유한요소법을 이용한 붕적층 내 강지보재(H-형강)로 보강된 터널의 거동해석
Behavior Analysis of Tunnel Supported by Steel Rib in the Colluvial Soils Layer using Finite Element Method
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초록
최근 친환경적인 토목공사의 중요성이 인식되면서 터널공사의 경우에는 갱구부가 붕적층과 같은 연약한 토사층에 설치되는 경우가 종종 있다. 이런 경우에서 지보재료로 H-형 강재를 이용하는 경우가 많은데, 실제 설계나 안정검토 시에는 이의 지보효과가 명확하지 않은 관계로 무시되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 실제 현장에서 강지보재와 숏크리트응력에 대한 계측을 실시하여 3차원 모델의 수치해석 결과와 비교하여 강 지보재가 숏크리트내 응력의 변화를 분석하였다. 수치해석 시에는 강재의 강성률을 0%, 50%, 75% 그리고 100%로 고려하여 현장 계측값과 비교하였으며, 해석결과 강재의 강성율 적용범위는 50%~75%가 적절한 것으로 나타났다.
Abstract
The entrance and the exit structures of tunnels are often constructed on unfavorably soft soils as a result of environment-friendly design highlighted in recent years. For construction of such a tunnel, it is essential to secure sufficient bearing capacity of the lining supports as well as that of the surrounding soils. In this regard, H-shape steel-ribs with high stiffness are commonly used for lining supports. However, it was the past convention to ignore the effect of the steel-ribs in numerical evaluation of the structural safety. This study is intended to show how the shotcrete stresses are relieved by the steel ribs, on the basis of field instrumentation of stresses in shotcrete and steel ribs. The results from field instrumentation were compared with numerical data obtained from 3-dimensional finite element analysis in which 0%, 50%, 75% and 100% of the total stiffness were considered. The effect of steel ribs to shotcrete stresses was verified and appropriate total stiffness was proposed in the range of 50%~75%.
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