콘크리트궤도용 토목섬유보강 성토지지말뚝의 동적안정성 해석

양성식 중부대학교 일반대학원 2018 국내박사

Recently, concrete track is becoming an alternative system to compensate for the disadvantages of the existing gravel track in Korea because it is considered favorable in terms of running stability, passenger comfort and life cycle cost. At the construction of concrete track in soft ground, reasonable standards and countermeasures should be applied to suppress settlement. So far, it has been mostly built with bridges and the substitution method has been restrictively applied because the consolidation promoting method previously applied is very difficult to satisfy the allowable residual settlement amount and takes a lot of construction duration. But the substitution method has a very long settlement period and the cost of construction per km of the bridge is high. Therefore, it is necessary to develop a new type of settlement restraining method that can satisfy the settlement criteria in the soft ground and can greatly reduce the construction cost. The pile-supported embankment that is settlement restrained type roadbed structure is a reasonable measure to satisfy the allowable residual settlement of high-speed railway concrete track. It is an active method that fundamentally suppresses the long-term settlement because the subsurface and track loads are directly transmitted to the supporting ground through the pile and there is no consolidation settlement of the soft ground. In this study, static and dynamic stability of train moving load and seismic load were investigated for the standard cross section of pile-supported embankment through numerical analysis, full-scale model test and centrifuge model test. As the result of static and dynamic stability, stability is affected by the embankment height and the soft layer thickness, and it is confirmed that the stability of the pile-supported embankment is secured due to load transfer layer and the arching effect in embankment. But static and dynamic stability are affected by pile spacing, pile length, soil condition, and pile head restraint. Therfore, when applying pile-supported embankment static and dynamic stability analysis should be performed through numerical analysis and test considering site conditions.

토목공사의 BIM 현황 및 활성화에 관한 연구

박태순 한밭대학교 일반대학원 2016 국내석사

건설산업에 IT(Information Technology)를 접목시킨 BIM(Building Information Modeling) 기술은 건설산업에서 전 생애주기 동안 생성되는 정보와 업무 등을 통합·관리 할 수 있는 기술이다. BIM 기술의 적용은 선진국을 중심으로 적극적으로 이루어지고 있는 상황이다. 다양한 성공 사례를 통해 효과가 입증되었다. 국내에서도 건축분야에 BIM 기술을 도입하여 장기적인 계획을 세워 활용하기 위해 다양한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 그러나, 토목분야의 경우 건축분야와는 달리 작업체계의 차이점으로 인해 BIM기술의 활성화가 이루어지지 않고 있다. 이에, 본 연구는 실무자를 대상으로 토목분야의 BIM 기술 현황과 활성화를 위한 방안을 제시하였다. 토목분야와 건축분야를 비교하여 건설산업의 BIM 적용 현황에 대해 알아보았다. BIM 기술의 실무자 인식 조사 결과 BIM 활성화 저해요인, 단계별 업무에 따른 BIM기술 필요성, BIM기술 적용 시 효과 등과 향후 BIM의 발전 가능성에 대한 질문들은 비슷한 경향을 나타냈다. 그리고 토목분야는 건축분야에 비해 BIM기술의 활용 현황, 기술 교육 정도 등 현재 BIM 기술 활용 및 교육에 대해 낮은 것으로 나타났다. AHP(Analytic Hierarchy Process)분석 시에는 BIM기술의 활성화에 미치는 요인으로 재무적, 운영적, 투자적, 기술적, 제도적인 부문별로 중요도에 따라 순위를 분석한 결과 5가지의 요인 중 기술적인 부문이 가장 중요하게 나타났다. 또한 BIM 활성화를 위한 각 부문의 대안에 대한 가중치의 평균을 통해 중요도 순위를 제시하였다. 본 연구는 BIM기술의 활성화를 위한 각 요인들의 분석된 결과를 기반으로 효율적인 방안을 제시함으로써 향후 토목분야에 BIM 적용 시 기본방향을 제시할 수 있을 것으로 기대한다. Combining construction industry and IT(Information Technology), BIM(Building Information Modeling) is a technology which can consolidate and manage the information and tasks generated during a whole time in construction industry. The application of BIM technology has actively been achieved globally already, and its effects are proved through various successful cases. Domestically, various researchs have actively been carried out in order to utilize the BIM technology for a long-term planning by introducing it to the architectural field. However, unlike in the architectural field, the activation of the BIM technology is not successful in the civil engineering due to the differences in working system. Therefore, in this research, the current state of the BIM technology in the civil engineering field and plan for its activation will be presented for the practicing professionals. First, we found out the application of the BIM technology to the civil engineering field by comparing the civil engineering field and construction industry in analysis. As a result of the perceptual research of the practicing professionals of the technology, the answers to questions about the developmental possibility of the technology are nearly the same in the assumption of debilitative factors of the activation, the need of the technology according to work steps, and its effects. However, the degree in the questions about the current state of the technology in civil engineering field including its present condition and technical training is lower compared to those of the architecture industry. The analysis of AHP(Analytic Hierarchy Process) is carried out according to the degree of importance in financial, operational, investment, technical, and institutional sections as its activating factors. As a result of this, among the five factors, the technical factor marks the highest degree in both the civil engineering field and architecture industry. In addition to this, the rank of importance about each factor in the activation is derived. This research suggests the effective plans based on the results of the factors about the activation of BIM technology, and present fundamental direction in civil engineering field when applying the BIM technology.

