캐스트아치세그먼트파괴후전경 A형리브보강프리캐스트아치세그먼트 A형리브보강프리캐스트아치세그먼트에대한실험결과초기하중재하단계에서아치부상부철근 (arch-top) 은압축거동을하는것으로나타났으나, 아치부하부철근 (arch-bot) 에서는변형이발생하지않는것으로나타났다. 따라서아치부하부철근설치위치에중립축이위치하는것으로판단된다. 재하하중약 55 kn에서리브중앙하부에균열발생이관찰되었으며, 재하하중약 100 kn에서리브하부철근항복과함께아치부하부철근의하중부담이증가되어하중- 변형률곡선의기울기가급격히감소하는것으로나타났다. 재하하중약 235 kn에서아치부하부철근은항복점 272 터널기술, 제 11 권제 3 호, 2009 년 9 월

프리캐스트터널 Liner 의리브보강형상변화에따른역학적거동특성 300 250 Rib A 형 Arch Top Rib A 형 Arch Bot. 300 250 Rib B 형 Arch Top Rib B 형 Arch Bot.

A 형리브보강프리캐스트아치세그먼트하중 - 변형률관계 50 균열발생 0-1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 Strain(x10-6 ) 그림 21. B 형리브보강프리캐스트아치세그먼트하중 - 변형률관계 그림 20.

9 프리캐스트터널 Liner 의리브보강형상변화에따른역학적거동특성 Rib A 형 Arch Top Rib A 형 Arch Bot Rib B 형 Arch Top Rib B 형 Arch Bot Load(kN) 150 Rib-1&2 Load(kN) 150 Rib 균열발생 Strain(x10-6) 그림 19. A 형리브보강프리캐스트아치세그먼트하중 - 변형률관계 50 균열발생 Strain(x10-6 ) 그림 21. B 형리브보강프리캐스트아치세그먼트하중 - 변형률관계 그림 20. A 형리브보강프리캐스트아치세그먼트파괴후전경 에도달하였고, 재하하중약 249 kn에서최종적으로압축측콘크리트의압괴로인한실험체의파괴가발생되었다 ( 그림 19~20 참조 ) B 형리브보강프리캐스트아치세그먼트 B형리브보강프리캐스트아치세그먼트에대한실험결과 A형리브보강프리캐스트아치세그먼트에대한실험결과와는상이하게하중재하시아치부상부철근 (arch-top) 및하부철근 (arch-bot) 모두압축거동을하는것으로나타났다. 재하하중약 34 kn에서리브중앙하부에균열발생이관찰되었으며, 리브하부철근은재하하중약 40 kn을 그림 22. B형리브보강프리캐스트아치세그먼트실험전경변곡점으로하중 -변형률곡선의기울기가급격히감소하는소성거동을보이것으로나타났다. 또한재하하중약 235 kn에서최종적으로압축측콘크리트의압괴로인한실험체의파괴가발생되었다 ( 그림 21~22 참조 ). 4.3 결과분석 균열및극한하중비교프리캐스트세그먼트를이용한개착식터널구조물의리브보강효과분석을위한정적재하실험으로부터얻어진각실험체의균열발생하중및극한하중은다음의표 2와같다. 표 2에서보이는바와같이프리캐스트세그먼트의리 Tunnelling Technology, Vol. 11, No. 3, September

10 표 2. 균열발생하중및극한하중비교구분 균열발생하중 극한하중 단순프리캐스트아치 20 kn 78 kn A형리브보강프리캐스트아치 55 kn 249 kn B형리브보강프리캐스트아치 34 kn 235 kn (a) 리브 A 형천단부단면 (b) 리브 B 형천단부단면 그림 23. 리브 A 형및리브 B 형천단부단면비교 브보강효과로 A형리브보강프리캐스트아치의경우천단부에균열이발생하는하중은리브가없는단순프리캐스트에비해 2.75배, 구조물의극한하중은약 3.2배증가하는것으로나타났다. 또한 B형리브보강프리캐스트아치의경우천단부에균열이발생하는하중은리브가없는단순프리캐스트에비해 1.7배, 구조물의극한하중은약 3배증가하는것으로나타났다. 따라서, 단순프리캐스트세그먼트구조물에대한리브보강을통하여구조물의구조적안정성이크게향상된것으로나타났다 A형및 B형리브보강효율분석 A형리브보강프리캐스트구조물의극한하중이 B형리브보강프리캐스트구조물의극한하중보다 14 kn 큰것으로나타났다. 그림 23 및표 3에서나타낸바와같이 A형리브및 B형리브의최대단면적은각각 2,729 cm 2, 1,858 cm 2 로수행된 A형리브시험체의단면적이약 871 cm 2 크고, 시험체제작에소요된철근의개수는 A형리브 28개, B형리브 23개이며, 철근량은각각 표 3. A형리브및 B형리브단면적및주철근량비교 A형리브 B형리브천단부단면적 2,729 cm 2 1,858 cm 2 천단부주철근철근량 cm cm 2 주철근개수 28 개 23 개 cm 2, cm 2 로 A형리브의철근량이 3.56 cm 2 크다. 본연구에서는두시험체의리브형상변화에따른구조적안정성효과를비교분석하기위하여, 각시험체에대한환산단면적개념을이용하여분석하였다. 각시험체의환산단면적은 A형리브약 2,748.3 cm 2, B형리브약 1,873.7 cm 2 로 A형리브의단면적이 B형리브보다 cm 2 크다. 즉, 환산단면적의경우 A형리브가 B형리브보다약 47% 크나, 대형재하실험결과극한하중은 A형리브가 B형리브보다약 6% 큰것으로나타났다. 따라서, 본연구에서는두시험체의리브형상변화에따른구조적안정성효과를비교분석하기위하여, 환산 274 터널기술, 제 11 권제 3 호, 2009 년 9 월

