표제지

머리말

요약문

목차

Ⅰ. 연구계획 39

제1장 연구의 필요성 40

제2장 연구목표 및 내용 43

1. 연구목표 43

2. 연구내용 및 범위 44

2.1 총괄 연구내용 44

2.2 연차별 세부 연구내용 45

2.3 당해연도 세부 연구 추진일정 49

2.4 연구 추진체계 49

3. 사업과의 연계성 50

3.1 기술지도(Technology Road Map) 50

3.1.1 거시 TRM 50

3.1.2 미시 TRM 51

3.1.3 세부기술간 상관도 (Technology Flow) 51

4. 연구성과 활용방안 및 기대효과 52

4.1 연구성과 활용방안 52

4.2 기대효과 52

제3장 국내외 기술동향 54

1. 국외 기술동향 54

2. 국내 기술동향 55

Ⅱ. 세부 연구 성과 58

제4장 강관합성 말뚝 현장시험시공 및 재하시험 59

1. 개요 59

2. 현장시험시공 61

2.1 시공조건 61

2.1.1 시험부지 61

2.1.2 말뚝의 종류 69

2.2 말뚝의 설계 70

2.2.1 말뚝재료의 압축력 70

2.2.2 지반의 지지력 및 소켓부 길이 산정 77

2.2.3 말뚝의 시공 81

3. 재하시험 88

3.1 재하시험 방법 88

3.1.1 연직방향 재하시험 88

3.1.2 횡방향 재하시험 90

3.1.3 하중전이시험 90

3.1.4 재하시험 방법 결정 91

3.2 재하시험 결과 분석 92

3.2.1 수직재하시험 92

3.2.2 수평재하시험 100

4. 요약 및 결론 111

제5장 수치해석을 통한 강관합성 말뚝의 군말뚝 효과 분석 113

1. 서론 113

2. 군말뚝 수치해석 기법 정립 114

2.1 말뚝의 군말뚝 효과에 대한 문헌연구 114

2.1.1 말뚝의 수평방향 군말뚝 효과 114

2.1.2 말뚝의 수직방향 군말뚝 효과 115

2.2 단말뚝 수직거동 모사 117

2.3 단말뚝 수평거동 모사 119

2.4 군말뚝 수평거동 모사 121

3. 강관합성 말뚝의 군말뚝 거동 분석 126

3.1 해석조건 126

3.2 해석 결과 - 수직방향 재하 131

3.3 해석 결과 - 수평방향 재하 141

4. 간편해석모델을 이용한 강관합성 말뚝의 거동분석 152

4.1 해석조건 152

4.2 수평방향 군말뚝 효과의 분석 154

5. 요약 및 결론 166

제6장 수평하중을 받는 말뚝의 해석을 위한 지반정수 평가 168

1. 개요 168

2. 지반조사 170

2.1 표준관입시험 170

2.2 공내재하시험 170

2.2.1 공내재하시험의 개요 170

2.2.2 공내재하시험 장비 및 시험절차 171

2.2.3 공내재하시험 결과 분석 173

3. 수평지반반력계수의 평가 181

3.1 경험적 방법 182

3.2 공내재하시험 결과를 이용하는 방법 184

4. 수평하중을 받는 말뚝의 해석 187

4.1 지반반력법 187

4.1.1 Chang(1937)의 방법 188

4.1.2 p-y 곡선 해석법 189

4.2 공내재하시험 결과를 직접 이용하는 방법 189

4.2.1 Suyama(1982)의 방법 190

4.2.2 Hughes(1979)의 방법 191

5. 수평재하시험의 해석 및 지반정수의 평가 192

5.1 말뚝머리의 수평하중-변위 193

5.2 깊이에 따른 수평변위 196

5.3 깊이에 따른 휨모멘트 198

6. 요약 및 결론 201

제7장 해양 강관합성 말뚝의 방식기법 내구수명 평가 203

