• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.897-908
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• 2019

본 연구의 목적은 수치해석을 수행하여 고성능 격자지보재(BK-Lattice Girder)의 현장 지지성능을 평가하기 위한 것이다. 고속도로 2차로, 3차로와 4차로 터널 단면에 3가지 형태(50, 70, 95 타입)의 기존 및 고성능 격자지보재를 적용하여 지지성능을 비교하였다. 수치해석은 유한요소방법을 사용하였고 격자지보재는 탄소성 프레임으로 3차원으로 모델링하였다. 지반은 압축만을 받는 스프링으로 모델링하였다. 하중은 터널 단면의 중앙 천정부에 집중하중으로 적용하였다. 수치해석 결과로부터 격자지보재의 항복강도를 결정하여 지지성능을 비교하였다. 50타입의 경우, 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 항복강도가 6.7~10.0% 증가하였다. 70타입의 경우, 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 항복강도가 12.1~14.9% 증가하였다. 95타입의 경우에도, 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 항복강도가 13.3~20.0% 증가하였다. 수치해석을 수행한 결과, 격자지보재만 시공된 경우에 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 지지성능이 우수한 것으로 판단되었다.

• 토지주택연구
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• 제2권2호
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• pp.183-188
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• 2011

최근 건설되는 터널의 심도가 깊어져 난공사 구간이 증가되며, 초장대 터널의 증가로 터널 기술 개발이 필요해지고 있다. 터널의 기술개발의 하나로 터널 강지보재로 사용되는 높이 95mm 격자지보재에 사용되는 스파이더를 최적화하여 U자형과 보강재스파이더를 개발하였다. 개발된 격자지보재의 하중지지력을 평가하기 위하여 국내에서 사용되는 4절점 휨강도 실험을 실시하였으며 실내 실험을 위해 기존 격자지보재와 개발된 격자지보재의 시편을 직선으로 제작하여 실시하였다. 실험 결과 새로운 격자지보재는 기존의 격자지보재에 비하여 하중지지력이 높게 나타났다. 지지력 평가에 의한 시편의 응력-변형 거동을 분석한 결과 기존 격자지보재는 탄소성 거동이 나타났고, 새 격자지보재는 응력연화의 거동이 나타났다. 새 격자지보재는 하중이 가해지는 지점의 위치에 따라 지지력 거동이 달라짐을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권10호
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• pp.17-25
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• 2012

NATM공법을 적용한 터널에서 숏크리트, 락볼트, 강지보재 등은 터널 굴착 후에 지반을 지지하기 위해 설치되는 주요한 지보재이다. 이전에는 H형강 지보재와 같은 강지보재가 많이 사용되었지만, 시공성이 떨어지는 등의 문제가 있어 격자지보재의 사용이 증가하였다. 본 연구에서는 기존의 격자지보재에서 스파이더와 강봉간의 접촉면적을 넓혀 강도가 증진된 신형 격자지보재를 개발하여 그 효과 및 성능을 검증하고자 LG-$50{\times}20{\times}30$, LG-$70{\times}20{\times}30$, LG-$95{\times}22{\times}32$ 세 가지 규격으로 3점 휨강도 실험과 4점 휨강도 실험을 실시하였다. 그 결과 기존의 격자지보재와 비교하여 신형의 격자지보재는 스파이더와 주강봉 접촉부에서는 평균 17.95%의 강도증진 효과가 있었고, 스파이더와 스파이더 사이에서는 평균 19.37%의 강도증진 효과가 있었으며 이는 스파이더와 주강봉 사이의 기계적 결합과 접촉면적 증가에 의한 격자지보재의 강성증가에 따른 결과로 사료된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.201-214
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• 2013

