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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박종섭
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 상명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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시공조건을 고려한 재생 및 신재료 플라스틱 조립식 하수관거 기초의 안전성
국내 하수관거는 1970년대에 접어 들면서 본격 설치에 이르게 되고, 1979년도에는 관거의 연장이 10,000km에 달하며, 국민 위생 및 생활환경 개선에 큰 역할을 수행하였다. 하지만 급격한 경제성장에 의한 무분별한 설치와 건설 공기 단축을 위한 부실 시공 등에 의해 현재는 급격한 노후화에 따른 유지관리 및 교체, 신설 비용이 증가하는 추세이다. 또한 최근 이슈가 되고 있는 싱크홀은 노후 및 파손된 하수관거의 누수로인한 지반 약화를 원인으로 보고된 사례가 있다. 더 이상 하수관거의 노후화 및 부실시공, 유지관리 미흡 등의 요소는 환경오염뿐만 아니라 국민 안전을 위협하는 새로운 요소로 부각되고 있다. 하수관거의 주된 파손원인으로는 관거의 노후화에 따른 누수로 인한 지반 지지력 저하이며, 지반이 충분한 지지력을 확보하지 못할 경우에는 관거의 단차에 의한 이격이 심화되고 누수 및 파손이 점차 확산된다. 따라서 하수관거를 지지하는 지반 및 기초는 충분한 능력을 지니도록 안정성을 검토해야 하며, 하수관거의 설치 연장을 고려한 경제적 설계는 필수적이다. 이에 따라 많은 연구자들은 다양한 하수관거 기초에 대한 연구를 수행하였다. 특히 최근 환경에 대한 관심 수요가 증가하면서 경제성을 극대화한 재활용 재료를 사용한 하수관거 기초의 뒤채움재에 대한 연구를 시작으로 재생 플라스틱재료를 활용한 조립식 하수관거 기초까지 연구자들의 고찰이 있었다.
본 연구에서는 재생 플라스틱 재료를 하수관거 기초에 적용시킨 선행 연구를 바탕으로 재생 및 신재료 합성 조립식 하수관거 기초의 유한요소해석을 수행하였다. 기초의 모델링은 일반적으로 사용되는 관경 200mm, 300mm와 합류식 및 특수한 경우 사용되는 관경 600mm, 700mm, 800mm로 구분하여, 기존의 2차원 좌표계에 그려진 모델을 3차원 좌표계로 옴겨와 기본 모델을 작도하였으며, 절곡부 및 세부 연결부의 단순화 작업을 통하여 유한요소해석 기본 모델을 구축하였다. 또한 ABAQUS(2009) CAE로 불러들여, 3차원 쉘 요소 모델을 완성하였다. 완성된 모델은 토피고 1m~10m까지의 일반 매설깊이를 가정한 상재하중과 재생 및 신재료 합성재료 재원, 경계조건을 입력하여 선형탄성 해석을 수행하였다.
재생 및 신재료 합성 조립식 하수관거 기초의 안정성 검토는 합성 재료의 실험 결과에서 도출한 항복응력과 비교하였으며, 항복응력에 70%에 해당하는 응력을 받을 경우에는 단면보강 필요, 항복응력 이상을 상회하는 경우에는 단면보강 및 설계변경 필요로 안전성을 판단하였다.
본 연구 결과는 재생 및 신재료 합성 조립식 하수관거 기초의 가설 및 시공단계에서의 현장조건을 설계에 최대한 반영할 수 있도록 상재하중 산출 방법을 제시하였으며, 재료의 불확실성을 고려한 안전성 판단 기준제시한다. 또한 사후처리가 아닌 사전예방적 관점으로의 연구 수행에 이바지 하고, 향후 다양한 형태의 하수관거 기초의 해석적 연구에 도움이 될 것으로 판단된다.