1. 개요 203

2. 해양 방식기법 문헌연구 205

2.1 강재 부식의 종류 및 영향 인자 205

2.1.1 강재 부식의 개요 205

2.1.2 강재 부식의 종류 206

2.1.3 해양 환경에서의 강재의 부식 영향 인자 209

2.2 도장 방식기법 214

2.2.1 방식 도료의 종류 214

2.2.2 도장 방식 시공을 위한 표면 전처리 216

2.2.3 도장 방식의 시공 218

2.3 도장의 방식기능 파괴모드 222

3. 방식기법의 내구수명 평가 225

3.1 시험법의 종류 225

3.2 실험방법 228

3.2.1/3.1.1 시험 시편 제작 228

3.2.2/3.1.2 실내가속부식시험 방법 229

3.2.3/3.1.3 방식기법 수명 정량화 방법 229

3.2.4/3.1.4 강재의 부식 속도 측정 230

3.2.5/3.1.5 용접부 재도장 시험편 제작 231

3.2.6/3.1.6 항타 모사 시험 시험편 제작 및 평가 방법 232

3.3/3.2 실험 결과 234

3.3.1/3.2.1 방식기법의 내식성 평가 234

3.3.2/3.2.2 방식기법의 수명 환산 236

3.3.3/3.2.3 손상부 방식 부위의 수명 평가 238

3.3.4/3.2.4 항타 모사 시험에 의한 방식피막 내구성 평가 239

3.3.5/3.2.5 용접부 보수 도장 수명 평가 242

3.3.6/3.2.6 강재의 내식 성능 평가 243

3.4/3.3 방식기법별 경제성 검토 246

4. 요약 및 결론 249

참고문헌 250

판권기 256

표 1.1 국내 장대교량의 기초형식 및 지반조건 42

표 4.1 표준관입시험 결과 (Case 1) 63

표 4.2 표준관입시험 결과 (Case 2) 63

표 4.3 표준관입시험 결과 (Case 3) 63

표 4.4 LLT 시험결과(매립토층) 67

표 4.5 PMT 시험결과(풍화토층) 68

표 4.6 말뚝의 제원 및 재료강도 70

표 4.7 재료의 물성치 71

표 4.8 구조용 강관의 항복강도 71

표 4.9 강관합성 부분의 설계조건 73

표 4.10 강관합성 말뚝의 구조제한 검토 73

표 4.11 강관합성 부분의 항복강도 74

표 4.12 콘크리트 부분의 항복강도 75

표 4.13 말뚝재료의 극한하중 76

표 4.14 암반에 근입된 현장타설 콘크리트말뚝의 지지력 산정공식 78

표 4.15 암석 코어의 일축압축강도 80

표 4.16 재하시험 말뚝의 암반 소켓부 길이 산정 81

표 4.17 재하시험 말뚝 제원 82

표 4.18 수평재하시험 조건과 설계조건의 주요한 차이점 90

표 4.19 수직 및 수평 방향 재하시험 방법 91

표 4.20 말뚝 종류별 극한하중 및 최종 재하하중 93

표 5.1 군말뚝 효과에 영향을 미치는 요인 113

표 5.2 군말뚝 효과에 의한 횡방향 지반반력의 감소계수 114

표 5.3 수치해석 검증을 위한 기존 연구 결과 117

표 5.4 수치해석 입력자료(단말뚝 수직거동) 118

표 5.5 인터페이스 물성값(단말뚝 수직거동) 118

표 5.6 수치해석 입력자료(단말뚝 수평거동) 120

표 5.7 인터페이스 물성값(단말뚝 수평거동) 120

표 5.8 수치해석 입력자료(군말뚝 수평거동) 123

표 5.9 인터페이스 물성값(군말뚝 수평거동) 123

표 5.10 해석지반의 입력물성값 127

표 5.11 말뚝제원 및 하중조건 127

