Recently, while rockfall occurs very frequently, a lot of researches on the rockfall protection fence Is in process. But the rockfall protection fence has been installed unrelated to slope characteristics, rockfall shape and rockfall height. Therefore, in this study we suggested the effective protection fence model considering about rockfall energy and energy absorbing capacity and we verified the model by field test. According to these results, it is more reasonable to evaluate rockfall energy based on the results of simulation program, which can be consider effects of energy decrease, than use the simplified method proposed by Japanese road association. And rockfall energy is affected by the size of supports and wire rope and the space of supports. As the results of comparing rockfall energy with energy absorbing capacity, type$\circled1$(the space of supports is changed to 3.0m)can be available for generally expected rockfall except the rock slope over 30m heights. But rockfall protection fence installed at the field, it should be partially reinforced after consideration of slope particularities and construction conditions.
The rockfall protection fences are installed to reduce rockfall damage in roads side slopes. The energy absorbing capacity of widely used rockfall protection fences is about 50kJ, But in many cases, rockfall protection fences are easily damaged even by a low level of rockfall energy. The objective of this paper is to verify the energy absorbing capacity of rockfall protection fences and investigate the behavior of them by rockfall. The LS-DYNA3D, a finite elements analysis program for dynamic movement of three dimensional objects, is used to perform the numerical simulations. In the result it is shown that rockfall protection fences absorb half of standard absorbing energy or less than it. It is inadquate for the rockfall protection fences to perform the principal function. To improve the performance of the fences, new rockfall proctection fence is proposed and numerical simulation is performed.
The rockfall protection fences are installed to reduce rockfall damage in roads side slopes. The energy absorbing capacity of widely used rockfall protection fences is about 50kJ. But in many cases, rockfall protection fences are easily damaged even by a low level of rockfall energy. The objective of this paper is to verify the energy absorbing capacity of rockfall protection fences and investigate the behavior of them by rockfall. The LS-DYNA3D, a finite elements analysis program for dynamic movement of three dimensional objects, is used to perform the numerical simulations In the result, it is shown that rockfall protection fences absorb half of standard absorbing energy or less than it. It is inadquate for the rockfall protection fences to perform the principal function. To improve the performance of the fences, new rockfall proctection fence is proposed and numerical simulation is performed.
대한민국은 산악지형이 많으며 사면붕괴로 인한 도로구조물 및 인명피해가 종종 발생한다. 이러한 사면붕괴로 인한 피해를 줄이기 위해서 낙석방지시설이 필요하다. 국내의 낙석방지울타리는 50kJ의 낙석 충돌 에너지에 저항할 수 있도록 설계되었다. 하지만, 낙석에너지의 크기는 사면의 형태 및 조건에 따라 편차가 크며 약 100kJ에 이르기도 한다. 따라서 효율적인 낙석방지울타리의 설계 및 설치를 위해서 여러 종류의 낙석에너지에 맞는 표준화된 낙석방지울타리가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 다양한 낙석에너지에 따른 낙석방지울타리의 표준 단면을 유한요소해석을 통하여 제안하였다. 최종적으로 기존 50kJ 낙석방호울타리 외에 30kJ 및 100kJ급 낙석방지울타리를 제안하였다.
The structural specification of the rockfall prevention fence installed on the road section is computed according to the hypothetic rockfall energy, and the absorbable energy of the rockfall prevention fence is defined as the sum of the absorption energies of the wire rope, one of the components, the steel support and the wire netting. But the results of the field tests confirmed that the absorption energy of the rockfall prevention fence is not the sum of the energies sustainable by the components, but it is affected by the absorbable energy of part of the components. This shows there are problems with the method of computing the absorption energy of the rockfall prevention fence of the road. So in this paper, as a way of solving the problems, the effects of improving the performance through positional changes of the existing components and the effects of improving the performance through structural changes by expanded metal are checked through tests, and a plan was proposed to solve the problems with the standards of installing the conventional rockfall prevention fence.
