방현기능을 갖춘 SB4 등급 중앙분리대용 콘크리트 방호울타리의 차량 충돌 특성 :Vehicle Collision Characteristics of Anti-glare Concrete Median Barrier for SB4 Class

주봉철

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자료유형: 학위논문

저자정보: 주봉철 (충북대학교, 충북대학교 대학원)

지도교수: 홍기남

발행연도: 2022

저작권: 충북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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2020

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본 연구의 목적은 설계속도 80 km/h의 도로에 설치할 수 있는 방현기능을 갖춘 SB4 등급 중앙분리대용 콘크리트 방호울타리의 차량 충돌 특성을 분석하는 것이다. 이를 위해 중앙분리대용 콘크리트 방호울타리 단면을 설계하고 컴퓨터 시뮬레이션 충돌해석을 통해 방호성능을 비교하여 최종 설계단면을 도출하였다. 그리고 실물충돌시험을 통해 설계 단면의 차량방호성능을 확인하였다.
충돌해석에 사용된 프로그램은 LS-DYNA입니다. 콘크리트 방호울타리에 대한 차량 충돌 해석을 위해 FHWA(Federal Highway Administration)에서 개발한 콘크리트 재료 모델 #159를 사용하였다. 차량 모델은 조지워싱턴 대학의 NCAC(National Crash Analysis Center)가 공개한 차량 모델을 사용하였다. 제안한 해석모델의 검증을 위해 F단면을 기반으로 구축된 해석모델을 이용한 충돌해석 결과와 F단면에 대한 실물충돌시험 결과를 비교하였다.
중앙분리대용 콘크리트 방호울타리 단면 높이는 눈부심 방지 성능을 확보하도록 설계하였다. 단면 하부폭은 최대한 좁게 설계하였으며, 최신 콘크리트 내구성 설계기준을 적용하여 콘크리트 설계기준압축강도를 정하였다. 충돌해석을 통해 방호울타리 단면 상부 두께에 따른 강도성능의 영향을 검토하였다. 그리고 측면경사 변곡점의 수평 깊이와 높이에 따른 탑승자 보호성능에 대한 영향을 검토하였다. 강도성능과 탑승자 보호성능을 종합적으로 고려하여 최종 단면을 선정하였다.
SB4 등급 중앙분리대용 콘크리트 방호울타리 시험체를 차량충돌시험장에 제작하고 실물충돌시험을 통해 설계단면의 차량방호성능을 평가하였다. 실물충돌시험은 강도성능 평가시험과 탑승자보호성능 평가시험으로 구분된다. SB4 등급의 경우 강도성능 평가시험은 14 tonf 대형트럭을 설계속도(80 km/h)의 80 % 속도로 시험체에 충돌시키고, 탑승자보호성능 평가시험은 1.3 tonf 승용차를 설계속도로 시험체에 충돌시켜 차량방호성능을 평가한다. 실물충돌시험 결과 설계단면은 SB4 등급 차량방호를 위한 요구사항을 모두 만족하였다.

The purpose of this study is to find out the collision characteristics of SB4 grade anti-glare concrete median barrier for the that can be installed on a road with a design speed of 80 km/h. To this end, the sections of the concrete median barrier were designed and the optimal section was derived by comparing the protective performance through computer simulation crash analysis. The protection performance of the design section was confirmed through the real collision test.
The computer program used for collision analysis is LS-DYNA developed by Ansys. Concrete material model #159 developed by the Federal Highway Administration (FHWA) for the purpose of vehicle collision analysis on concrete structures was used. The vehicle models disclosed by the National Crash Analysis Center (NCAC) at George Washington University ware used as the vehicle model. The performance of the proposed analysis model was verified by comparing the results of the collision analysis using the analysis model built on the F-shape with the results of the existing real collision test.
The height of the CMB section is designed to secure anti-glare performance. The lower section width was designed to be as narrow as possible, and concrete durability was designed by applying the latest design standards. Through simulation collision analysis using LS-DYNA, the effect of strength performance according to the thickness of the upper part of the protective fence was examined. Also the effect of occupant protection performance according to the horizontal depth and height of the side slope inflection point was examined. The optimal cross section was selected by considering the strength performance and occupant protection performance.
A concrete median barrier specimen for SB4 class was manufactured at the real on-site, and the protective performance was evaluated through the on-site crash test. The on-site crash test is divided into a strength performance evaluation test and an occupant protection performance evaluation test. In the case of SB4 class, the strength performance evaluation test is to collide a 14 tonf heavy truck with the specimen at 80% of the design speed, and the occupant protection performance evaluation test is to collide a 1.3 tonf passenger car with the specimen at the design speed. As a result of the on-site crash test, it was confirmed that the section satisfies all SB4 class protective performance requirements.

#콘크리트 방호울타리 #중앙분리대 #실물충돌시험 #방현기능 #SB4 등급

Ⅰ. 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 국내외 연구동향 4
1.2.1 콘크리트 방호울타리 단면 개발 연구 4
1.2.2 콘크리트 방호울타리 시뮬레이션 충돌해석 연구 7
1.3 연구방법 및 범위 12
Ⅱ. 콘크리트 방호울타리 종류 및 평가기준 15
2.1 중앙분리대용 콘크리트 방호울타리 15
2.1.1 미국 15
2.1.2 유럽 16
2.1.3 일본 17
2.1.4 대한민국 18
2.2 방호울타리 방호성능 평가기준 21
2.2.1 미국 21
2.2.2 유럽 25
2.2.3 일본 28
2.2.4 대한민국 32
2.2.5 탑승자 위험도 평가이론 36
Ⅲ. 충돌해석 모델 구축 42
3.1 해석 프로그램 42
3.2 재료모델 43
3.2.1 콘크리트 43
3.2.2 강재 47
3.2.3 접촉조건 49
3.3 해석모델링 50
3.3.1 해석모델 단면 50
3.3.2 모델링 51
3.4 해석모델 검증 56
3.4.1 충돌차량 거동 56
3.4.2 강도성능 60
3.4.3 탑승자보호성능 62
Ⅳ. SB4 중앙분리대용 콘크리트 방호울타리 설계 65
4.1 단면 설계 65
4.1.1 현광방지 설계 65
4.1.2 콘크리트 내구성 설계 66
4.1.3 콘크리트 파편 비산방지 설계 68
4.1.4 단면 형상 설계 69
4.2 충돌해석 결과 74
4.2.1 충돌차량 거동 74
4.2.2 강도성능 84
4.2.3 탑승자보호성능 85
4.2.4 단면 선정 89
Ⅴ. 설계단면 방호성능 검증 92
5.1 방호성능 평가방법 92
5.1.1 SB4 등급 실물충돌시험 92
5.1.2 시험체 제작 93
5.1.3 실물충돌시험 차량 96
5.2 실물충돌시험 결과 98
5.2.1 충돌차량 거동 98
5.2.2 강도성능 102
5.2.3 탑승자보호성능 110
5.3 시험결과와 해석결과 비교 114
5.3.1 충돌차량 거동 114
5.3.2 강도성능 117
5.3.3 탑승자보호성능 118
Ⅵ. 결 론 119
참고문헌 121
감사의 글 129

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