시공 중인 수직구의 지반 특성에 따른 록볼트 내진 저항성 평가
Evaluation of Rock Bolt Seismic Resistance according to Ground Characteristics of Vertical Shafts Under Construction
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초록
수직구는 시공 중 록볼트(Rock bolt)와 숏크리트 설치 시 구조적으로 가장 취약하다. 특히 록볼트는 수직구 주변에 설치되어 암반의 이완을 방지해 주는 역할을 하고 있어 지진 시 록볼트에 미치는 영향을 정확히 확인하려면 3D모델과 시간이력해석이 필요하다. 이 논문에서는 보다 정밀한 해석을 위해 3차원 solid 요소를 이용하여 시간이력해석인 모드중첩법을 수행하였다. 해석조건은 지반의 강성을 결정하는 각 매개변수인 점착력, 내부마찰각, 탄성계수, 포아슨비에 대해 4가지 CASE를 설정하고 국내에서 실제로 적용된 값을 토대로 범위를 설정하여 각 변수별로 20개의 데이터를 선정하여 해석을 수행하였다. 해석결과 록볼트 축력의 발생범위는 3.119kN ~ 10.181kN로 허용 축력인 86.0kN 이내로 나타났다. 각 CASE별 상관관계는 대부분 일차선형 관계식을 나타내고 있으나 CASE C인 탄성계수와 록볼트 축력의 관계는 지수형태의 상관관계를 보였다. 민감도를 확인한 결과 탄성계수가 가장 민감한 것으로 나타났으며 탄성계수가 작을수록 축력에 대한 민감도는 증가하는 것으로 분석되었다.
Abstract
Vertical shafts under construction are structurally the most vulnerable during the installation of rock bolts and shotcrete. In particular, the rock bolt are installed around vertical shafts to prevent the rock from loosening. Therefore, a 3D model and time history analysis are needed to accurately confirm the impact on the rock bolt during an earthquake. In this paper, a mode superposition method, which is a time history analysis, was performed using a three-dimensional solid element for more precise analysis. For the analysis conditions, four cases were set for each parameter that determines the stiffness of the ground: cohesion, internal friction angle, modulus of elasticity, and Poisson's ratio. The range was set and 20 data were selected for each parameter based on the values actually applied in Korea. As a result of the analysis, the rock bolt axial force ranged from 3.119kN to 10.181kN, which was within the allowable axial force of 86.0kN. Most of the correlations for each case showed a first-order linear relationship, but the relationship between the elastic modulus and rock bolt axial force, which is CASE C, showed an exponential correlation. The elastic modulus is the largest in the sensitivity to the axial force of the rock bolt and the sensitivity to axial force increased as the modulus of elasticity decreases.
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