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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 윤순종
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 홍익대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수20
이 논문의 연구 히스토리 (5)
2020
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2016년 9월 12일 경상북도 경주시에서 발생한 경주지진(규모 5.8)과 2017년 11월 15일 경상북도 포항시에서 발생한 포항지진(규모 5.4)은 1978년 대한민국 지진 관측 이래 국내에서 발생한 지진 중 가장 큰 피해가 발생한 지진으로 기록되었다. 경주지진, 포항지진의 피해사례는 다양한 분야에서 발생되었으며, 그중 교량 구조물에도 부분적인 피해가 다수 발생하였다.
특히, 교량 받침부의 파손이 두드러지게 발생하였는데 이는 교량받침과 하부구조가 연결되어 있는 앵커부의 앵커볼트 파손 및 무수축 모르타르 파손이 대부분이다.
지진활동 이외에도, 활하중 등의 작용으로 교량 구조물에 지속적인 진동이 작용하여 앵커부의 앵커볼트 풀림현상이 발생하며, 이는 볼트에 피로하중으로 전달되어 앵커볼트의 파손에 이어 교량받침의 이탈까지 발생하는 교량 주요부재의 치명적인 결함으로 발생된 사례들이 있다. 따라서 기존의 교량받침 앵커시스템의 취약부를 개선하여, 고강도 합금강의 내부소켓을 사용하여 부분적인 유지보수가 가능하며 전단 저항력을 향상시키고, 볼트의 풀림을 원천적으로 방지할 수 있는 앵커시스템에 대한 연구가 필요한 실정이다.
이 연구에서 받침 수직용량 2,000kN 대한 최대전단하중 및 진동내구성 실험을 기존 제품과 비교하여 실시하고 기존 시설물(교량) 내진성능 평가요령에 따라 개선된 앵커시스템에 대한 내진성능평가를 실시하였다. 또한 앵커시스템에 대해서 전단강도 실험값과 비교하여 유한요소해석을 수행하고 유한요소해석 모델을 개발하였다. 그 결과 고강도 내부소켓을 적용한 앵커시스템이 외부소켓 단면의 증가 없이 기존 앵커시스템보다 약 36% 이상 전단 저항성이 우수한 것으로 확인되었으며, 앵커부 내진성능 평가 결과 개선된 앵커시스템을 교량에 적용하였을 때 공급역량이 소요역량을 확보하는 것으로 나타났다. 또한 유한요소해석 결과 실험값과 항복 및 파괴 강도 값이 일치하고 파괴 매커니즘이 유사한 결론을 얻었으므로, 차후 앵커시스템 설계 및 거동 예측에 유한요소해석을 위한 모델로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
진동 내구성 비교실험 결과 기존의 앵커시스템은 풀림이 발생했으나, 이중나선의 풀림방지 시스템을 적용한 앵커부에서는 볼트 풀림이 발생하지 않음을 확인하였다. 개선 앵커시스템을 적용한 교량받침에 대한 비교대상 제품과 생애주기비용 원가분석을 실시한 결과 약 20% 이상 경제적 효과가 있는 것으로 확인되었다. 개선 앵커시스템이 적용된 교량받침을 완제품으로 제작하여 성능시험 후 실제 공용중인 국도 및 고속도로 교량에 적용한 결과 일상점검 및 정기점검 판정기준을 모두 만족하는 것으로 나타났다. 이와 같은 실험 및 해석 그리고 원가분석 및 현장적용 사례를 통해 전단 저항성 향상 및 풀림방지 기능 적용으로 교량받침에 필요한 유지보수 용이성 및 내구성 그리고 안전성을 확보하고 있는 것으로 판단된다. 한편, 구조물에서 잦은 진동이 발생하는 방음벽기초, 차량 방호울타리, 교량 신축이음장치 그리고 각종 지주 기초 등에 이 연구 결과를 확대 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
특히, 교량 받침부의 파손이 두드러지게 발생하였는데 이는 교량받침과 하부구조가 연결되어 있는 앵커부의 앵커볼트 파손 및 무수축 모르타르 파손이 대부분이다.
