커플러를 활용한 억지 끼움 방식의 마이크로파일에 관한 실험 및 해석적 연구
- 주제(키워드) 커플러 , 마이크로파일 , 억지끼움
- 발행기관 동신대학교 일반대학원
- 지도교수 강대흥
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 토목공학과
- 세부전공 토목구조
- 세부분야 해당없음
- 원문페이지 68
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/dsu/200000720465
- UCI I804:46001-200000720465
- 본문언어 한국어
- 저작권 동신대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
커플러를 활용한 억지 끼움 방식의 마이크로파일에 관한 실험 및 해석적 연구 정 행 운 동신대학교 대학원 토목공학과 (지도교수 강대흥) 마이크로파일은 강재로 보강된 직경 300mm 이하의 소구경 말뚝으로, 기존 말뚝 공법이 어려운 현장에서 효과적으로 적용되는데, 이는 국내 구조물 기초, 기초보강, 리모델링 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 이러한 기술은 이탈리아에서 1950년대에 개발된 것이 시작으로, 유럽 전역에서 적용되었으며, 뒤이어 미국에서도 성공적으로 도입되었다. 국내에서는 기존 구조물의 보수나 어려운 조건에서 활용되 고 있다. 마이크로파일의 적용분야는 대형 기초 굴착장비의 진입이 어려운 지역의 신설기 초, 기존 구조물 언더피닝, 타워와 굴뚝의 기초, PHC 파일 보강 등이 있다. 마이크 로파일의 성능은 지반 공학적인 측면보다는 구조적인 측면에 의해 결정되며, 시공 기술에 따라서도 지지력이 달라진다. 특히 마이크로파일의 용접 이음은 설치 심도를 높이기 위해 필수적이지만, 용접 작업 중 발생하는 문제점으로는 높은 열로 인한 소성변형으로 인한 강도 감소와 같 은 취약부 발생이 있다. 뿐만 아니라 강관의 용접 이음에서 발생하는 파손과 손상 문제도 존재한다. 본 연구에서는 이러한 용접 이음의 문제를 극복하고자 억지 끼워맞춤 방식의 무 용접 커플러 이음을 제안하였다. 이를 위해 커플러-강관 삽입 실험을 통해 삽입하 중과 마찰계수를 확인하고, 4점 재하 휨 실험을 통해 무용접 이음의 휨 성능을 분 석하였다. 결과적으로 삽입하중은 평균 220.07kN이며 마찰계수는 0.58로 확인되었 다. 4점 재하 휨 실험 결과, 무용접 이음 방식은 설계기준 강도를 초과하여 안정적 으로 거동하는 것을 확인하였다. 구조해석에서 해석 모형의 신뢰도를 확인하기 위해 실험 결과와 해석 결과를 그래 프로 비교하여 나타내었다. 실험 결과와 비교하여 마찰계수가 0.58보다 높은 마찰계 수에서 삽입 하중이 더 낮게 나타났다. 이는 해석상에서 커플러와 강관은 완벽한 원형에 가까우나 실제 강관은 이심률이 0이 아니기 때문에 발생하는 오차라고 판 단하여 구조해석에서 마찰계수는 0.6으로 사용하였다. 재료 모델에 대한 신뢰도를 확인하기 위해 이음부가 없는 강관의 실험 결과와 해석결과를 비교하였다. 그 결과 오차율 1% 이내로 신뢰도를 확인하였다. 또한 해석 결과에서 일정하중에 도달하기 전까지 변위가 아주 낮게 발생하였다. 실 제로는 커플러가 조금씩 풀리면서 거동하는 반면 해석에서는 결합력 하중이하에 서 분리가 시작되지 않는다. 또한 이 하중 값과 결합력이 선형관계인 것을 확인하 였다. 따라서 이 하중을 분리가 시작되는 하중이라 판단하여 공차 최적화를 위한 지표 로 선정하였다. 무용접 이음 방식의 커플러 휨 성능을 향상하기 위해 해석모형을 활용하여 커플 러와 강관의 최적 공차를 도출한 결과, 4.5mm 강관의 최적 공차는 12mm, 8.2mm 강관의 최적 공차는 1.25mm로 확인되었으며, 이러한 결과를 통해 무용접 커플러 이음 방식은 마이크로파일의 설치 심도를 높이는 데 필수적인 이음에 대한 효과적 이며 안정적인 성능을 제공할 것으로 판단된다.
more목차
제 1장 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 국내외 연구현황 ·3
1.3 연구범위 및 내용 4
제 2장 이론적배경 5
2.1 마이크로파일 5
2.1.1 개요 5
2.1.2 마이크로파일의 구성요소 6
2.1.3 마이크로파일의 거동 특성 ·7
2.2 무용접 이음 ·9
2.2.1 끼워맞춤(Fit) ·9
2.2.2 끼워맞춤의 결합력 ·10
2.2.3 무용접 이음 ·12
제 3장 실내실험 ·13
3.1 실내실험의 개요 13
3.2 사용재료 14
3.3 단면 제원 14
3.4 커플러-강관 삽입 실험 15
3.4.1 실험방법 ·15
3.4.2 실험 결과 및 분석 ·18
3.5 4점 재하 휨실험 21
3.5.1 실험방법 ·24
3.5.2 실험 결과 및 분석 ·26
제 4장 구조해석 ·40
4.1 구조해석의 개요 40
4.2 사용재료 41
4.3 커플러-강관 삽입해석 ·42
4.3.1 모델링 42
4.3.2 접촉조건 ·42
4.3.3 경계조건 ·43
4.3.4 하중조건 ·43
4.3.5 해석 결과 및 분석 ·44
4.4 4점 재하 휨해석 47
4.4.1 모델링 47
4.4.2 접촉조건 ·48
4.4.3 경계조건 ·48
4.4.4 하중조건 ·49
4.4.5 해석 결과 및 분석 ·50
4.5 공차 최적화 54
4.5.1 매개변수 ·54
4.5.2 해석 결과 및 분석 ·54
제 5장 결론 57