국내 국도에 분포하는 160개 비탈면에서의 발생한 낙석에너지의 특성을 고려하여 신뢰도지수를 산정하고 낙석방지울타리의 요구성능을 고찰하였다. 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 낙석에너지를 결정하는 변수의 통계적 특성을 고찰한 결과 비탈면 경사는 정규분포형태이며, 낙석중량과 발생높이는 대수정규분포형태인 것으로 나타났다. 낙석에너지는 대수정규분포형태인 것으로 나타났으며 이는 낙석중량에 영향을 받은 결과로 판단된다. 낙석방지울타리의 신뢰성지수는 0.678이며 파괴확률은 24.9%로 매우 높은 것으로 나타났다. 국내의 낙석에너지 규모를 고려하여 제시된 낙석방지울타리의 요구성능은 최대 500kJ 수준이며 신뢰성지수의 범위는 1.028~1.956으로 분석되었다. 제시된 신뢰도지수를 통해 비탈면의 낙석에너지가 고려된 요구성능을 적용할 경우 낙석방지울타리의 파괴확률은 14.8~2.5% 수준인 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 ETAG 027에서 제시하는 수직낙하실험법을 이용하여 100 kJ 낙석에너지를 포획할 수 있는 유연성 와이어로 낙석방지울타리에 대한 성능검증을 실시하였다. 유연성 와이어로프는 스프링과 와이어로프로 구성된 탄성력 증진 로프로서 와이어로프보다 탄성늘음이 향상되어 낙석과 와이어로프와의 접촉시간을 인위적으로 증가시켜 낙석 충격력 경감효과를 유발하고 낙석에너지 흡수효과 또한 향상시켰다. 9.8 kN의 콘크리트 공시체를 낙석방지울타리 상단 10.5 m 높이에서 자유낙하시켜 102.9 kJ의 낙석에너지를 낙석방지울타리에 가한 후 지주거동을 분석한 결과, 지주는 소성비틀림이 발생하였으며 탄성회복 후 최종변형량은 1.15 m로 ETAG 027에서 제시하는 기준인 2.0 m 이하의 결과가 제시되어 유연성 와이어로프 낙석방지울타리는 102.9 kJ의 낙석에너지를 성공적으로 흡수 가능한 것으로 확인되었다.
본 연구에서는 형상과 규모에 따른 낙석의 특성별로 그 운동과 영향 요인을 분석하였다. 선정된 대상 사면에 대해 낙석 시뮬레이션 프로그램을 수행하여 낙석 특성별 운동에너지 분포화 낙하속도, 도약높이 등에 대한 분석과 연구를 수행하였다. 또한, 연구대상 절토사면의 대책 방안인 낙석방지울타리의 효율적인 설치를 위해 낙석의 운동에너지와 도약높이 등을 활용하는 방안을 검토하였다.
In Korea, more than 70% of the territory consists of mountains. Therefore, the construction of roads and railways has generally involved with a steep rock slope in which the event of rockfalls are often occurred due to the weathered rock conditions and rainfalls etc. This is dangerous when the rock falls into the road and railway on which vehicles and trains are running. In order to prevent such rockfalls, the rockfall protection fence consisting of post, wire rope, and PVC coating steel net has most used at the bottom of rock slopes. In a general practice, an absorbing rockfall energy, 50kJ is specified by the Ministry of Construction and Transportation. However, questions still remain about whether the rockfall protection fence works effectively or not. In this study, a typical wire rope used in the standard rockfall protection fence was replaced by the high carbon steel wire rod and to validate its capacity of rockfall energy absorbing the field rockfall tests were conducted. The testing results show that a new rockfall protection fence using the high carbon steel wire rods can absorb the rockfall energy more than 50kJ and 20% of construction cost was saved in comparison with the previous rockfall protection fence.
낙석방지울타리는 국내에서 가장 보편적으로 사용되는 낙석방지공법의 하나로 일반적으로 H형강, 와이어메쉬 및 와이어로프의 세 부분으로 구성되며 이들에 의해 발휘되는 낙석방지울타리의 총 흡수가능에너지가 낙석에너지보다 커야한다는 것을 기본적인 설계개념으로 한다. 본 연구에서는 기존 낙석방지울타리의 와이어메쉬와 와이어로프 대신, 새로운 재료인 팽창메탈을 사용한 낙석방지울타리의 성능을 평가하고 기존의 낙석방지울타리와 비교하였다. 이를 위하여 팽창메탈 낙석방지울타리와 기존 방식의 낙석방지울타리에 대하여 실내 및 현장시험을 실시하였으며, 그 결과 팽창메탈 낙석방지울타리의 흡수가능에너지는 기존 낙석방지울타리와 비교해 높은 것으로 나타나 팽창메탈은 성능 및 경제적인 면에서 기존 재료에 비해 우수한 재료임을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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