실내시험에 의한 새로운 격자지보재의 하중지지력 평가

최영남,장연수,김동규,배규진,Choi, Young-Nam,Jang, Yeon-Soo,Kim, Dong-Gyu,Bae, Gyu-Jin 한국토지주택공사 토지주택연구원 2011 LHI journal of land, housing, and urban affairs Vol.2 No.2

최근 건설되는 터널의 심도가 깊어져 난공사 구간이 증가되며, 초장대 터널의 증가로 터널 기술 개발이 필요해지고 있다. 터널의 기술개발의 하나로 터널 강지보재로 사용되는 높이 95mm 격자지보재에 사용되는 스파이더를 최적화하여 U자형과 보강재스파이더를 개발하였다. 개발된 격자지보재의 하중지지력을 평가하기 위하여 국내에서 사용되는 4절점 휨강도 실험을 실시하였으며 실내 실험을 위해 기존 격자지보재와 개발된 격자지보재의 시편을 직선으로 제작하여 실시하였다. 실험 결과 새로운 격자지보재는 기존의 격자지보재에 비하여 하중지지력이 높게 나타났다. 지지력 평가에 의한 시편의 응력-변형 거동을 분석한 결과 기존 격자지보재는 탄소성 거동이 나타났고, 새 격자지보재는 응력연화의 거동이 나타났다. 새 격자지보재는 하중이 가해지는 지점의 위치에 따라 지지력 거동이 달라짐을 알 수 있었다. Recently, the depth of tunnel constructed is getting deeper, which increases difficulty in construction works. Deliberate tunneling techniques are needed as the span and length of tunnels are increased. As one of the technical developments for tunnel, U-shaped and reinforced spider lattice girders are developed by optimizing the spider used in 95mm lattice girder as tunnel steel ribs. In order to evaluate the load bearing capacity of the lattice girder, the 4-point flexural tests are carried out. For the laboratory tests, straight specimens are made for the existing lattice girder and the new lattice girder. The results of the flexural tests showed that the maximum load bearing capacity of the new lattice girders was higher than the traditional one. The load-displacement behavior of the test specimens showed the elasto-plastic behavior in the existing lattice girder and the stress softening behavior in the new lattice girder. It was found that the load bearing capacities are changed depending on the location of the loading points.

개량형 격자지보재의 성능 평가

김학준,배규진,김동규,Kim, Hak-Joon,Bae, Gyu-Jin,Kim, Dong-Gyu 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.3

격자지보재는 기존의 H형강 지보재를 대체하여 현재 국내의 터널현장에서 널리 사용되고 있다. 그러나 격자지보재는 H형강 지보재에 비하여 강성이 떨어지며 이음부를 연결하는 용접에 만전을 기해야 한다는 단점이 있다. 이러한 문제를 개선하기 위하여 연결용 부재가 추가되고 용접부위를 편평하게 만든 개량형 격자지보재가 국내 기술에 의하여 개발되었다. 본 연구에서는 기존 격자지보와 개량형 격자지보에 대한 실내시험 및 현장계측을 수행하여 개량형 격자지보의 성능을 평가하였다. 실내 압축시험결과에 의하면 개량형 격자지보가 기존 격자지보에 비하여 약 16% 정도 큰 지지하중을 보였다. 현장 계측 결과에 의하면 개량형 격자지보가 기존 격자지보보다 강봉의 휨이 적게 발생하여 터널의 안정성 측면에서 더 우수하였다. Lattice girders are widely used as a substitute for H-steel ribs at domestic tunnels. However, lattice girders have a weak point in terms of the support capacity compare to H-steel ribs because of the lower stiffness and the weakness of the welded parts. To improve the weakness of the lattice girder, reformed lattice girders are developed in Korea by adding one more spider and having flat welded surface. Laboratory tests and field measurements were performed for the original and the reformed lattice girders to evaluate the performance of the reformed lattice girders. According to the laboratory compression test, reformed lattice girders have 16% higher load bearing capacity than that of original lattice girders. Reformed lattice girders are more stable than original lattice girders because reformed lattice girders tend to bend less according to the field measurements.

