사각 격자지보의 구조 성능 평가

Abstract

본 논문은 신형식 사각 격지지보의 구조 성능 평가를 다룬다. 지금까지 NATM 공법을 이용한 터널 시공 시 콘크리트 라이닝 시공 전까지 터널 배면을 지지하는 구조체로서 H형 단면 강지보 및 삼각 격자지보가 주로 사용되었다. H형 단면 강지보는 동일 단면 높이를 갖을 때 삼각 격자지보보다 우수한 휨 성능을 보이지만, 단면이 복부판 및 플랜지로 구성되어 있어서 숏크리트 타설 후 콘크리트 라이닝 내부에 배면 공동이 많이 발생한다. 이를 해소하기 위해 개발된 삼각 격자지보는 숏크리트와 우수한 부착성을 보이나 부재와 부재 간 용접부에서의 파손이 빈번하게 발생한다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 사각 격자지보가 개발되었고, 본 논문에서는 유한요소해석 및 하중재하실험을 통해 사각 격자지보의 구조 성능을 객관적으로 분석하였다. 해석연구에서는 강지보의 일반적인 성능평가방법인 4점 재하 휨 하중 해석을 수행하였고, 여기에 더하여 아치 해석을 통해 아치의 항복 하중 및 좌굴 하중 역시 검토하였다. 4점 재하 휨 하중 실험을 통해 사각 격자지보의 극한 상태 하중을 분석하였고, 기존의 격자지보에서 문제되었던 부재 간 접합부의 파손 여부를 검토하였다. 이렇게 해석 및 실험을 통해 신형식 사각 격자지보의 주요한 구조 성능을 평가하였고 이를 기존 격자지보와 비교하였다.

In general, the H-shaped steel ribs or triangular lattice girders have been mostly used in constructing tunnels through the NATM construction method. The H-shaped steel rib has higher flexural and axial strength than the triangular lattice girder, but many unexpected gaps can occur in the concrete lining system after shotcreting if the H-shaped steel rib is used as the support system. To achieve better shotcreting quality, the triangular lattice girder was developed. However, in general, the triangle lattice girder has low flexural and axial strength. Likewise, the triangular lattice girder, which has circular sectional members, has so many fractures from welded points at the joints between the members. Finally, the new type of tetragonal lattice girder was developed to overcome those problems. In this study, the structural performance of the tetragonal lattice girders was evaluated through analytical and experimental studies. In the analytical studies, the four-point bending analysis, the traditional evaluation method to determine the flexural strength of the lattice girder, was performed. Moreover, the linear-elastic analysis and stability analysis of the arch structure made by the lattice girders were performed to measure structural performance. Experiments were likewise performed to compare the structural performances of the tetragonal girder with traditional triangular lattice girders.