토목섬유와 말뚝으로 복합지지된 성토지지말뚝의 하중전이

서윤석 中央大學校 大學院 2006 국내석사

본 연구에서는 토목섬유와 말뚝으로 복합지지된 성토지지말뚝의 하중전이에 대한 효과를 분석하고자 일련의 모형실험을 실시하였으며 연약지반 조성시 토목섬유와 연약지반의 침하형상을 통해 말뚝으로 전이되는 연직하중에 대한 이론식을 제안하였고 모형실험 결과와 기존의 이론식과의 비교를 통해 제안식의 타당성을 검증하였다. 본 연구의 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 모형실험을 통해 토목섬유를 보강했을 때 단독캡말뚝의 하중전이효과는 말뚝캡의 간격비, 성토고, 토목섬유의 인장강성, 연약지반의 강성등에 복합적으로 영향을 받는다. 또한 토목섬유 보강시 말뚝간격비가 커짐에 따라 무보강시보다 효율증가량이 증가하는데 이는 토목섬유 처짐에 의한 인장력이 발휘되어 무보강시 연약지반에 가해지던 하중의 일부가 말뚝으로 전이되고 있음을 뜻하는 것이다. 실험을 통해 말뚝간격비 0.67일 경우에 토목섬유 PP500과 PET500에 의한 효율증가율은 미소한 차이를 보인 반면, 간격비 0.83일 때에는 PP500에서의 효율 증가율보다 PET500의 경우가 더 크게 발생하였는데 이는 PET500이 PP500에 비해 상대적으로 인장강성이 크기 때문으로 추측된다. 결과적으로 토목섬유 PET500으로 보강시 무보강시에 비해 성토지지말뚝의 하중분담은 최대 1.38배 증가하며, 하중분담효율은 최대 22.3%까지 증가한다. 연약지반의 침하에 의한 토목섬유 변형률이 보강재가 수직으로 구속된 말뚝캡 근처에 접근할수록 더 큰 변형률값을 가지며 말뚝캡 모서리 부근에서 인장력이 최대가 됨을 알 수 있고 토목섬유의 변형형상을 원호로 가정하여 성토지지말뚝의 효율식이 제시하여, 제안된 이 이론식은 모형실험결과와 비교적 잘 일치하는 결론을 얻었다. 결국 토목섬유의 인장력을 이용하여 연약지반에 가해지는 하중을 감소시킴으로서 구조물의 안정성을 높이고 성토지지말뚝의 효율이 증가된다. 따라서 본 공법은 경제성 및 시공성 효과도 증진시킬 수 있는 장점이 있다.