수치해석을 통한 고성능 격자지보재의 성능 평가

김동규,안성율 사단법인 한국터널지하공간학회 2019 한국터널지하공간학회논문집 Vol.21 No.6

The objective of this study is to evaluate the field support performance of highperformance lattice girder (BK-Lattice Girder) by using numerical analysis. Three types (50, 70, 95-type) of existing and high performance lattice girders were applied to the cross section of highway 2, 3, and 4 lane tunnels to compare the supporting performance. The numerical analysis was the finite element method and the lattice girder was modeled in three dimensions with an elasto-plastic frame. The ground was modeled as a spring receiving only compression. The load was applied as a concentrated load on the central ceiling of the tunnel section. The yield strengths of the lattice girders were determined from the numerical results to compare the supporting performance of lattice girder. In case of 50-type, the yield strengths of high-performance lattice girders were increased by 6.7~10.0% compared with those of the existing lattice girders. In the case of 70-type, the high-performance lattice girders increased yield strengths by 12.1~14.9% than the existing lattice girder. In the case of 95-type, the high-performance lattice girders increased yield strengths by 13.3~20.0% than the existing lattice girder. As a result of numerical analysis, it was considered that the high-performance lattice girder supported better than the existing lattice girder when only the lattice girders were constructed. 본 연구의 목적은 수치해석을 수행하여 고성능 격자지보재(BK-Lattice Girder)의 현장 지지성능을 평가하기 위한 것이다. 고속도로 2차로, 3차로와 4차로 터널 단면에 3가지 형태(50, 70, 95 타입)의 기존 및 고성능 격자지보재를 적용하여 지지성능을 비교하였다. 수치해석은 유한요소방법을 사용하였고 격자지보재는 탄소성 프레임으로 3차원으로 모델링하였다. 지반은 압축만을 받는 스프링으로 모델링하였다. 하중은 터널 단면의 중앙 천정부에 집중하중으로 적용하였다. 수치해석 결과로부터 격자지보재의 항복강도를 결정하여 지지성능을 비교하였다. 50타입의 경우, 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 항복강도가 6.7~10.0% 증가하였다. 70타입의 경우, 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 항복강도가 12.1~14.9% 증가하였다. 95타입의 경우에도, 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 항복강도가 13.3~20.0% 증가하였다. 수치해석을 수행한 결과, 격자지보재만 시공된 경우에 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 지지성능이 우수한 것으로 판단되었다.

강재 품질에 따른 격자지보재의 성능평가

정혁상,신영완,송기일,신종호,Jung, Hyuk-Sang,Shin, Young-Wan,Song, Ki-Il,Shin, Jong-Ho 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.2

본 논문은 격자지보재의 규격자재와 비규격자재의 성능평가에 대한 내용을 다루었다. 격자보재는 강봉으로 제작된 아치형의 터널지보공을 말하며 터널 굴착시 지반의 변형을 최대로 억제하여 터널의 안정성을 확보하기 위하여 사용되어지는 지보재이다. 이런 격자지보재의 성능평가는 휨강도시험과 인장강도시험을 통해 평가할 수 있으며 터널표준시방서에서는 항복강도 500MPa 이상인 용접용 강재를 사용도록 규정하고 있다. 그러나 저품질의 강재가 사용될 경우 현장에서 규격자재와 비규격자재를 육안으로 구분하기 어렵게 되었다. 따라서 본 논문에서는 격자지보재의 규격자재와 비규격자재에 대한 성능평가를 실시하여 비규격자재의 항복강도 저하의 문제점을 분석하였다. This paper dealt with contents on the performance evaluation of standardized steel and non-standardized steel of lattice girder. Lattice girder is arch type tunnel supports made of structural steel bar and it is girder used to ensure the stability of tunnel by suppressing any transformation of ground as much as possible during tunnel excavation. The performance evaluation of lattice girder can be conducted through bending strength test, tensile strength test and tunnel standard specification specifies that welding structural steel with over 500MPa yield strength shall be used. However, it is difficult to distinguish visually between standardized steel and non-standardized steel onsite if low-quality structural steel is used. Accordingly, this paper conducted performance evaluation of standardized steel and non-standardized steel of lattice girder to point out the issue of deteriorated yield strength of non-standardized steel, while proposed a method of verifying yield strength onsite.

사변형 격자지보재-숏크리트 합성부재의 등가물성 결정 기법

강경남,송기일,김선길,김경철 사단법인 한국터널지하공간학회 2020 한국터널지하공간학회논문집 Vol.22 No.2

NATM 공법에 있어서 강지보재는 숏크리트가 타설되어 라이닝을 완전히 구성할 때까 지 터널의 안정화를 확보하는 구조체로서, 숏크리트의 타설 전 뿐만 아니라 타설 후 숏크리트와의 일체 거동을 통해 라이닝의 강도를 더해주는 역할을 수행한다. 본 연구에서는 새로운 형식의 사변형 격자지보재를 터널의 안정해석에 적용하기 위한 방안으로 체적비 기반의 숏크리트와 강지보재 합성부재의 등가 물성치 결정법을 제시하였다. 사변형 격자지보재는 수직 및 수평 보강재의 존재로 면적비 기반으로 등가물성치를 산정할 경우 선택한 단면에 따라 물성치가 상이 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 체적비 기반의 등가 물성치 결정법을 제시하였으며, 격자지보재와 숏크리트로 구성된 합성부재 요소에 대한 상세모델과 등가물성치를 사용한 등가 모델의 비교를 통하여 등가탄성계수를 보정할 수 있는 방법을 제시하였다. 상세모델과 등가모델을 비교한 결과 등가모델은 상세모델에 비해 평균적으로 130% 작은 휨 강도를 나타내었다. 본 연구에서는 휨강도의 오차율을 고려하여 등가 탄성계수를 보정할 수 있는 방법을 제시하였고, 보정된 등가탄성계수를 적용한 등가모델의 휨강도는 상세모델과 평균 오차율 1% 이내로 나타났다. Steel set is a structure that stabilize the NATM tunnel until the installation of shotcrete, and it is combined after the shotcrete is installed to improve stability. In this study, determination approach for the equivalent elastic modulus of shotcrete-lattice girder composite is newly suggested for tunneling simulation. Also, a method was presented to calibrate the equivalent elastic modulus through the comparison of the full 3D model and equivalent model. When the conventional equivalent elastic modulus is used for shotcrete-lattice girder composite, the flexural strength of equivalent model is 130% smaller than that of full 3D model. Equivalent elastic modulus is adjusted considering the error of flexural strength. It is found that the error of flexural strength obtained from adjusted equivalent model using adjusted equivalent elastic modulus is reduced less than 1%.