지진활동 이외에도, 활하중 등의 작용으로 교량 구조물에 지속적인 진동이 작용하여 앵커부의 앵커볼트 풀림현상이 발생하며, 이는 볼트에 피로하중으로 전달되어 앵커볼트의 파손에 이어 교량받침의 이탈까지 발생하는 교량 주요부재의 치명적인 결함으로 발생된 사례들이 있다. 따라서 기존의 교량받침 앵커시스템의 취약부를 개선하여, 고강도 합금강의 내부소켓을 사용하여 부분적인 유지보수가 가능하며 전단 저항력을 향상시키고, 볼트의 풀림을 원천적으로 방지할 수 있는 앵커시스템에 대한 연구가 필요한 실정이다.
이 연구에서 받침 수직용량 2,000kN 대한 최대전단하중 및 진동내구성 실험을 기존 제품과 비교하여 실시하고 기존 시설물(교량) 내진성능 평가요령에 따라 개선된 앵커시스템에 대한 내진성능평가를 실시하였다. 또한 앵커시스템에 대해서 전단강도 실험값과 비교하여 유한요소해석을 수행하고 유한요소해석 모델을 개발하였다. 그 결과 고강도 내부소켓을 적용한 앵커시스템이 외부소켓 단면의 증가 없이 기존 앵커시스템보다 약 36% 이상 전단 저항성이 우수한 것으로 확인되었으며, 앵커부 내진성능 평가 결과 개선된 앵커시스템을 교량에 적용하였을 때 공급역량이 소요역량을 확보하는 것으로 나타났다. 또한 유한요소해석 결과 실험값과 항복 및 파괴 강도 값이 일치하고 파괴 매커니즘이 유사한 결론을 얻었으므로, 차후 앵커시스템 설계 및 거동 예측에 유한요소해석을 위한 모델로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
진동 내구성 비교실험 결과 기존의 앵커시스템은 풀림이 발생했으나, 이중나선의 풀림방지 시스템을 적용한 앵커부에서는 볼트 풀림이 발생하지 않음을 확인하였다. 개선 앵커시스템을 적용한 교량받침에 대한 비교대상 제품과 생애주기비용 원가분석을 실시한 결과 약 20% 이상 경제적 효과가 있는 것으로 확인되었다. 개선 앵커시스템이 적용된 교량받침을 완제품으로 제작하여 성능시험 후 실제 공용중인 국도 및 고속도로 교량에 적용한 결과 일상점검 및 정기점검 판정기준을 모두 만족하는 것으로 나타났다. 이와 같은 실험 및 해석 그리고 원가분석 및 현장적용 사례를 통해 전단 저항성 향상 및 풀림방지 기능 적용으로 교량받침에 필요한 유지보수 용이성 및 내구성 그리고 안전성을 확보하고 있는 것으로 판단된다. 한편, 구조물에서 잦은 진동이 발생하는 방음벽기초, 차량 방호울타리, 교량 신축이음장치 그리고 각종 지주 기초 등에 이 연구 결과를 확대 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
목차
국문요약 ⅰ그림차례 ⅵ표차례 ⅷ기호약속 ⅸ제 1 장 서론 11.1 연구 배경 및 목적 11.2 연구 동향 91.3 연구 방법 및 범위 12제 2 장 기존 앵커시스템 현황 142.1 국내외 교량받침 앵커시스템 현황 142.2 기존 앵커시스템 문제점 17제 3 장 개선 앵커시스템 연구 253.1 볼트 이중나선 구조의 풀림방지 기능 253.2 고강도 합금강을 이용한 전단보강 내부소켓 293.3 유지보수가 용이한 앵커시스템 32제 4 장 개선 앵커시스템 성능평가 354.1 진동 내구성 실험 354.1.1 실험체 제작 354.1.2 실험 규격 및 조건 384.1.3 실험결과 414.2 전단성능 실험 434.2.1 실험체 제작 444.2.2 실험 규격 및 조건 454.2.3 실험결과 464.3 앵커부 내진성능평가 504.3.1 앵커부 공급역량 산정 504.3.2 개선 앵커시스템 내진성능평가 58제 5 장 개선 앵커시스템 전단거동 유한요소해석 655.1 개선 앵커시스템 유한요소해석 모델 개발 655.1.1 재료적 성질 655.1.2 유한요소해석 조건 695.1.3 유한요소해석 결과 765.2 유한요소해석 모델 타당성 평가 865.2.1 개선 앵커시스템 전단거동 실험결과 분석 865.2.2 실험결과 및 유한요소해석 결과 비교 86제 6 장 현장 적용성 검토 896.1 완제품 생산 및 성능 시험 896.2 현장 적용성 검토 98제 7 장 결론 105부 록 108참고문헌 121영문요약 127
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