국내 하수관거는 1970년대에 접어 들면서 본격 설치에 이르게 되고, 1979년도에는 관거의 연장이 10,000km에 달하며, 국민 위생 및 생활환경 개선에 큰 역할을 수행하였다. 하지만 급격한 경제성장에 의한 무분별한 설치와 건설 공기 단축을 위한 부실 시공 등에 의해 현재는 급격한 노후화에 따른 유지관리 및 교체, 신설 비용이 증가하는 추세이다. 또한 최근 이슈가 되고 있는 싱크홀은 노후 및 파손된 하수관거의 누수로인한 지반 약화를 원인으로 보고된 사례가 있다. 더 이상 하수관거의 노후화 및 부실시공, 유지관리 미흡 등의 요소는 환경오염뿐만 아니라 국민 안전을 위협하는 새로운 요소로 부각되고 있다. 하수관거의 주된 파손원인으로는 관거의 노후화에 따른 누수로 인한 지반 지지력 저하이며, 지반이 충분한 지지력을 확보하지 못할 경우에는 관거의 단차에 의한 이격이 심화되고 누수 및 파손이 점차 확산된다. 따라서 하수관거를 지지하는 지반 및 기초는 충분한 능력을 지니도록 안정성을 검토해야 하며, 하수관거의 설치 연장을 고려한 경제적 설계는 필수적이다. 이에 따라 많은 연구자들은 다양한 하수관거 기초에 대한 연구를 수행하였다. 특히 최근 환경에 대한 관심 수요가 증가하면서 경제성을 극대화한 재활용 재료를 사용한 하수관거 기초의 뒤채움재에 대한 연구를 시작으로 재생 플라스틱재료를 활용한 조립식 하수관거 기초까지 연구자들의 고찰이 있었다.
본 연구에서는 재생 플라스틱 재료를 하수관거 기초에 적용시킨 선행 연구를 바탕으로 재생 및 신재료 합성 조립식 하수관거 기초의 유한요소해석을 수행하였다. 기초의 모델링은 일반적으로 사용되는 관경 200mm, 300mm와 합류식 및 특수한 경우 사용되는 관경 600mm, 700mm, 800mm로 구분하여, 기존의 2차원 좌표계에 그려진 모델을 3차원 좌표계로 옴겨와 기본 모델을 작도하였으며, 절곡부 및 세부 연결부의 단순화 작업을 통하여 유한요소해석 기본 모델을 구축하였다. 또한 ABAQUS(2009) CAE로 불러들여, 3차원 쉘 요소 모델을 완성하였다. 완성된 모델은 토피고 1m~10m까지의 일반 매설깊이를 가정한 상재하중과 재생 및 신재료 합성재료 재원, 경계조건을 입력하여 선형탄성 해석을 수행하였다.
재생 및 신재료 합성 조립식 하수관거 기초의 안정성 검토는 합성 재료의 실험 결과에서 도출한 항복응력과 비교하였으며, 항복응력에 70%에 해당하는 응력을 받을 경우에는 단면보강 필요, 항복응력 이상을 상회하는 경우에는 단면보강 및 설계변경 필요로 안전성을 판단하였다.
본 연구 결과는 재생 및 신재료 합성 조립식 하수관거 기초의 가설 및 시공단계에서의 현장조건을 설계에 최대한 반영할 수 있도록 상재하중 산출 방법을 제시하였으며, 재료의 불확실성을 고려한 안전성 판단 기준제시한다. 또한 사후처리가 아닌 사전예방적 관점으로의 연구 수행에 이바지 하고, 향후 다양한 형태의 하수관거 기초의 해석적 연구에 도움이 될 것으로 판단된다.
목차
표 차례 ···················································································································Ⅲ그림 차례 ···············································································································Ⅳ국문 요약 ···············································································································Ⅵ제 1장. 서론 ···········································································································11.1 연구배경 ·········································································································11.2 연구내용 및 방법·························································································2제 2장. 연구 배경 이론 ·······················································································4제 3장. 하수관거 시설 ·························································································83.1 하수관거의 단면 및 종류 ···········································································83.1.1 철근콘크리트관 ······················································································93.1.2 제품화된 철근콘크리트 직사각형거(정사각형거 포함) ··············· 113.1.3 도관········································································································113.1.4 경질염화비닐관 ····················································································123.1.5 현장타설 철근콘크리트관 ··································································133.1.6 유리섬유 강화 플라스틱관 ································································143.1.7 폴리에틸렌(PE)관················································································143.1.8 덕타일(Ductilie)주철관 ·······································································153.1.9 파형강관 ································································································153.1.10 폴리에스테르수지콘크리트관 ··························································163.2 하수관거의 매설위치 및 깊이, 기초공 ··················································163.2.1 매설위치 ································································································163.2.2 매설깊이 ································································································173.2.3 기초공 ····································································································183.3 하수관거기초의 상재하중 계산·······························································213.3.1 수직토압 ································································································213.3.2 상재 흙 수평토압 하중(Marston Equation) ··································223.3.3 콘크리트 포장면에 의한 연직응력 증가량 ····································253.3.4 차량하중에 의한 활하중(DB-24) ·····················································263.3.5 관거 자중 및 수위에 따른 하중······················································27제 4장. 유한요소해석 모델링 ··········································································284.1 하수관거 기초의 해석 범위 ··································································
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