격자지보재(Lattice Girder)의 실내성능평가기법 개발

김동규,배규진,Kim, Dong-Gyou,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2008 한국터널지하공간학회논문집 Vol.10 No.4

본 연구의 목적은 국내터널현장에서 강지보재로 주로 사용되어지고 격자지보재(Lattice Gilder)의 공학적인 성능을 보다 객관적으로 판단하기 위한 실내성능평가기법의 제안에 있다. 본 연구를 위하여 국내에서 격자지보재로 주로 사용되는 $LG-50{\times}20{\times}30$, $LG-70{\times}20{\times}30$, 및 $LG-95{\times}22{\times}32$를 사용하여 3-point 휨강도 실험 및 4-point 휨강도 실험을 수행하였다. 또한, 하중재하위치에 따른 격자지보재의 하중-변위거동을 분석하기 위하여 각각의 실험방법에서 두 가지 하중재하방식을 사용하여 실험을 수행하였다. 각 부재에 스트레인 게이지를 부착하여 각각의 실험방법에 따라 각 부재에 작용하는 하중분포를 분석하였다. 3-point 휨강도 실험에 적용한 두 가지 하중재하방식으로 측정된 평균 최대하중은 $10%{\sim}33%$까지 차이가 나타났으며, 4-point 휨강도 실험에 적용한 두 가지 하중재하방식에 의해 측정된 평균 최대하중은 거의 차이가 없었다. 4-point 휨강도 실험의 평균 최대하중은 3-point 휨강도 실험보다 $13.56%{\sim}31.55%$와 정도 크게 나타났다. 3-point 휨강도 실험은 주강봉에 주로 하중이 집중되는 반면 4-point 휨강도 실험은 각 부재로 비교적 골고루 하중이 작용하는 것으로 나타났다. The objective of this study is to develop the laboratory testing method for evaluating the loading capacity of lattice girder used for support in tunnel structure. 3-point flexible strength test and 4-point flexible strength test were performed on three types of lattice girder, such as $LG-50{\times}20{\times}30$, $LG-70{\times}20{\times}30$, and $LG-95{\times}22{\times}32$, mainly used in Korea. Two types of loading position for each flexible strength test were used to analyze the behavior of load-deformation. The loading distribution in the lattice girder was analyzed by means of strains measured by strain gauges attached on chords and diagonal bars. In 3-point flexible strength test, the difference of the average of maximum flexible strength according to loading position had the range from 10% to 33%. In 4-point flexible strength test, the average of maximum flexible strength according to loading position was almost no difference. The difference between the average of maximum flexible strengths obtained from 3-point and 4-point flexible strength tests was from 13.56 to 31.55%. The load applied on the lattice girder was concentrated to the main chord in 3-point flexible strength test. The load applied on the lattice girder in 4-point flexible strength test was distributed to three chords and diagonal bars.

수치해석을 통한 숏크리트가 고려된 사각 격자지보재의 부재력 평가

김경철(Kim, Kyoung Chul),김선길(Kim, Sun Gil),최규대(Choi Kyu Dae),이대형(Lee, Dae Hyung),손성곤(Son, Sung Gon) 대한토목학회 2019 대한토목학회 학술대회 Vol.2019 No.10

사각 격자지보재 현장 시공사례 연구

손성곤(Son, Sung Gon),정승현(Jung, Seung Hyun),유진오(You, Jin O),김영익(Kim, Young Ik),송혁재(Song, Hyuk Jae) 대한토목학회 2018 대한토목학회 학술대회 Vol.2018 No.10

간격유지 및 강성증가 구조의 스파이더가 적용된 사각 격자지보의 현장 적용성 연구

손성곤(Son, Sung Gon),송혁재(Song, Hyuk Jae),황문삼(Hwang, Moon Sam),이대형(Lee, Dae Hyung),김준정(Kim, Jun Jung) 대한토목학회 2017 대한토목학회 학술대회 Vol.2017 No.10