토목섬유 시스템을 활용한 철도노반의 보강효과 및 설계기법 개발에 관한 연구

심재범 水原大學校 大學院 2000 국내박사

Most railways in Korea have been constructed and operated before 1900's, as which, the existing railways and related structures need repair, reinforcement, and extension in capacity and deterioration problem. Such traditional methods as replacement or improvement of soft soils have been utilized for the repair, reinforcement, and extension of the railway roadbed; however, the methods involve many problems in construction, economy, and environmental adaptation. Since 1970's in Japan, Germany, and U.S.A., the studies on increasing the bearing capacity of railway roadbed using geosynthetics system have been conducted for the repair, reinforcement, and extension of railways constructed on soft soils. And the unique and appropriate design method and specification for ech nation, regarding the railway roadbed system, have been determained and being used. Lately, in Korea, several methods for reinforcing railway roadbed using geosynthetics system have been studied as a part of the development of the high-speed train technology. These studies, however, is yet in early stage and focus on the development of the method for the railway roadbed reinforcement for high-speed train rather than the application for maintenance, repair, and extension of the existing railways. Moreover, in the studies, the tnickness of the railway roadbed is estimated using the subgrade reaction modulus K_30 and the deformation modulus Ev obtained from plate load test. but the estimation of the railway roadbed thickness using the subgrade reaction modulus K_30 is not generally reasonable for the combined ground system such as the railway roadbed reinforced with geosynthetics. In this study, the railway roadbed system reinforced with geosynthetics, widely used for the repair, reinforcement, and extension of existing railways in Korea, has been analyzed and investigated using finite element method and the results of the previous studies conducted in Korea and other nations. and the method for estimating the railway roadbed thickness was developed based on the equivalent method using the multi-layer theory and the deformation modulus Ev. The char, developed in this study, for estimating the railway roadbed thickness reinforced with geosyntheties involves the defect not reflecting the test data measured in field; therefore, the long-term measurement o the test section constructed in field and further studies are needed for developing more accurate method and chart.

쓰레기와 토목섬유재의 공학적 특성과 매립지 사면부 차수재 안정성 해석

임학수 東國大學校 大學院 2000 국내석사

To prevent the percolation of leachate through the bottom of waste landfills, the liner system of various layers, such as compacted clay, geomembrane, geonet, geotextiles, and geocomposite is designed. Since the friction angle between a geomembrane and other geosynthetics is usually lower than that of the soil alone, the interfaces between soil and geosynthetic or geosynthetic-geosynthetic may become a possible plane of weakness, which leads to potential instability of the system under load of waste at side slopes. In this study, large triaxial tests are carried out with samples of remoulded wastes and direct shear interface friction tests are carried out to understand the frictional properties of either soil-geosynthetic or geosynthetic-geosynthetic interfaces, which are required for analyzing the safety of side-slope liner systems. Safety of side-slope liner system of various landfills is also analyzed using the properties obtained from the tests. The results of triaxial tests showed that friction angle was increased gradually throughout the deformation up to 25% and the cohesion was increased rapidly in the range of deformation 10~20%. At the deformation = 15%, the friction angle of waste obtained was 27˚, and the cohesion, 0.75kg/㎠. The results of direct shear interface friction tests showed that the friction angle of HDPE/geocomposite interface was 11.9˚, HDPE/wastes 12.0˚, and geotextile/wastes 28.0˚. From the stability analyses, it was recognized that tensile stress of liner system was increased as the slope angle of the landfill is decreased. In case that a concrete anchor is used at the top of the liner system, the yield strength of geosynthetics must be considered in addition to the capacity of concrete anchor.

