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장지간 지중강판구조물의 최소토피고 평가 및 토피지반 보강에 대한 수치해석
Evaluation of Minimum Depth Criterion and Reinforcement Effect of the Soil Cover in a Long-span Soil-steel Bridge

이종구   (포항산업과학연구원 강구조연구소CC0011989  ); 조성민   (한국도로공사 도로교통기술원 지반연구그CC0186802  ); 정현식   (한국수자원공사 금강남부권 지역본CC0186824  ); 김명모   (서울대학교 지구환경시스템공학부UU0000691  );
  • 초록

    주변의 뒷채움 흙과 파형강판 벽체의 상호작용을 통해 외력을 지지하는 지중강판구조물에서는 상부의 차량하중에 의해서 토피 지반에서 전단파괴, 또는 인장파괴가 발생하여 구조물의 파손이나 붕괴를 유발할 수 있다. 현재 적용 중인 설계기준들에서는 이를 방지하기 위하여 상부아치 위로 확보해야 하는 최소한의 토피 두께(토피고)를 규정하고 있으나, 이들은 표준형 파형강판으로 제작한 지간 7.7m 이하의 구조물에 대한 수치해석에 바탕을 두고 있으므로, 지간이 그 이상인 장지간 구조물에는 적용기가 어렵다. 이 연구에서는 원형 및 낮은 아치형 단면의 지중강판구조물에 대하여 강판 부재와 뒷채움 지반을 함께 모사한 수치해석을 실시하여 장지간 구조물에 대한 최소토피고의 크기를 분석하였다. 해석 결과, 현재의 시방기준은 장지간 구조물의 최소토피고를 과다산정하는 경향을 보였으며, 지간이 10m 이상일 경우의 최소토피고는 지간의 크기 및 단면형상에 관계없이 1.5m 정도로 나타났다. 최소토피고를 만족하지 못하는 경우에는 토피 지반에 활하중 분산효과가 뛰어난 콘크리트 보강 슬래브를 적용할 수 있는데, 원형 단면의 장지간 구조물에 대한 수치해석을 통해서 보강 슬래브가 토피 지반 위에 재하되는 활하중에 의한 강판 부재의 축력과 휨모멘트를 크게 감소시키는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 토피 두께가 기준에 미달하더라도 적절한 규격의 보강 슬래브를 설치하는 지중강판구조물은 기존의 절차에 따라 축력지배구조로서 설계 및 해석이 가능하다.


    Soil-steel bridges are made of flexible corrugated steel plates buried in the well-compacted granular soil. One kind of possible collapses of these structures could be initiated by shear or tension failure in the soil cover subjected to vehicle loads. Current design codes provide the requirements for the minimum depth of the soil cover to avoid problems associated with soil cover failures. However, these requirements were developed for short span (less than 7.7 m) structures which are made of unstiffened plates of standard corrugation (150 $\times$ 50 m). Numerical analyses were carried out to investigate the behavior of long span soil steel bridges according to thickness of the soil cover. The span of structures were up to 20 m and deep corrugated plates (381 $\times$ 140 m) were used. The analysis showed that the minimum cover depth of 1.5 m could be sufficient to prevent the soil cover failure in the structures with a span exceeding 10 m. Additional analyses were performed to verify the reinforcement effect of the concrete relieving slab which can be a special feature to reduce the live-load effects. Analyses revealed that the bending moment of the conduit wall with a relieving slab was less than 20% of that without a relieving slab in a case of shallow soil cover conditions.


  • 주제어

    Live load .   Minimum depth of soil cover .   Numerical analysis .   Relieving slab .   Soil-steel bridges.  

  • 참고문헌 (21)

    1. 건설교통부 , 도로교표준시방서 / v.,pp.,
    2. 서울대학교;한국도로공사 , 지중강판구조물 토피지반 해석에 대한 연구 / v.,pp.,
    3. 지중강판 구조물 설계기준의 적용성 평가 , 이종구 , 서울대학교 대학원 박사학위 논문 / v.,pp.,
    4. 포스코;포항산업과학연구원;평산SI(주) , 장스팬 파형강판 구조물 설계 및 시공 / v.,pp.,
    5. 한국도로공사 , 지중강판 구조물 설계 및 시공지침 / v.,pp.,
    6. AASHTO , LRFD Bridge Design Specifications(2nd Ed.) / v.,pp.,
    7. AASHTO , Standard Specifications for Highway Bridges(17th Ed.) / v.,pp.,
    8. AISI , Handbook of Steel Drainage & Highway Construction Products / v.,pp.,
    9. CSPI;AISI;Canadian(ed.) , Handbook of Steel Drainage & Highway Construction Products / v.,pp.,
    10. Abdel-Sayed, G.;Bakht, B.;Jaeger, L.G. , Soil-Steel Bridges: Design and Construction / v.,pp.,
    11. Soil-Steel Structures Design by the 3rd Edition of OHBDC , Abdel-Sayed, G.;Bakht, B.;Selig, E. , Canadian Journal of Civil Engineering / v.19,pp.545-550,
    12. Stability Soil-Steel Bridges , Abdel-Sayed, G.;Girges, Y. , Canadian Journal of Civil Engineering / v.19,pp.463-468,
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    14. Canadian Standards Association , CAN/CSA-S6-00: Canadian Highway Bridge Design Code (CHBDC) / v.,pp.,
    15. Behavior and Design of Long-Span Metal Culverts , Duncan, J. M. , Journal of the Geotechnical Engineering / v.105,pp.399-417,
    16. Soil Failure in Shallow Covers above Flexible Conduit , Hafez, H. H.;Abdel-Sayed, G. , Canadian Journal of Civil Engineering / v.10,pp.654-661,
    17. CANDE - A Modern Approach for the Structural Design and Analysis of Buried Culverts , Kantona, M. G.;Smith, J. M.;Odello, R. S.;Allgood, J. R. , Report No.FHWA-RD-77-5 / v.,pp.,
    18. Effects of Frictional Slippage of Soil-Structure Interfaces of Buried Culverts , Kantona , Transportation Research Record 878 / v.,pp.8-10,
    19. Theoretische und Experimentelle Untersuchungen zu den Traglastproblemen biegeweigher in die Erde Eingebetten Rohre , Kloppel, K.;Glock, D. , Publication No.10, Institut fur Statik and Stahlbau / v.,pp.,
    20. Ministry of Transportation of Ontario , Ontario Highway Bridge Design Code (OHBDC)(2nd Ed.) / v.,pp.,
    21. Ministry of Transportation of Ontario , Ontario Highway Bridge Design Code (OHBDC)(3rd Ed.) / v.,pp.,
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Kim, Myoungil ; Park, Duhee 2014. "Deformation of Corrugated Steel Plate Culverts in the Areas with Minimum Depth" 한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, 15(7): 23~30     

 저자의 다른 논문

  • 이종구 (7)

    1. 2003 "높은 아치형 지중강판 구조물의 시공 중 거동 분석" 韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society 19 (6): 71~84    
    2. 2006 "WEAP 프로그램을 이용한 U형 널말뚝의 항타관입성 해석" 한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society 7 (4): 671~678    
    3. 2006 "진동타입기에 의한 쉬트파일의 관입속도 예측" 한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society 7 (4): 679~683    
    4. 2009 "장지간 지중파형강판 박스형 교량" 전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea 22 (1): 54~60    
    5. 2009 "실내 가속부식시험을 통한 해양 강관합성 말뚝의 방식 기법 수명 평가" Corrosion science and technology 8 (6): 243~250    
  • 조성민 (25)

  • 김명모 (67)

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