공사기간을 고려한 시스템 동바리의 풍하중 안전성 분석 :Structural Safety Analyses of System Support on Wind Loads considering Construction Period

이선우

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이선우 (충북대학교, 충북대학교 대학원)

지도교수: 원정훈

발행연도: 2014

저작권: 충북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

공사기간을 고려한 시스템 동바리의 풍하중 안전성 분석

이선우 생산공학과(산업) 2014.01 학위논문

지역별 기본풍속과 공사기간을 반영한 시스템 동바리 설계 풍하중 분석

이선우 , 원정훈 , 마호성 한국안전학회지 2014.01 학술저널

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시스템 동바리는 대부분의 현장에서 풍하중에 대한 검토 없이 고정하중만 고려된 하중재하 상태에서 붕괴 안전성을 검토한 후 사용되고 있다. 영구 구조물과는 달리 설치 후 해체까지의 존치 기간이 짧은 시스템 동바리의 풍하중 규모를 명확히 정의하기는 쉽지 않으며, 공사 기간 등을 반영한 적정 수준의 풍하중 기준에 대한 연구가 많지 않은 실정이다. 따라서 본 논문에서는 일반적인 설계 수준으로 시공되는 시스템 동바리를 대상으로 공사기간을 반영한 풍하중을 산정하고, 구조물과 가설공사표준시방서 등에 제시된 풍하중 설계 기준과 함께 시스템 동바리의 구조 응답특성과 안전성을 검토하여 적용 가능한 풍하중 수준을 분석하였다.
공사기간에 따른 시스템 동바리의 적용 풍하중에 의한 구조 안전성을 분석하기 위하여 먼저 영구 구조물과 가설 구조물 설계시 각각의 기준에서 풍하중을 적용하는 방법을 조사·분석한 후 적용 풍하중 크기를 산정하였다. 산정된 결과를 시스템 동바리에 적용하여 구조 해석을 통해 각각의 풍하중에 따른 응답을 비교·분석한 후, 하중조합을 이용하여 최대 조합 응력비를 산정하였다.
기본 풍속 35 m/s를 적용하여 공사기간에 따른 풍하중의 영향을 분석한 결과 공사기간이 증가함에 따라 조합 응력비는 0.833(0.5년)에서 0.960(5.0년)으로 증가하였다. 대상 시스템 동바리에서는 공사기간 1.5년 이하에서는 풍하중을 고려하지 않은 하중조합이 구조 안전성을 지배하나, 1.5년을 넘는 경우 풍하중을 고려한 경우가 구조 안정성을 지배하므로 시스템 동바리의 안전성 검토시 공사기간에 따른 풍하중 수준을 적용하여야 한다고 판단된다. 지역별 기본 풍속의 변화에 따른 응답을 살펴보면, 기본 풍속 30 m/s에서는 풍하중을 고려하지 않아도 되나, 기본 풍속 40 m/s 이상에서는 풍하중을 고려해야 하는 것으로 분석되었다. 또한, 기본 풍속 35 m/s에서는 공사기간 1.5년부터 대상 시스템 동바리에 풍하중을 고려하여야 한다.
가설공사표준시방서의 제시된 풍하중은 공사기간에 따른 시스템 동바리의 응답을 과소하게 평가하여 구조 안전성을 정확하게 평가하지 못하는 기준으로 분석되었다. 기본 풍속 35 m/s인 지역의 경우, 가설공사표준시방서의 2년 이하의 풍하중은 공사기간 0.43년의 수준으로, 5년 이하의 풍하중은 공사기간 2.91년의 수준인 것으로 분석되었다. 콘크리트 교량 가설용 동바리설치지침의 풍하중 수준을 공사기간에 따른 풍하준 수준과 비교한 결과, 기본 풍속 35 m/s인 지역에서는 공사기간 3년에 해당하는 풍하중 수준이며, 기본 풍속 40 m/s의 지역에서는 공사기간 1년에, 기본 풍속 45 m/s인 지역에서는 공사기간 0.5년 미만의 수준인 것으로 분석되었다.

Dead loads is only considered in the general design of system supports without a review on horizontal loads such as wind loads at most sites in order to prevent collapse of system supports under constructions. Unlike permanent structures, it is not easy to clearly define the level of applied wind loads on system supports which have short setting term between installation and disassembly. In this thesis, for system supports constructed in general design levels, wind loads considering construction period, which means setting term, were calculated to define the level of applied wind loads. Then, structural responses and safety level of system supports with calculated wind loads were examined and compared to those of system supports with the level of wind loads following various standards and specifications for permanent and temporary structures.
To analyze structural safety of system supports by applied wind loads in accordance with construction period, methods of applying wind loads in each standard of permanent structures and temporary structures were first investigated. And, the magnitude of applied wind loads was calculated. After applying the calculated results in system supports, responses by the each wind load were analyzed and compared through structural analysis. Finally, the maximum combined stress ratios were calculated to evaluate the structural safety of system supports.
As result of analyzing influence of wind loads in accordance with construction period after applying basic wind speed of 35 m/s, the combined stress ratio increased from 0.833 (0.5 years) to 0.960 (5.0 years) as construction periods increased. In system supports, the load combination which does not include wind loads dominated structural safety in construction periods of 1.5 years or shorter. But, in case of system supports considering wind loads with construction periods of more than 1.5 years, structural safety was dominated by the load combination including wind loads. Thus, it is thought that wind loads level should be applied in accordance with construction periods when reviewing the safety of system supports. Looking into the response by change of basic wind speed according to regions, it is no need to consider wind loads in basic wind speed of 30 m/s. However, it was analyzed that wind loads must be considered in basic wind speed of 40 m/s or above. Also, wind loads must be considered in system supports of basic wind speed of 35 m/s starting from construction period of 1.5 years.
The standard specification for temporary work was analyzed as a incorrect standard for evaluating wind loads, since it underestimated the response of system supports in accordance with construction period. In regions with basic wind speed of 35 m/s, the wind load of 2 years or under in standard specifications for temporary construction was estimated to be 0.43 year construction periods. In regions with basic wind speed of 35 m/s, the wind load of 5 years or under was the level of 2.91 year construction periods. As result of comparing wind loads level of support installing guide for concrete bridge construction to wind loads level in accordance with construction period, basic wind speeds of 35 m/s, 40 m/s, and 45 m/s regions showed 3 years, 1 year, and 0.5 year construction periods, respectively.

Ⅰ. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 필요성 및 목적 3
3. 연구 동향 5
Ⅱ. 이론적 배경 7
1. 풍하중에 의한 구조물 거동 특성 7
2. 풍하중의 산정방법 고찰 17
3. 공사기간에 따른 풍하중 산정 33
Ⅲ. 대상 시스템 동바리와 적용 풍하중 35
1. 대상 시스템 동바리와 분석 모델 36
2. 풍하중 산정 43
Ⅳ. 분석결과 48
1. 풍하중 응답 분석 48
2. 풍하중 수준에 따른 구조 안전성 분석 57
3. 기본 풍속 변화에 따른 안전성 분석 69
Ⅴ. 결 론 76
참고문헌 78
국문요약 80

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