토목섬유와 말뚝으로 복합지지된 성토지반거동의 수치해석

박경우 중앙대학교 대학원 2005 국내석사

본 연구에서는 토목섬유와 말뚝으로 복합 지지된 성토지반의 거동 및 효과를 분석하고자 유한차분수치해석을 실시하였으며 성토지지말뚝중의 하나인 말뚝캡보위에 토목섬유를 보강하여 보강 유무에 따라 말뚝의 효율과 연약지반 침하 및 보강재 인장력의 영향을 분석하고 기존의 2D 이론식 및 실험식과 비교하여 토목섬유의 보강이 성토지지말뚝에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구의 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1. 성토지지말뚝에 토목섬유를 보강한 경우, 무보강시에 비하여 말뚝으로 전달되는 성토하중이 커지며, 연약지반의 침하량은 감소하는 것으로 해석된다. 따라서 토목섬유와 복합 시공하는 것이 성토지지말뚝공법의 기능 및 효율을 높이는데 효과적인 것으로 나타난다. 2. 토목섬유의 인장강성을 변화시키면서 수치해석을 실시한 결과, 인장강성이 클수록 연약지반의 침하는 감소하며, 토목섬유에 작용하는 인장력은 커진다. 그러나 말뚝캡보로 전달되는 수직응력에는 차이가 나지 않고 있다. 이는 토목섬유로 분담되는 하중을 말뚝으로 전달하기 보다는 자체 인장력과 연약지반으로 전달하는 것으로 추론된다. 3. 토목섬유 무보강시 수치해석 결과에 의한 성토지지말뚝의 효율과 홍원표 등(2000a)의 이론해석 및 모형실험결과를 비교한 결과, 모두 간격비가 증가할수록 효율이 감소하는 경향을 보이고 있다. 간격비가 작은 경우는 이론해석 및 모형실험결과가 수치해석치보다 효율이 크게 산정되나 이론식의 경우 간격비 0.9일 때 반대로 해석치가 더 큰 것으로 나타났다. 이는 성토고를 9m로 일정하게 하여 이론값을 산정한 것으로 성토비(H/d2)가 급격히 감소하게 되므로 비율이 크게 감소하기 때문이다. 한편, 모형실험결과 와 해석치를 비교한 경우에는 물성치 및 경계조건이 서로 다르나 모형실험과 해석치 모두 효율이 감소하는 결과를 보이고 있다. 따라서 이론치 및 모형실험과 본 수치해석결과를 비교하여 볼 때 조건이 다르다 할지라도 간격비별 효율의 감소량이 일정하다는 것을 알 수 있으며 이를 통해 성토지지말뚝의 효과를 확인할 수 있다.