표 5.12 강관의 수치해석 입력자료 128

표 5.13 콘크리트의 수치해석 입력자료 128

표 5.14 철근의 수치해석 입력자료 128

표 5.15 L-PILE 해석에 이용된 지반물성값 153

표 5.16 해석 말뚝의 제원 (직경 1m) 153

표 5.17 해석 말뚝의 제원 (직경 2m) 153

표 5.18 해석 말뚝의 제원 (직경 3m) 154

표 5.19/표 5.18 군말뚝 해석을 위한 p-계수의 결정 165

표 6.1 공내재하시험의 종류 171

표 6.2 공내재하시험 장비의 제원 173

표 6.3 공내재하시험에 의한 지반정수 178

표 6.4 표준관입시험 N치와 변형계수의 관계 179

표 6.5 보정계수 α(일본도로협회) 184

표 6.6 보정계수 α(도로교 설계기준 해설) 185

표 6.7 수평하중을 받는 매몰된 말뚝의 하중-변위에 대한 Chang(1937)의 해석 188

표 6.8 수평하중을 받는 돌출된 말뚝의 하중-변위에 대한 Chang(1937)의 해석 188

표 6.9 제안된 p-y곡선 189

표 6.10 공내재하시험 및 N치에 의하여 산정된 지반반력계수 192

표 7.1 해수 및 강물에 함유된 이온 및 분자들의 조성 비교 (25℃) 210

표 7.2 해수의 황화합물 오염에 따른 열교환기용 구리 합금 배관의 부식율 213

표 7.3 방식 도료에서 요구되는 성질 215

표 7.4 수지 종류에 따른 방식 도료의 종류 215

표 7.5 도료 시공을 위한 각 소재별 표면 전처리 조건 217

표 7.6 도막의 열화인자 222

표 7.7 방식 도막의 대표적 시험법 225

표 7.8 도료의 장기 방청 성능 평가 시험법 및 조건 226

표 7.9 실내가속부식시험 적용 강관합성 말뚝용 방식기법 228

표 7.10 SS400과 A690 강재의 화학조성 비교 230

표 7.11 SS400과 A690 강재의 기계적 성질 비교 230

표 7.12 용접부 재도장 시험 시편의 제작 조건 232

표 7.13 항타 모사 시험을 위한 적용 하중 산출 근거 234

표 7.14 각 시험편별 θ값에 따른 예상 수명 환산 237

표 7.15 보수도장 시험편별 θ값에 따른 예상 수명 환산 242

표 7.16 실제 환경에서의 예상 수명을 기반으로 한 방식 비용 산정 결과 248

그림 1.1 국내 장대교량 시장규모 변화 추이(초장대사업단 상세기획 보고서, 2008) 40

그림 1.2 해상기초 시공 41

그림 1.3 강관합성 말뚝용 케이싱 시공 41

그림 1.4 인천대교 조감도 42

그림 1.5 거가대교 조감도 42

그림 2.1 세부 연구 목표 43

그림 2.2 연구 모식도 44

그림 2.3 연차별 연구 목표 45

그림 2.4 연구수행체계 50

그림 4.1 시험부지 항공사진 61

그림 4.2 표준관입시험 전경 62

그림 4.3 공내재하시험 전경 62

그림 4.4 시추주상도 (Case 1) 64

그림 4.5 시추주상도 (Case 2) 65

그림 4.6 시추주상도 (Case 3) 66

그림 4.7 LLT 시험결과(매립토층) 67

그림 4.8 PMT 시험결과(풍화토층) 68

그림 4.9 시험말뚝의 종류 69

그림 4.10 콘크리트의 압축강도 시험 75

그림 4.11 천공작업 82

그림 4.12 철근망 제작 83

그림 4.13 각 Case별 센서 설치 위치 84

그림 4.14 변형률계 설치 모습 84

그림 4.15 말뚝의 설치 과정 85

