제3장 연구개발개행 내용 및 결과
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제3장 연구개발수행 내용 및 결과
제1절 오픈 셀 케이슨이용 장대 구조물 성능평가
오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
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- 각 케이슨 셀을 속채움하고, 마주하는 오픈 셀로 구성되는 인터 셀에는 인접 케이슨과 인터로킹을 위한 사석 등 채움재를 투입하여 실험 방파제 모형 구성 (채움사석의 전단저항특성을 평가하기 위해 양측 두부 케이슨은 바닥에 고정) - 케이슨 무게 = 38.65 KN
- 오픈 셀 내 채움재 무게 = 5.80 KN
그림 3.1.2 구조실험 방파제 설치도
그림 3.1.3 구조실험체 단면
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○ 구조응답 계측센서 설치
- 케이슨 구조응답을 계측하기 위하여 구조체에 스트레인게이지 부착
- 콘크리트 게이지의 경우 인터셀 부분에 설치할 경우 사석에 의한 손상 가능성 이 있어 내측 벽면에 부착함.
내부 격벽 강재 스트레인 게이지
인터 셀 강재 스트레인 게이지
외벽 콘크리트 스트레인 게이지
내부격벽 콘크리트 스트레인 게이지 그림 3.1.4 구조실험체 게이지 부착위치
오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
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- 지반 반력의 상대적 비교를 위하여 중앙 3개 케이슨 사석 마운드 내에 H형강 을 설치하고 웹에 스트레인 게이지 3개씩 총 9개 설치
그림 3.1.5 반력측정용 스트레인 게이지
- 중앙 3개 케이슨의 움직임을 계측하기 위하여 각 함당 2개씩 총 6개의 변위계 설치
그림 3.1.6 케이슨 움직임 측정 변위계
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○ 가력장치의 구성
- 방파제의 작용하는 파력을 모의하기 위하여, 중앙 3개 케이슨에 대하여 케이 슨 당 1개, 총 3개의 가력장치 설치
- 경사입사에 따른 파력의 위상차를 고려하기 위하여 각 케이슨 가력장치를 하 중 컨트롤 적용
측면도 평면도 그림 3.1.7 가력장치 설치도
○ 실험케이스
- 채움재가 없는 경우 (비교군)
- 인터 셀 채움재로 활용 가능한 기초사석을 채운 경우
○ 가력조건
‣ 케이슨별 최대 하중, 총 6가지 고려
- F1 : 케이슨 자중의 46% (설계하중의 0.77) - F2 : 케이슨 자중의 57% (설계하중의 0.95) - F3 : 케이슨 자중의 69% (설계하중의 1.15) - F4 : 케이슨 자중의 80% (설계하중의 1.33) - F5 : 케이슨 자중의 92% (설계하중의 1.53) - F6 : 케이슨 자중의 103% (설계하중의 1.72)
※ 케이슨 자중은 인터셀의 채움재 자중은 제외한 것임
‣ 하중조건
◾ 3개 입사각 고려
- A1 : 입사각이 15도인 경우 - A2 : 입사각이 30도인 경우
오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
36 - A3 : 입사각이 45도인 경우
◾ 5개 위상 고려
- P1 : 1번 케이슨에 최대파력이 작용되는 경우 - P2 : 2번 케이슨에 최대파력이 작용되는 경우 - P3 : 3번 케이슨에 최대파력이 작용되는 경우
- P4 : 1번 케이슨에 최소파력이 가해지는 경우 (부압 제외) - P5 : 3번 케이슨에 최소파력이 가해지는 경우 (부압 제외)
다. 구조실험 결과 ○ 케이슨의 마찰계수
- A3(입사각 45도), P2(2번 케이슨 최대파력)인 경우, F3(설계하중의 1.2배) 하중 을 가할 때의 미끌림 계측
- 마찰계수는 0.58~0.59로 평가됨
그림 3.1.8 마찰계수 실험결과
‣ 인터 셀내 채움재 전단저항성능
- 채움재의 전단저항력(
)은 구속압이 없는 경우(케이슨 움직임이 없는 경우) 채움재 토압에 의한 전단저항응력(
)으로 나타낼 수 있음(
×
; × tan
)- 가력되어 케이슨이 변형되는 경우, 케이슨 움직임에 의한 구속압이 발현되어 전단저항력이 크게 증대됨
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- 작용하중이 증대됨에 따라 변위가 선형적으로 증가하고, 설계하중이 1.4배 되 는 조건에서는 약 10cm(현장치), 1.6배에서는 17cm, 1.8배에서는 약 26cm 변위 가 발생. 채움재에 작용된 전단력을 보면 각각 4,638kN, 9,276kN, 16,233kN 정 도로 채움재의 전단저항성능은 구속압이 없는 경우에 비해 3배, 6배, 11배 이 상 상승됨
※ 구속압이 없는 경우(자중만에 의한 구속) : 설계하중 1.0배 · 설계하중 1.0배 : 1,400KN 이상 (=10.1KN/m2)
· 설계하중 1.4배 : 4,638KN 이상 (=33.5KN/m2) · 설계하중 1.6배 : 9,276KN 이상 (=66.9KN/m2) · 설계하중 1.8배 : 16,233KN 이상 (=117.1KN/m2)
⇒ 변위에 의한 파괴(30cm)를 고려하면, 실험 채움재의 최대 전단저항력은 16,233KN (=117.1KN/m2)로 평가됨
그림 3.1.9 하중-변위 상관도
‣ 인터 셀 내 채움재 전단 저항력계수,
- 인터 셀 내 채움재 전단 저항력계수는 하중-변위 상관도에서 바닥 미끌림이 발 생한 이후 하중-변위 곡선의 기울기(
)로 정의할 수 있음. 그림 3.1.8로부터, 약
=54,110KN/m(현장치)로 평가됨.오픈 셀 케이슨 설계기술 개발
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=54,110kN/m⇒ 인터 셀 내 채움사석을 전단저항 스프링으로 모델링할 때 사용 가능
‣ 사석 마운드의 수평 마찰 저항력계수,
- 지반 수평 마찰 저항력계수는 하중-변위 상관도에서 바닥 미끌림이 발생하기 이전의 하중-변위 곡선의 기울기(
)로 정의할 수 있음. 그림으로부터, 약
=400,000 kN/m로 평가됨.
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=400,000 kN/m⇒ 사석마운드를 스프링으로 모델링할 때 사용 가능
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그림 3.1.10 하중-변위 상관도
‣ 케이슨 구조체 응답 및 지반반력 분석 특성
- 케이슨 구조체는 사석에 비하여 강성이 커 케이슨 구조체가 강체 거동을 보였 으며, 지반 반력의 분산효과를 평가하기 위해 설치한 사석마운드 내 H형강의 강성이 커 목표한 성과는 얻지 못하였음.
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