토목섬유보강 성토지지말뚝시스템에서의 지반아칭

이재호 中央大學校 2006 국내박사

본 연구에서는 연약지반의 측방유동을 합리적으로 억지할 수 있는 공법인 “토목섬유보강 성토지지말뚝시스템에서의 지반아칭”을 규명하였다. 먼저 캡보말뚝으로 지지된 성토지반에 아칭파괴가 발생하도록 모형실험을 실시하여 지반아치의 형상을 관찰하였다. 그리고 이에 대한 지식과 정보를 확장하여 단독캡말뚝에서의 3차원 지반아칭을 규명하는 모형실험을 실시하였다. 이와같은 지반아칭에 관한 모형실험을 통하여 토목섬유보강 성토지지말뚝시스템의 해석모델을 수립할 수 있었으며, 여기에 지반공학적 의미를 부여해 합리적인 이론해석법을 개발하였다. 제안한 이론해석법을 검증하기 위하여 성토지지말뚝시스템의 일련의 모형실험을 실시하였다. 모형실험결과를 해석결과와 비교할 경우 양호한 일치를 보여, 합리적인 이론해석법임을 증명하였다. 한편 모형실험 및 이론해석법과 병행하여 토목섬유보강 성토지지말뚝에 대한 수치해석을 실시하였다. 수치해석을 통하여 성토지지말뚝시스템에서의 역학적거동특성을 확립할 수 있었다. 토목섬유보강 성토지지말뚝시스템에서의 지반아칭에 관한 연구를 수행하여 얻은 결과를 정리하면 다음과 같이 요약할 수 있다. 성토지지말뚝시스템으로 지지된 성토지반은 성토고 및 말뚝간격에 따라 지반아칭파괴와 펀칭전단파괴가 발생한다. 지반아칭파괴는 말뚝캡보 사이의 간격에 비하여 성토고가 충분히 높은 경우에 발생하며, 캡폭을 두께로 하는 반원통형 아치형상으로서, 내부아치와 외부아치로 도시된다. 말뚝캡 상부지반은 좌우측 두 개의 외부아치의 영향이 중복되어 소성변형이 발생되지 않는 쐐기영역이 존재한다. 단독캡의 성토지지말뚝시스템에서는 돔형태의 3차원 지반아칭으로 설명할 수 있으며, 말뚝의 대각선방향이 단면인 지반아칭으로 해석할 수 있다. 토목섬유가 보강된 경우의 지반아칭은 토목섬유 무보강시의 지반아칭효과에 원호처짐형태의 토목섬유가 연약지반에 작용하는 성토하중을 말뚝으로 전이시키는 것으로 규정할 수 있다. 성토지지말뚝시스템의 하중전이효과는 효율을 통하여 정량적으로 평가할 수 있다. 효율은 일정한 말뚝간격비에서는 성토고가 증가할수록 비선형적으로 증가하여 이후 일정한 값에 수렴한다. 효율은 토목섬유의 인장강도와 연약지반의 탄성계수 등에 복합적으로 영향을 받는다. 모형실험 조건에서 토목섬유를 보강한 경우, 무보강시와 비교하여 말뚝의 효율을 4%?23% 가량 증가하는 것으로 나타난다. 토목섬유보강 성토지지말뚝시스템에 대한 이론해석법으로부터 산정한 효율은 모형실험에 의한 효율과 양호한 일치를 보이고 있다. 이론효율에서는 연약지반의 반력을 고려하지 않을 때의 효율이 가장 크게 나타난다. 지반반력을 고려하여 효율을 산정할 경우에는 토목섬유의 인장강도에 따라 효율에 차이가 발생한다. 이때에는 강성이 큰 토목섬유를 사용하면 하중전이가 커지므로 말뚝의 효율이 높아진다. 토목섬유보강 성토지지말뚝시스템의 수치해석 결과로부터 성토지반의 역학적거동특성을 파악할 수 있다. 성토가 진행됨에 따라서 주응력이 말뚝캡 방향으로 회전하며, 연약지반 상부에는 성토고가 증가함에도 주응력 방향에 큰 변화가 없다. 이러한 결과는 토목섬유보강 성토지지말뚝시스템에서의 지반아칭을 간접적으로 보여주고 있다.

연약지반 측방유동 억지를 위한 토목섬유 보강 성토지지말뚝시스템의 설계법

이광우 中央大學校 2007 국내박사

본 연구에서는 연약지반의 측방유동을 효과적으로 억지할 수 있는 “토목섬유 보강 성토지지말뚝시스템”의 설계법을 제안하였다. 본 공법의 합리적인 설계를 위해서는 우선, 연약지반의 측방유동으로 인한 피해가 발생할 것인지에 대한 정확한 예측이 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 측방유동지반의 변형거동 특성을 평가하기 위한 실내모형실험을 실시하고, 국내 측방유동지반에서의 현장 계측자료를 조사, 분석하였으며, 이 결과를 바탕으로 연약지반의 측방유동 가능성을 합리적으로 예측할 수 있는 판정법을 제시하였다. 또한 국내 현장적용 실적이 없는 토목섬유 보강 성토지지말뚝시스템에 대한 시험시공을 실시하여 본 공법의 국내 현장 적용성 및 기 제안된 설계이론의 합리성을 검증하였다. 또한 현장 실무자들이 토목섬유 보강 성토지지말뚝 시스템의 설계를 보다 용이하게 할 수 있도록 하기 위하여 본 공법에 대한 설계매뉴얼을 제시하였다.

