타이어 트레드 보강구조물의 현장실험 및 수치해석

Title
타이어 트레드 보강구조물의 현장실험 및 수치해석
Authors
김근수
Keywords
타이어트레드보강구조물의현장실험및수치해석
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
폐타이어의 보강효과에 대한 그동안의 국내·외 연구는 주로 타이어칩 혹은 한쪽면을 제거한 타이어에 대한 연구를 수행하였다. 국내에서는 폐타이어의 사이드월(sidewall)을 제거한 트레드(tread)로 상업용 보강재인 지오셀, 지오그리드와 비슷한 형상을 갖는 타이어셀과 트레드매트를 고안하였고, 현장 평판재하시험으로 지반보강 효과를 확인하였다. 본 논문에서는 현장 성토하에서 인발시험을 수행하여 타이어 트레드의 보강효과를 확인하고, 시험으로부터 결정한 설계정수를 타이어 트레드 보강구조물 시공에 처음으로 적용하였다. 보강사면이나 보강토 옹벽과 같은 지반구조물의 외적·내적안정성은 횡방향 하중의 영향이 크므로, 타이어 트레드를 지반보강재로 활용하기 위해서는 타이어 트레드의 인발거동을 확인하여야 한다. 이를 위하여 본 논문에서는 타이어 트레드의 형상(타이어셀, 트레드매트), 배열, 성토고, 저항길이 등의 조건을 달리하여 현장인발시험을 수행하였다. 시험결과 동일조건에서 시험한 타이어셀이나 트레드매트는 상업용 보강재인 지오셀이나 지오그리드보다 우수한 보강재임을 확인하였으며, 타이어 트레드 보강구조물의 설계시 적용하는 타이어 트레드의 극한인장강도는 73.6kN/m, 상호작용계수는 0.4가 적절함을 확인하였다. 그리고 트레드매트는 횡방향 트레드의 수동저항이 인발하중을 크게 증가시키기 때문에 타이어셀보다 인발에 대한 저항이 효율적임을 확인하였다. 또한 트레드매트의 단위면적당 인발하중(인발저항응력)과 상호작용계수는 타이어셀보다 각각 37~43%, 33~39% 더 큰 것을 확인하였다. 인발시험과 동일한 조건에서 수치해석을 수행함으로써 타이어 트레드의 매개변수를 결정하였고, 수치해석에 의한 타이어 트레드의 인발거동은 시험결과와 일치하는 것을 확인하였다. 실내시험 및 현장시험으로부터 결정한 설계정수로 타이어 트레드 보강구조물(보강사면과 보강토 옹벽)을 FHWA(2001)에 따라 설계하였다. 그리고 각각의 보강구조물을 시공한 후, 구조물의 거동을 장기간 계측한 결과 모든 변형이 허용한계 이내로 발생하였다. 따라서 타이어 트레드 보강구조물은 변형에 대한 허용한계가 비교적 큰 도심지의 공원이나 도시 외곽지역, 또는 긴급한 유지·보수가 필요한 곳에 충분히 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
Description
제1장 서론 1 1.1 연구배경 1 1.2 연구목적 3 1.3 연구내용 및 방법 4 1.4 논문구성 5 제2장 이론적 배경 및 문헌고찰 6 2.1 보강토 공법 6 2.1.1 보강토 공법의 개요 6 2.1.2 보강토 구조물의 역학적 거동 8 2.1.3 흙과 보강재 사이의 상호작용 11 2.2 폐타이어의 특성 16 2.2.1 타이어의 구조와 성분 16 2.2.2 폐타이어의 내구성 19 2.2.3 폐타이어의 용출특성 20 2.3 폐타이어 처리방법 23 2.3.1 1990년대 이전의 폐타이어 처리방법 23 2.3.2 1990년대 이후의 폐타이어 처리방법 23 2.3.3 토목분야에서 폐타이어 처리방법 27 제3장 타이어 트레드의 인발거동 특성 40 3.1 현장인발시험 40 3.1.1 인발시험장치 40 3.1.2 현장인발시험의 계획 43 3.1.3 인발시험부지의 조성 46 3.1.4 인발시험 48 3.2 인발시험 결과 및 분석 49 3.2.1 타이어 트레드의 인발거동 49 3.2.2 극한인발하중 61 3.2.3 극한인발하중의 영향인자 73 3.2.4 타이어 트레드와 상업용 보강재의 비교 81 3.3 요약 84 제4장 현장인발시험의 수치해석 86 4.1 수치해석 86 4.1.1 수치해석의 계획 86 4.1.2 평면변형률 모형 87 4.1.3 재료모델과 매개변수 88 4.2 수치해석 결과 및 고찰 97 4.2.1 타이어셀 97 4.2.2 트레드매트 100 4.3 요약 106 제5장 타이어 트레드 보강구조물의 설계와 시공 107 5.1 보강사면의 설계 107 5.1.1 설계개요 107 5.1.2 무보강사면의 안전율 111 5.1.3 최소안전율 확보를 위한 보강재의 설계 113 5.1.4 보강사면의 외적안정성 121 5.1.5 요약 127 5.2 보강토 옹벽의 설계 128 5.2.1 설계개요 128 5.2.2 보강토 옹벽의 외적안정성 131 5.2.3 보강토 옹벽의 내적안정성 137 5.2.4 그 외의 안정성에 대한 검토 145 5.2.5 보강토 옹벽의 설계단면 결정 150 5.2.6 요약 155 5.3 구조물의 시공 157 5.3.1 시공개요 및 준비 157 5.3.2 보강토 옹벽의 시공 164 5.3.3 보강사면의 시공 172 5.3.4 요약 176 5.4 계측 178 5.4.1 경사계로 측정한 보강구조물의 횡변형 178 5.4.2 시트타겟으로 측정한 보강토 옹벽의 벽체변위 183 5.4.3 침하계로 측정한 기초지반의 수직변위 186 5.4.4 요약 188 제6장 결론 189 참고문헌 193
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23006
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College of Engineering(공과대학) > Civil Engineering (사회인프라공학) > Theses(사회인프라공학 석박사 학위논문)

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