그림 4.16 말뚝의 두부보강 86

그림 4.17 시험 말뚝 및 반력앵커 시공 배치 계획 86

그림 4.18 반력앵커 설치 모습 87

그림 4.19 말뚝 종류별 말뚝두부 하중-침하 곡선 92

그림 4.20 말뚝 종류별 변형률-접선탄성계수 곡선 95

그림 4.21 말뚝 종류별 변형률-접선탄성계수 곡선의 비교 96

그림 4.22 말뚝 종류별 깊이-변형률 분포 곡선 97

그림 4.23 말뚝 종류별 깊이-축하중 분포 곡선 99

그림 4.24 말뚝두부에서의 수평재하 하중-변위 곡선 100

그림 4.25 깊이에 따른 휨변형률 분포 곡선 102

그림 4.26 강관합성 하부 콘크리트 영역의 인장-압축 변형률 측정값 (인장변형률(-)부호) 103

그림 4.27 휨각도 및 수평변위 산정값과 측정값의 비교 105

그림 4.28 깊이에 따른 보정된 휨변형률 분포 106

그림 4.29 깊이별 휨각도 분포곡선 108

그림 4.30 깊이별 수평변위 분포곡선 109

그림 4.31 휨모멘트 깊이 분포곡선 110

그림 5.1 횡방향 군말뚝 효과 115

그림 5.2 해석단면의 지층구성 118

그림 5.3 해석 유한요소망 118

그림 5.4 말뚝 부마찰력의 모사 결과 119

그림 5.5 지층 구성 및 말뚝 제원 120

그림 5.6 해석 유한요소망 120

그림 5.7 단말뚝의 수평방향 하중-변위 모사 결과 121

그림 5.8 시험말뚝의 배치 및 현장지반의 CPT 시험결과 (Huang 등, 2001) 122

그림 5.9 단말뚝 해석을 위한 유한요소망 123

그림 5.10 단말뚝 수평재하시험의 하중-변위 결과 124

그림 5.11 군말뚝 해석을 위한 유한요소망 124

그림 5.12 군말뚝 수평재하시험의 하중-변위 결과 125

그림 5.13 해석지반의 조건 126

그림 5.14 말뚝재료별 압축강도 시험결과의 수치해석 모사 129

그림 5.15 단말뚝의 해석요소망 (말뚝직경=2m, 강관합성 말뚝) 130

그림 5.16 군말뚝의 해석요소망 (말뚝직경=2m, 강관합성 말뚝) 130

그림 5.17 말뚝재료에 따른 수직방향 하중-변위 곡선 비교 (단말뚝) 132

그림 5.18 말뚝재료에 따른 수직방향 하중-변위 곡선 비교 (군말뚝, 말뚝직경=1m) 133

그림 5.19 말뚝재료에 따른 수직방향 하중-변위 곡선 비교 (군말뚝, 말뚝직경=2m) 134

그림 5.20 말뚝재료에 따른 수직방향 하중-변위 곡선 비교 (군말뚝, 말뚝직경=3m) 135

그림 5.21 말뚝간격에 따른 수직방향 하중-변위 곡선 비교 (말뚝직경=1m, 단말뚝 하중×9배) 136

그림 5.22 말뚝간격에 따른 수직방향 하중-변위 곡선 비교 (말뚝직경=2m, 단말뚝 하중×9배) 137

그림 5.23 말뚝간격에 따른 수직방향 하중-변위 곡선 비교 (말뚝직경=3m, 단말뚝 하중×9배) 138

그림 5.24 ASCE 방법에 의한 수직방향 항복하중의 결정 (직경 2m) 139

그림 5.25 말뚝직경별, 말뚝간격별 수직방향 말뚝두부 항복하중 (군말뚝 항복하중÷9) 140

그림 5.26 말뚝직경별, 말뚝간격별 수직방향 말뚝두부 항복하중 (군말뚝 항복하중÷9) 141

그림 5.27 말뚝재료에 따른 수평방향 하중-변위 곡선 비교 (단말뚝) 142

그림 5.28 말뚝재료에 따른 수평방향 하중-변위 곡선 비교 (군말뚝, 말뚝직경=1m) 143

그림 5.29 말뚝재료에 따른 수평방향 하중-변위 곡선 비교 (군말뚝, 말뚝직경=2m) 144

