EPS Geofoam을 적용한 지중아치구조물의 하중저감 최적화 연구 :Optimization of Expanded PolyStyrene Geofoam for Load Reduction to Underground Arch Structure

김수하

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김수하 (상명대학교, 상명대학교 대학원)

지도교수: 박종섭

발행연도: 2018

저작권: 상명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수3

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

EPS Geofoam을 이용한 Soft Zone 적용방법에 따른 지중아치구조물의 하중저감에 관한 해석 연구

김수하 , 박종섭 , 강준석 한국산학기술학회 논문지 2018.10 학술저널

EPS Geofoam을 적용한 지중아치구조물의 하중저감 최적화 연구

김수하 ; 2018.01 학위논문

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현재 국내에서는 도시화, 인구과밀화에 의해 평면적 확산을 거듭하던 지상공간들이 혼잡한 교통체제, 비효율적인 토지이용으로 인한 녹지 부족, 이로 인한 소음공해, 대기오염 등의 환경문제를 야기하고 있다. 이러한 복잡한 지상공간에 의해 유발되는 문제들을 해소하고 주민들의 생활요구를 충족하려면 한정적인 공간의 재개발이 필요하다. 이에 도로와 공공시설들을 지하공간에 위치시키고 기존에 위치하고 있던 도로 및 공공시설에 상업·주거 공간의 생활시설을 조성하는 입체적인 공간 활용방안이 제시되고 있으며 지하공간을 개발하고 활용할 수 있는 관련 공법과 연구들이 요구되고 있다. 그 중 보다 근본적으로 지하구조물에 작용하는 토압과 상재하중을 경량화하고 동시에 경제적이고 안정적인 설계 및 시공을 할 수 있는 공법으로 Expanded PolyStyrene(EPS) Geofoam을 이용한 하중저감공법이 제시되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 EPS Geofoam의 압축성을 이용하는 Imperfect Trench Installation 공법과 Embedded Trench Installation공법을 토대로 4가지 경우의 EPS Geofoam 적용 형식을 선정한 후 지중아치구조물에 적용하여 수치해석을 통해 토압경감효과에 대해 분석하였다.
논문의 순서는 서론, 연구 배경 이론, 유한 요소 해석 방법, 해석결과 그리고 결론 순으로 6개의 장으로 구성되어 있다. 서론은 지하공간과 지중구조물의 배경 및 필요성, 연구의 목적과 범위에 대해 서술하고 있다. 연구 배경 이론은 EPS Geofoam의 재료특성과 이를 활용한 공법의 종류인 성토공법과 하중저감공법인 Imperfect Trench Installation공법과 Embedded Trench Installation공법에 대한 개념과 적용된 이론들을 설명한다. 제 3장에서는 지중아치구조물에 EPS Geofoam의 압축성을 이용하여 토압경감과 안정성에 대해 검토하기 위해 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS(2016)에 적용된 해석방법으로 모델링 기법과 구조물의 제원, 해석에 사용된 EPS블록의 단면에 대해 나타내고 있다. 유한 요소 해석은 EPS Geofoam 적용 형식에 따른 4가지 유형을 지중아치구조물에 적용하여 아치구조물에서 발생하는 거동특성과 토압감소효과를 분석하였다. 또한 분석결과를 토대로 아치구조물에 대한 적용성 평가를 위해 아치구조물의 라이즈비와 지간길이를 해석변수로 고려하여 해석을 진행하였다.
본 연구 결과에서 토압 경량화에 대한 EPS Geofoam의 효과와 이에 대한 지중아치구조물의 적용성 평가는 지중구조물 설계 시 경제적이고 합리적인 방법을 제공해 줄 것이며, 향후 심층 지하공간에 대한 활용성 증가에 도움이 될 것으로 판단된다.

표 차례 III
그림 차례 VI
국 문 요 약 VIII
제 1 장 서론 1
1.1. 연구배경 및 목적 1
1.2. 연구 내용 및 범위 3
제 2장 EPS Geofoam을 활용한 공법 4
2.1. EPS 공법의 개요 및 특성 4
2.2. EPS 공법의 종류 7
2.2.1. EPS 성토공법 7
2.2.2. Imperfect Trench Installation (ITI) 공법 9
2.2.1. Embedded Trench Installation (ETI) 공법 12
제 3 장 유한요소해석 15
3.1. 해석 조건 16
3.1.1. 작용하중 산정 17
3.1.2. 유한 요소 모델의 재료 특성 17
3.2. 유한 요소 모델링 방법 18
3.2.1. 해석 범위 19
3.2.2. 경계조건 및 하중조건 20
3.2.3. Soft Zone의 형상 21
제 4 장 Soft Zone 변화에 따른 하중저감효과 25
4.1. Soft Zone 형상에 따른 거동 비교 25
4.2. Soft Zone 비율 증가에 따른 거동 비교 33
제 5 장 구조물의 제원 변화에 따른 하중저감효과 53
5.1. 아치구조물의 라이즈비 변화에 따른 해석 결과 53
5.2. 아치구조물의 크기 변화와 토피고에 따른 해석 결과 63
제 6장 결론 67
참고 문헌 70
ABSTRACT 75

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