토목섬유와 말뚝으로 복합지지된 성토지반의 아칭효과에 관한 실험

이석봉 중앙대학교 대학원 2006 국내석사

본 연구에서는 토목섬유와 말뚝으로 복합 지지된 성토지반의 아칭효과에 대해 규명하기 위해 일련의 모형실험을 실시하였다. 또한 모형실험을 통해 지반변형형상에 대한 이론식을 제안하였으며 모형실험 결과와 이론식과의 비료를 통해 제안식의 타당성을 검증하였다. 본 연구를 통해 얻은 결과를 정리하면 다음과 같다. 모형실험 결과 성토지지말뚝이 토목섬유와 복합시공 될 경우 성토지반의 침하가 효과적으로 억지될 수 있으며 토목섬유로 보강한 단독캡 말뚝의 지반변형형상은 연약지반을 임의적으로 침하시켰을 때 원호(circular arc)형태로 발생된다. 즉, 토목섬유로 보강시 지반의 변형은 원호형태로 발생됨에 따라 토목섬유의 보강효과에 의해 성토체의 침하가 억제되고 있음을 확인됐다. 이때 말뚝에 작용하는 하중은 침하가 발생됨에 따라 급격히 증가하며 이는 말뚝과 지반과의 상대변위가 지반아칭효과를 극대화 시킨 것으로 평가된다. 보강시 토목섬유의 변형률은 말뚝 캡 인접부분에서 최대 변형이 발생되었으며 이는 말뚝 캡 모서리 부분에서 인장력이 최대임을 의미한다. 위와 같은 모형실험을 토대로 이론식을 제안할 수 있다. 토목섬유 보강시 성토지지말뚝의 아칭효과는 토목섬유 무보강시의 아칭이론으로부터 유도될 수 있으며, 본 연구를 통해 연약지반 반력이 고려하지 않은 경우의 해석법을 확립할 수 있다. 그 결과 모형실험의 결과치와 제안식의 비교를 통하여 제안식의 타당성은 검증되었다. 연약지반 반력을 고려하지 않은 경우의 해석법은 토목섬유의 변형률과 말뚝의 작용하중을 과대평가하게 되지만 다소의 안전율을 고려한다면 성토지지말뚝공법의 설계법으로서 적합한 것으로 평가된다. 결과적으로 토목섬유로 보강된 성토지지말뚝은 연약지반에 작용하는 하중을 감소시킴으로서 구조물의 안정성을 높임으로서 말뚝 효율이 증가된다. 따라서 본 공법은 경제성 및 시공성 효과도 증진시킬 수 있는 장점이 있다.

연약지반상에 토목섬유로 보강된 흙쌓기 비탈면의 안정성에 관한 연구

신오철 수원대학교 대학원 2007 국내석사

The construct of structures on soft ground includes many problems. soft ground-treatment method is necessary to increase in the stability of the soil-structures. Now Geosynthetics reinforced soil method of many soft ground treatment method is being used widely by economical and simple method and the usage is glowing. It has been proved reinforce effects of Geosynthetics as a result of the general study on embankment reinfoced Geosynthetics. But It is necessary to study variously on each spot condition to apply for Geosynthetics at the several practical field. Also, I consider it necessary to study effective set method of Geosynthetics on ground condition as well as tensile strength. This study analyzed Stability through Limit Equilibrium Method on Embankment reinfoced with Geosynthetics. The appled soil parameter described the several spot conditions by applying design parameter used usually at the field. In finally, the influence of Geosynthetics intensity and slope surface appeared slightly, but the influence of the depth of soft ground, cohesion, tensile strength of Geosynthetics appeared relatively highly in stability.