그림 5.30 말뚝재료에 따른 수평방향 하중-변위 곡선 비교 (군말뚝, 말뚝직경=3m) 145

그림 5.31 말뚝간격에 따른 수평방향 하중-변위 곡선 비교 (말뚝직경=1m, 단말뚝×9배) 146

그림 5.32 말뚝간격에 따른 수평방향 하중-변위 곡선 비교 (말뚝직경=2m, 단말뚝×9배) 147

그림 5.33 말뚝간격에 따른 수평방향 하중-변위 곡선 비교 (말뚝직경=3m, 단말뚝×9배) 148

그림 5.34 허용변위기준에서의 깊이별 말뚝 수평변위 (말뚝직경=2m) 149

그림 5.35 허용변위기준에서의 수평방향 말뚝두부 재하하중 150

그림 5.36 허용변위기준에서의 수평방향 말뚝두부 재하하중 151

그림 5.37 p-y 곡선 모델 (stiff clay 모델) 152

그림 5.38 수평방향 하중-변위 곡선 (단말뚝) 155

그림 5.39 깊이별 수평변위 분포 (지표면 말뚝변위=20cm) 156

그림 5.40 깊이별 모멘트 분포 (지표면 말뚝변위=20cm) 157

그림 5.41 L-PILE-FLAC 하중-변위 곡선 비교 (단말뚝, 직경 1m, p-계수 보정전) 158

그림 5.42 L-PILE-FLAC 하중-변위 곡선 비교 (단말뚝, 직경 2m, p-계수 보정전) 158

그림 5.43 L-PILE-FLAC 하중-변위 곡선 비교 (단말뚝, 직경 3m, p-계수 보정전) 159

그림 5.44 p계수를 이용한 p-y 곡선의 보정 방법 159

그림 5.45 L-PILE-FLAC 하중-변위 곡선 비교 (단말뚝, 직경 1m, p-계수 보정후) 160

그림 5.46 L-PILE-FLAC 하중-변위 곡선 비교 (단말뚝, 직경 2m, p-계수 보정후) 160

그림 5.47 L-PILE-FLAC 하중-변위 곡선 비교 (단말뚝, 직경 3m, p-계수 보정후) 161

그림 5.48 L-PILE-FLAC 하중-변위 곡선 비교 (군말뚝 3D, 직경 1m, p-계수 보정전) 162

그림 5.49 L-PILE-FLAC 하중-변위 곡선 비교 (군말뚝 3D, 직경 2m, p-계수 보정전) 162

그림 5.50 L-PILE-FLAC 하중-변위 곡선 비교 (군말뚝 3D, 직경 3m, p-계수 보정전) 163

그림 5.51 L-PILE-FLAC 하중-변위 곡선 비교 (군말뚝 3D, 직경 1m, p-계수 보정후) 163

그림 5.52 L-PILE-FLAC 하중-변위 곡선 비교 (군말뚝 3D, 직경 2m, p-계수 보정후) 164

그림 5.53 L-PILE-FLAC 하중-변위 곡선 비교 (군말뚝 3D, 직경 3m, p-계수 보정후) 164

그림 6.1 OYO LLT 장비 및 개요도 172

그림 6.2 OYO Elastmeter-200 장비 및 개요도 173

그림 6.3 LLT에 의한 압력-변위곡선 및 크리프 곡선 174

그림 6.4 Elastmeter-200에 의한 압력-변위 곡선 175

그림 6.5 주입압력-공동변형률 관계 177

그림 6.6 변형률에 따른 할선변형계수의 감쇠특성(LLT) 178

그림 6.7 변형률에 따른 할선변형계수의 감쇠특성(Elastmeter-200) 178

그림 6.8 공내재하시험과 N치에 의한 변형계수의 평가 및 비교 180

그림 6.9 말뚝의 변위에 따른 지반반력계수의 변화 182

그림 6.10 수평 지반반력계수와 N치의 관계 183

그림 6.11 프레셔미터와 수평력을 받는 말뚝의 거동(Robertson 등, 1986) 190

