Transcript 신개념 낙석방지 울타리의 특성 및 성능 평가

신개념 낙석방지울타리의
낙석 지지능력 평가
문영종 : 한국과학기술원 건설 및 환경공학과, 박사과정
정형조 : 세종대학교 토목환경공학과, 교수
박기준 : ㈜광명 E&C, 대표이사
이인원 : 한국과학기술원 건설 및 환경공학과, 교수
목차
 기존 낙석방지울타리 개요
 기존 낙석방지울타리 성능평가
 신개념 낙석방지울타리 개요
 신개념 낙석방지울타리 성능 평가
 결론
 도로 낙석방지시설
• 정의
- 도로 절개면의 낙석, 토사붕괴 등으로 인한 교통 장애,
도로구조물의 손상, 재산 및 인명상의 손실을 예방하기
위해 설치되는 구조물
• 주요 기능
- 낙석의 충격에 저항하여 낙석운동 억제
- 낙석의 에너지를 흡수하여 낙석이 도로변으로의 유입 차단
- 낙석의 낙하 진행방향을 바꾸어 피해 위험이 없는 곳으로 유도
 낙석 방지울타리 개요
• 구성 요소
- 지주 : H  150  75  5  7, 2m 간격으로 설치
- 와이어로프 :  18, 20 – 30cm 간격으로 설치
- 철망 :  4  50  50
• 기능
- 각각의 구성요소가 일체가 되어 낙석에 저항
- 일반적으로 50kJ의 낙석에너지에 저항하도록 설계
 낙석방지울타리의 흡수가능에너지
ET  E R  E P  E N
ET : 흡수가능에너지
E R : 와이어로프의 흡수에너지
E P : 지주의 흡수에너지
E N : 철망의 흡수에너지
와이어로프
중간지주
단면치수(mm)
매입길이
(mm)
표준간격
(mm)
흡수가능
에너지(kJ)
단부
지름
간격(mm)
18
200~300
H150x75x5x7
700 이상
2000~3000
H150x150x7/10
150x4.5
48
18
200~300
H200x100x5.5x8
700 이상
2000~3000
H175x175x7.5/11 175x5.0
56
18
200~300
H200x100x5.5x8
700 이상
2000~3000
H200x200x8/12
61
175x5.0
 낙석지지능력 평가
• LS-DYNA3D
- 현재 널리 이용되고 있는 각종 비선형 유한요소 프로그램
- 3차원 구조물의 동적거동 해석
• 낙석 중량 : 건설교통부에서 제시하고 있는 국도 주변에서
관찰된 낙석 중량의 평균값 400kg 사용
• 낙석 에너지 : 400kg의 일정한 중량에 낙석의 속력 변화
 낙석방지울타리 모델링
• 지주 : 고정단으로 간주
• 와이어로프 : 스플라이스 소켓 고려하지 않고 양쪽 지주에
고정된 것으로 가정
• 철망 : 양쪽 지주에 고정
No. of Nodes : 9866
No. of Elements : 16528
 기존 낙석방지울타리 모의 시험결과 (1)
• 낙석에너지 : 28.8kJ
=> 낙석 지지
• 낙석에너지 : 33.8kJ
=> 낙석 이탈
 기존 낙석방지울타리 모의 시험결과 (2)
• 낙석에너지 : 20.0kJ
=> 낙석 지지
• 낙석에너지 : 51.2kJ
=> 낙석 이탈
 기존 낙석방지울타리의 문제점
• 낙석 충돌 발생시 와이어로프가 예상된 성능을 발휘 못함
- 와이어로프의 상하 변형으로 인한 낙석 이탈
- 철망의 독립적인 낙석지지
지주
낙석
지주
와이어로프
와이어로프
낙석
 기존 낙석방지울타리의 문제점 (현장시험)
• 낙석 충돌로 인한 단부의 스플라이스 소켓 파손
- 국부적인 낙석 충돌로 인해 전 경간의 낙석지지능력 상실
- 와이어로프의 재설치 필요
- 유지 보수에 많은 비용과 시간 소요
 신개념 낙석방지울타리 개요
• 새로운 구성요소 도입
- 평철 : 효과적인 낙석에너지 흡수를 위해 평면 부재 사용
- 평철 보조대 : 상하 변형으로 인한 낙석 이탈 방지
- 원형봉 : 낙석에너지 분배를 위해 유연한 부재 사용
• 지주 단면 및 설치 방법 변경
- 지주 : H  150  75  5  7 => H  100  100  6  8
- 상단부 : 와이어로프 대신 원형봉 사용
볼트와 너트를 이용한 착탈식
- 하단부 : 와이어로프 및 철망 대신 평철 사용
볼트와 너트를 이용한 착탈식
 신개념 낙석방지울타리 설치 제원
 신개념 낙석방지울타리 모의 시험결과 (1)
• 낙석에너지 : 28.8kJ
=> 낙석 지지
 신개념 낙석방지울타리 모의 시험결과 (2)
• 낙석에너지 : 20.0kJ
=> 낙석 지지
• 낙석에너지 : 51.2kJ
=> 낙석 이탈
 신개념 낙석방지울타리 모의 시험결과 (3)
• 낙석에너지 : 80.0kJ
=> 낙석 지지
 신개념 낙석방지울타리 현장 시험 결과
• 낙석 충돌로 인한 국부적인 파손
- 낙석 충돌시 해당 경간만 손상
- 손상 경간 이외는 여전히 낙석지지능력 보유
- 유지 보수에 적은 비용과 시간 소요
 성능 비교
• 흡수가능에너지
충돌 위치
상단부
하단부
낙석방지울타리 종류
흡수가능에너지
기존 낙석방지울타리
28.8kJ
신개념 낙석방지울타리
28.8kJ
기존 낙석방지울타리
20kJ
신개념 낙석방지울타리
80kJ
• 유지 보수 측면
- 기존 낙석방지울타리
: 국부적인 낙석 충돌로도 전경간 손상 => 많은 비용 소요
- 신개념 낙석방지울타리
: 낙석충돌 경간만 손상, 착탈식 => 간편한 유지 보수
 결론
• 기존 낙석방지울타리는 규정된 흡수가능에너지에 상당히
못 미치는 결과로서 현재의 흡수가능에너지 산정방식에
문제가 있는 것으로 판단
• 기존 낙석방지울타리는 본래의 기능 수행에 많은 문제점이
있을것으로 예상
• 새로운 구성요소 도입으로 인해 성능 개선
- 평면 부재인 평철로 인한 효과적인 에너지 흡수
- 평철 보조대로 인한 낙석 이탈 방지
• 설치 방법 변경으로 인한 간편한 유지보수
- 착탈식으로 인해 부분 보수 및 교체 가능