격자지보재는 기존의 H형강 지보재를 대체하여 현재 국내의 터널현장에서 널리 사용되고 있다. 그러나 격자지보재는 H형강 지보재에 비하여 강성이 떨어지며 이음부를 연결하는 용접에 만전을 기해야 한다는 단점이 있다. 이러한 문제를 개선하기 위하여 연결용 부재가 추가되고 용접부위를 편평하게 만든 개량형 격자지보재가 국내 기술에 의하여 개발되었다. 본 연구에서는 기존 격자지보와 개량형 격자지보에 대한 실내시험 및 현장계측을 수행하여 개량형 격자지보의 성능을 평가하였다. 실내 압축시험결과에 의하면 개량형 격자지보가 기존 격자지보에 비하여 약 16% 정도 큰 지지하중을 보였다. 현장 계측 결과에 의하면 개량형 격자지보가 기존 격자지보보다 강봉의 휨이 적게 발생하여 터널의 안정성 측면에서 더 우수하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.165-173
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• 2016

본 논문은 격자지보재의 규격자재와 비규격자재의 성능평가에 대한 내용을 다루었다. 격자보재는 강봉으로 제작된 아치형의 터널지보공을 말하며 터널 굴착시 지반의 변형을 최대로 억제하여 터널의 안정성을 확보하기 위하여 사용되어지는 지보재이다. 이런 격자지보재의 성능평가는 휨강도시험과 인장강도시험을 통해 평가할 수 있으며 터널표준시방서에서는 항복강도 500MPa 이상인 용접용 강재를 사용도록 규정하고 있다. 그러나 저품질의 강재가 사용될 경우 현장에서 규격자재와 비규격자재를 육안으로 구분하기 어렵게 되었다. 따라서 본 논문에서는 격자지보재의 규격자재와 비규격자재에 대한 성능평가를 실시하여 비규격자재의 항복강도 저하의 문제점을 분석하였다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제13권4호
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• pp.163-176
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• 1997

NATM 터널에서 강지보재로 이용되어지는 H형강은 그 동안 많은 단점이 지적되어 왔으며, 그 중 하나는 숏크리트 타설시 H형강 flange 배면에 발생하는 공동으로 인하여 숏크리트를 포함 한 초기지보재의 하중지지력 저감을 들 수 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 유럽의 많은 나라에서는 H형강 지보재와 같은 plate girder 형태의 지보재에 비하여 많은 장점을 가진 fat twice girder(격자지보)라는 지보재를 개발하여 현장에 적용하고 있다. 터널 굴착시 격자지보를 초기 지보재로서 효율적으로 사용하기 위해서는 하중지지력에 대한 심도있는 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 격자지보의 하중지지력 평가 및 검증의 일환으로 격자지보에 대한 굴곡시험과 압축시험을 수행하였다. 그 결과 격자지보는 H형강 지보재에 비하여 우수한 하중지지력을 보유하는 것으로 나타났으며, 따라서 터널 시공시 지보재로서 효율적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제30권1호
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• pp.43-57
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• 2020

본 연구는 기존의 강지보재보다 우수한 고강도 격자지보재를 개발하여 그 성능을 평가하기 위함이다. 이를 위해 수치해석을 이용한 지보재의 구조적 특성을 분석하였고, 시작품에 대한 최대 굽힘하중시험과 용접이음부 인장강도시험을 실시하여 그 성능을 평가하였다. 구조해석 결과에 따른 최적의 상하부부재와 플레이트의 규격은 50 mm × 31.8 mm × 25.4 mm로 시공성과 경제적이 우수한 것으로 나타났다. 굽힘 하중시험으로부터 확정된 규격 55 mm × 30 mm × 20 mm와 85 mm × 30 mm × 20 mm의 고강도 격자지보재는 기준값과 H형강 100과 125의 목표값 모두 만족하는 것으로 나타났다. 이론 처짐량과 실제 처짐량의 비를 검토한 결과, 이 연구에서 개발된 고강도 격자지보재는 독일연방 철도국에서 제시하고 있는 격자지보재 처짐량의 평가기준 5 이하로 나타났다. 마지막으로 용접이음부에 대한 인장시험 결과는 고강도 격자지보재의 주봉-보조봉-플레이트가 접하는 용접이음부 인장강도가 목표값 이상으로 나타나 용접이음부에 대한 안정성은 충분한 것으로 나타났다.