11 프리캐스트터널 Liner 의리브보강형상변화에따른역학적거동특성 표 4. A 형리브및 B 형리브의내하력효율비교 A형리브 B형리브 내하력효율 단면적당각시험체의극한하중비율을내하력효율이라정의하고상기결과를비교 / 분석하였다 ( 식 (1) 참조 ). 각시험체의극한하중내하력효율 각시험체의환산단면적 (1) 표 4에서보이는바와같이 B형리브의내하력효율은 0.125로 A형리브의내하력효율 0.091보다약 37% 높은것으로나타났으며, B형리브보강프리캐스트구조물이외부하중을보다효과적으로지지할수있을것으로판단된다. 5. 결론 본연구에서는기존리브보강프리캐스트아치개착식터널구조물의문제점을분석및보완하기위하여, 2 차선도로터널을기초로하여 1/2.67 scale의대형시험체를제작하고하중재하시험을수행하였으며다음과같은결론을얻을수있었다. 1. 수치해석결과 A형리브프리캐스트세그먼트구조물은아치구조물의역학적거동보다는단순보의거동을보이는것으로나타났으며, 이로인하여리브보강단부에응력집중현상문제점이발생하였다. 본연구에서는상기문제점해결을통하여보다효율적인프리캐스트터널구조물시공을위한 B형리브보강프리캐스트세그먼트구조물을개발하였으며대형재하실험을통하여그효과를증명하였다. 2. 또한 B형리브프리캐스트세그먼트구조물은 A형리브프리캐스트세그먼트구조물의터널구조물내공단면축소현상을약 50% 의감소시켜공용시개방감을향상시킬수있으며, 프리캐스트세그먼트보강을위한리브설치개수감소를통하여세그먼트생산성을향상시켰다. 3. B형리브보강단면의단면 2차모멘트는 A형리브보강단면대비 75% 감소하였으나, 극한하중은 97% 수준으로높은구조적안정성을확보하는것으로나타났으며, 리브로보강하지않은단순프리캐스트구조물대비약 3배의구조적안정성을확보하는것으로나타났다. 4. A형리브보강단면과 B형리브보강단면의내하력효율은각각 0.091, 0.125로 B형리브보강단면이 137% 정도하중지지효과가높은것으로나타났으며, 이는 B형프리캐스트세그먼트구조물이 A형프리캐스트세그먼트구조물보다아치구조물거동에가까운거동을하기때문인것으로판단된다. 감사의글 본연구는건설교통부가출연하고한국건설교통기술평가원에서위탁시행한 2006년도건설핵심기술연구개발사업 ( 과제번호 : 06-건설핵심 C19, 과제명 : 리브보강형프리캐스트아치를이용한개착터널의설계및시공법개발 ) 에의하여연구비가지원되었습니다. 참고문헌 1. 배규진, 이규필 (2001), 개착식터널라이닝해석을위한모델링기법에관한연구, 터널기술, 한국터널공학회논문집, Vol. 3, No. 2, pp 배규진등 (2003), 복개터널구조물의성토하중경감및라이닝설계기술개발, 건기연 , pp 우혁근등 (2007), 리브보강형프리캐스트아치를이용한개착터널의설계및시공법개발, R&D/06 건설핵심 -C19, pp 이규필, 이성원, 김영진, 황훈희 (2007), 프리캐스트아치터널구조물의리브보강효과, 2007 년도대한토목학회학술발표회, pp 이규필, 이성원, 신휴성, 황재홍 (2008), 리브보강프리캐스트터널 Liner 의역학적거동특성, 터널기술, 한국터널공학회논문집, Vol. 10, No. 3, pp 접수일 ( ), 수정일 (1 차 : , 2 차 : ), 게재확정일 ( ) Tunnelling Technology, Vol. 11, No. 3, September

<INPUT DATA & RESULT / 전단벽 > NUM NAME tw Lw Hw 철근 위치 Pu Mu Vu RESULT (mm) (mm) (mm) 방향 개수 직경 간격 (kn) (kn-m)

<INPUT DATA & RESULT / 전단벽 > NUM NAME tw Lw Hw 철근 위치 Pu Mu Vu RESULT (mm) (mm) (mm) 방향 개수 직경 간격 (kn) (kn-m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 NUM NAME tw Lw Hw 철근 위치 Pu Mu Vu RESULT (mm) (mm) (mm) 방향 개수 직경 간격 (kn) (kn-m) (kn) 휨 전단 축력 종합 1 2W1 300 3400 4500 수직 2EA- D13 @150