그림 6.12 프레셔미터 곡선으로부터 말뚝의 p-y 곡선의 작성법(Hughes, 1979) 191

그림 6.13 Case1 말뚝의 수평하중-변위곡선 및 선형 지반반력 해석결과 193

그림 6.14 Case1 말뚝의 수평하중-변위곡선 및 비선형 지반반력 해석결과 194

그림 6.15 Case2 말뚝의 수평하중-변위곡선 및 비선형 지반반력 해석결과 195

그림 6.16 Case3 말뚝의 수평하중-변위곡선 및 비선형 지반반력 해석결과 196

그림 6.17 Case1 말뚝의 깊이-변위곡선 및 L-PILE 해석결과 197

그림 6.18 Case2 말뚝의 깊이-변위곡선 및 L-PILE 해석결과 197

그림 6.19 Case3 말뚝의 깊이-변위곡선 및 L-PILE 해석결과 198

그림 6.20 Case1 말뚝의 깊이-휨모멘트 곡선 및 L-PILE 해석결과 199

그림 6.21 Case2 말뚝의 깊이-휨모멘트 곡선 및 L-PILE 해석결과 199

그림 6.22 Case3 말뚝의 깊이-휨모멘트 곡선 및 L-PILE 해석결과 200

그림 7.1 핏트의 발생 중에 나타나는 자기촉매 과정 208

그림 7.2 해수 내 용존 산소량에 따른 철강의 부식율 211

그림 7.3 해수 깊이별 용존 산소량 및 철강 부식율의 변화 211

그림 7.4 해수 내 용존 산소량에 따른 구리 및 니켈 합금의 부식율 212

그림 7.5 해수 중 용존 산소에 의한 철강의 핏팅 부식율 212

그림 7.6 해안 대기 중 습도에 따른 철강 부식율 변화 214

그림 7.7 해안 대기 중 염분량에 따른 철강 부식율 변화 214

그림 7.8 금속 표면 방식 피막의 기포(blister) 형성 매커니즘 223

그림 7.9 도막 수명 평가를 위한 시험장비 227

그림 7.10 임피던스 값에 따른 유기 도막의 수명 판단 기준 227

그림 7.11 실내가속부식시험 장비 및 시험 사이클 229

그림 7.12 용접 시험편의 단계별 제작 사진 232

그림 7.13 항타 모사 시험을 위한 시험편 제작 개략도 233

그림 7.14 항타 모사 시험용 시편 사진 233

그림 7.15 가속부식시험 시간에 따른 유기 도장 시편의 임피던스 값 변화 235

그림 7.16 가속부식시험 시간에 따른 시험편별 (Z)0.012Hz 값의 분포 236

그림 7.17 용사 시험편(Sample 6)의 실내가속부식시험에 따른 조직 단면도 및 결정 구조 측정 결과 237

그림 7.18 손상부 방식 부위 수명 평가 결과 238

그림 7.19 Sample 1의 항타 모사 시험 결과 240

그림 7.20 Sample 2의 항타 모사 시험 결과 240

그림 7.21 Sample 3의 항타 모사 시험 결과 240

그림 7.22 Sample 4의 항타 모사 시험 결과 241

그림 7.23 Sample 5의 항타 모사 시험 결과 241

그림 7.24 Sample 6의 항타 모사 시험 결과 241

그림 7.25 용접부 보수도장 수명 평가 결과 242

그림 7.26 A690 강재의 부식 시험 전/후의 외관 243

그림 7.27 실내가속부식시험에 의한 강재별 중량감소량의 변화 244

그림 7.28 내식성 강재의 수명 환산식에 의한 시간별 연간 부식속도 245

그림 7.29 SS400 강재의 부식 스케일 분석 결과 246

그림 7.30 A690 강재의 부식 스케일 분석 결과 246

그림 7.31 방식기법 경제성 분석을 위한 말뚝의 단면 247