• 지질공학
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• 제30권3호
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• pp.237-251
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• 2020

본연구는 H형강 대체 지보재로 개발된 고강도 격자지보재의 성능을 평가하기 위하여 터널에서의 지보재에 대한 구조해석과 계측에 의한 터널 변위와 지중응력 변화를 살펴보았다. 터널 지보재 3차원 비선형 구조해석 결과에 의하면, H형강과 고강도 격자지보재의 하중과 변위 관계는 거의 동일한 거동을 보였으며, 고강도 격자지보재의 최대하중은 H형강보다 1.0~1.2배 크게 나타났다. 터널 지보재 3차원 터널단면해석 결과에 의하면, 축력은 터널 좌측 및 우측 하단부에서 크게 발생했으며 현장시험 계측값과 유사한 경향을 나타냈다. 천단침하 및 내공변위 계측결과에 의하면, 터널 내 강지보(H형강)와 고강도 격자지보 구간의 최종변위량은 1차 관리기준인 23.5 mm 이내의 큰 차이 없이 일정한 값으로 수렴되었다. 지중변위 계측 결과에 의하면, 두 지보재 구간의 최종변화량은 미소한 변위 변화를 보였으나, 1차 관리기준인 10 mm 이내의 일정한 값으로 수렴되었다. 숏크리트 및 강지보 응력 계측 결과에 의하면, 두 지보재 구간의 최종변화량은 미소한 응력 변화를 보였으나, 1차 관리기준인 81.1 kg/㎠과 54.2 tonf 이내의 일정한 값으로 수렴되었다. 결과적으로 강지보재와 고강도 격자지보재가 설치된 터널구간에서 계측 결과는 매우 미미한 차이를 나타냈으며, 이것은 H형강 대신 고강도 격자지보재를 터널에 적용하더라도 구조적으로 충분히 안정성을 확보할 수 있음을 의미한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권2호
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• pp.145-154
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• 2020

NATM 공법에 있어서 강지보재는 숏크리트가 타설되어 라이닝을 완전히 구성할 때까지 터널의 안정화를 확보하는 구조체로서, 숏크리트의 타설 전 뿐만 아니라 타설 후 숏크리트와의 일체 거동을 통해 라이닝의 강도를 더해주는 역할을 수행한다. 본 연구에서는 새로운 형식의 사변형 격자지보재를 터널의 안정해석에 적용하기 위한 방안으로 체적비 기반의 숏크리트와 강지보재 합성부재의 등가 물성치 결정법을 제시하였다. 사변형 격자지보재는 수직 및 수평 보강재의 존재로 면적비 기반으로 등가 물성치를 산정할 경우 선택한 단면에 따라 물성치가 상이 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 체적비 기반의 등가 물성치 결정법을 제시하였으며, 격자지보재와 숏크리트로 구성된 합성부재 요소에 대한 상세모델과 등가물성치를 사용한 등가모델의 비교를 통하여 등가탄성계수를 보정할 수 있는 방법을 제시하였다. 상세모델과 등가모델을 비교한 결과등가모델은 상세모델에 비해 평균적으로 130% 작은 휨 강도를 나타내었다. 본 연구에서는 휨강도의 오차율을 고려하여 등가탄성계수를 보정할 수 있는 방법을 제시하였고, 보정된 등가탄성계수를 적용한 등가모델의 휨강도는 상세모델과 평균오차율 1% 이내로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제9권3호
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• pp.204-213
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• 1999

터널 굴착 방법 중 NATM에서는 숏크리트, 록볼트, 강지보재 등이 주요 지보재로 사용되고 있다. 강지보재 중에서 격자지보(Lattice Girder)라 불리는새로운 지보재가유럽에서 개발되어 기존의 H형강 지보재를 대체하여 사용되고 있다. 격자지보는 강봉을 삼각형태로 용접하여 만든 것으로 가벼워 시공이 빠르고, 또한 숏크리트와의 결합특성이 좋아 앞으로 NATM 터널에 널리 사용될 전망이다. 본 연구에서는 국내 터널에 있어서 격자지보의 현장 적용성을 평가하기 위하여 대단면 고속철도 터널에서 현장시험시공을 실시하였으며, 기존의 H형강 지보재와 비교분석 하였다. 현장시험 결과 격자지보는 터널굴착 후의 지반하중을 충분히 지지할 수 있으며 지반변위를 효과적으로 억제할 수 있음을 알 수 있었다.