Embedded Trench Installation을 적용한 지중아치구조물의 토압 및 응력감소에 대한 수치해석 및 실험 연구 :Numerical and Experimental Study on the Earth Pressure and Stress Reduction of Embedded Trench Installation on Underground Arch Structures

임환기

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자료유형: 학위논문

저자정보: 임환기 (상명대학교, 상명대학교 대학원)

지도교수: 박종섭

발행연도: 2018

저작권: 상명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

Embedded Trench Installation기법을 적용한 지중아치구조물의 매설 깊이에 따른 토압 경감 효과의 실험 연구

임환기 , 김수하 , 랄프 외 2명 한국강구조학회 학술대회 발표집 2018.05 학술대회자료

Embedded Trench Installation을 적용한 지중아치구조물의 토압 및 응력감소에 대한 수치해석 및 실험 연구

임환기 ; 2018.01 학위논문

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최근 국내에는 급속한 도시화와 인구과밀과에 따른 교통상의 문제 뿐만 아니라 제한된 국토로 인하여 단위면적당 건축물의 비용 상승은 물론 소음, 대기오염, 수질오염, 토질오염 등 공해물질의 배출로 인한 사회적 비용이 심각한 사회문제로 부각되고 있다. 따라서 도시의 입체적 개발 특히 지하공간의 개발에 대한 수요가 증가하고 있는 실정이다. 하지만 지하구조물의 경우 토압 경량화의 기술적 한계로 토피고가 제한되는 문제를 가지고 있으며, 이를 해결하기 위하여 EPS(Expanded Polystyrene) Geofoam을 이용한 여러 공법이 개발되고 있다. 따라서, 본 연구는 EPS Geofoam을 이용한 신개념 Embedded Trench Installation(ETI)기법을 최초로 지중아치구조물에 적용하여 실증실험과 수치해석을 진행하고 그 결과의 비교를 통한 검증을 진행하였다.
논문의 순서는 서론, 연구 배경 이론, 지중아치구조물의 수치해석, 실증실험과 수치해석의 비교를 통한 검증 그리고 결론 순으로 총 5개의 챕터로 구성되어 진행되었다. 서론은 지하 구조물의 필요성과 중요성, 연구 내용과 범위 그리고 연구 목적에 대하여 정의한다. 연구 배경 이론은 EPS Geofoam의 공학적 특성, EPS의 적용분야, 기존의 EPS 공법 그리고 Imperfect Trench Installation(ITI)기법에 대한 내용을 통하여 신개념 Embedded Trench Installation(ETI)기법을 소개하고 연구의 이론 및 개념을 정의하였다. 지중아치구조물의 수치해석 방법은 Soil-Structure Modeling 기법을 적용한 2D해석과 3D해석을 진행하여 경향분석과 실험체 해석을 진행하였으며, 지중아치구조물의 Span-Rise비와 Geofoam Size를 고려하여 최적의 Geofoam을 알아보기 위해 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS(2016)을 사용하였다. 실증실험을 통한 비교 검증에서는 계측기 설치 계획, 실험체 제작과정 그리고 실험결과 와 수치해석결과와의 비교분석을 적절성과 신뢰성을 검증하였다.
본 연구는 지중아치구조물에 EPS Geofoam을 적용하는 국내외 최초의 실증실험을 진행하였으며, 실험결과와 수치해석결과와의 적절성과 신뢰성에 대한 검증이 이루어진다면 지중아치구조물의 토압경량화의 공법적 한계를 극복할 수 있을 것이며, 최종적으로는 심층지하공간에 개발에 도움이 될 것으로 판단된다.

표 차례 III
그림 차례 IV
국 문 요 약 VI
Chapter 1. 서론 1
1.1. 연구배경 1
1.2. 연구의 중요성 2
1.3. 연구 내용 및 목적 4
Chapter 2. 연구 배경 이론 6
2.1. EPS Geofoam의 개요 6
2.1.1. EPS의 공학적 특성 6
2.1.2. EPS 적용 분야 9
2.2. EPS Geofoam을 이용한 공법 11
2.2.1. 기존 EPS 공법 11
2.2.2. Imperfect Trench Installaion(ITI) 공법 12
2.2.3. Embedded Trench Installaion(ETI) 공법 14
Chapter 3. 지중아치구조물의 수치해석 15
3.1. 유한요소해석 조건 15
3.1.1. Soil-Structure 해석 모델의 적절성 평가 15
3.1.2. 유한요소모델링 방법 17
3.1.2.1 Geofoam 적용 형상 17
3.1.2.1 유한요소모델링 17
3.1.3. 유한요소모델의 재료 특성 18
3.2. 2D해석을 통한 거동 특성 분석 20
3.2.1 경계 조건 및 하중 조건 20
3.2.2. 해석 매개변수 21
3.2.3. Rise비에 따른 수치 해석 및 최적 Geofoam 선정 22
3.2.3.1 Rise비에 따른 수치 해석 22
3.2.3.2 최적 Goefoam 선정 38
3.3. 3D해석을 통한 실험체 해석 43
3.4. 소 결 48
Chapter 4. 지중아치구조물의 실증실험 49
4.1. 계측기 설치 계획 52
4.1.1. 토압계 및 Strain Gauges 52
4.1.2. Data Logger 53
4.2. 실험체 제작과정 55
4.2.1. 실험계획 55
4.2.2. 실험방법 58
4.2.3. 실험체 설계 및 설치 과정 60
4.2.3.1 실험체 설계단면 60
4.2.3.2 실험체 설치과정 및 실험 준비과정 64
4.3. 실험결과 및 분석 69
4.3.1. 구간별 작용하는 토압비교 69
4.3.2. 구간별 작용하는 변형률 비교 79
4.3.3. 실험결과와 해석결과 분석 85
4.4. 소결 95
Chapter 5. 결론 97
참고 문헌 99
ABSTRACT 102
감사의 글 104

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