NATM 터널에서 강지보와 숏크리트 합성부재의 하중지지력에 관한 연구

Abstract

NATM터널의 안정성 확보를 위해 지반조건이 불량한 경우 숏크리트에 격자지보나 H형강 등의 강지보를 보강하는 경우가 많다. 그러나 설계 시 강지보를 숏크리트가 경화되기 전 임시지보재로 간주하여 수치해석 시 고려하지 않는 것이 일반적이며, 수치해석에 고려하더라도 모델링 방법이 다양하다. 본 연구에서는 휨강도실험, 압축강도실험, 그리고 실대형실험을 통하여 강지보와 숏크리트 합성부재의 거동과 하중 부담률을 분석하였다. 또한 실험과 같은 조건에서 숏크리트와 강지보의 고려방법을 달리하여 수치해석을 실시하여 실험결과와 비교분석하였다. 연구결과 숏크리트와 강지보는 경계면에서의 미끄러짐(slip)으로 인하여 일체로 거동하지 않으며, 수치해석 시 휨모멘트는 강지보가 모두 부담하고 축력은 숏크리트와 강지보가 압축강성비에 따라 분담하는 것으로 고려하는 것이 적절한 것으로 평가되었다. Steel ribs such as H-beam or lattice girder are often reinforced to secure the stability of NATM tunnel when the ground is in the bad condition. When designing, however, steel ribs are not often taken into consideration on the numerical analysis when they are regarded as temporary tunnel supports until shotcrete shows its best performance or if they are, there are various modeling methods. This study shows behavior and loading capacity of steel ribs and shotcrete through the strength test on the bending, pressure and full-scaled. Also, we conducted and analyzed the experiment of composite member consisting of shotcrete and steel ribs under the same condition. Through the result, we can find the fact that shotcrete and steel ribs do not work as one unit because of slipping on the boundary. Also, when numerical analyzing, it was concluded that steel ribs cover all bending moment and shotcrete and steel ribs share with axial force according to the compressive strength.