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요약문
Executive Summary
목차
제1장 서론 20
1. 연구의 필요성 20
1.1. 개요 20
1.2. 국내 현황 21
1.3. 국외 현황 22
2. 연구의 목표 24
2.1. 최종목표 24
2.2. 연차별 연구 목표 25
3. 당해 연도(1차년도) 연구내용 26
3.1. 스마트 조인트 시스템 개념 설계 26
3.2. 스마트 조인트 시스템의 성능 평가 방법 설계 26
3.3. 스마트 조인트 시스템의 역학적 거동 해석 26
3.4. 스마트 조인트 연결부 적용 재료 조사 26
4. 활용방안 및 기대효과 26
4.1. 기술개발 결과 활용 방안 26
4.2. 기대효과 28
제2장 연구 추진 방향 32
1. 연구 수행 체계 32
2. 당해 연도 연구 추진 방향 33
제3장 스마트 조인트 시스템 개념 설계 34
1. 조인트 시스템의 기능 및 역학적 특성 34
1.1. 조인트 시스템의 기능적 특성 35
1.2. 조인트 시스템의 역학적 특성 37
2. 조인트 시스템의 개념도 40
2.1. 수직조인트 40
2.2. 수평조인트 42
제4장 스마트 조인트 시스템의 성능 평가 기준 46
1. 스마트 조인트 시스템의 성능 평가 항목 46
1.1. 수직조인트의 성능 평가 항목 47
1.2. 횡방향 수평조인트의 성능평가 항목 50
1.3. 종방향 수평조인트의 성능 평가 항목 53
2. 스마트 조인트 시스템의 성능 평가 기준 57
제5장 스마트 조인트 시스템의 역학적 거동 해석 60
1. 근사해석모델을 이용한 슬래브 모듈 단부 거동 검토 60
1.1. 개요 60
1.2. 해석 결과 62
2. 슬래브 모듈의 상세 해석 80
2.1. 개요 80
2.2. 상세해석을 위한 가정 사항 및 해석 변수 80
2.3. 파라미터 해석 결과 83
2.4. 최종 상세(안)에 대한 하중조합 해석 90
3. 모듈러 도로 시스템의 동적거동 분석 105
3.1. 개요 105
3.2. 모듈러 도로 시스템 구성요소의 유한요소 모델링 105
3.3. 인공지진파의 생성 110
3.4. 성능수준별 내진거동 분석 111
3.5. 분석결과 고찰 113
제6장 연결부 적용 재료 검토 114
1. 조인트 채움 재료 선정 시 고려사항 114
1.1. 수평조인트 채움 재료 114
1.2. 수직조인트 채움 재료 115
2. 조인트 적용 재료 사례분석 116
2.1. 시멘트계 그라우트 116
2.2. 약품계 그라우트 116
2.3. ECC(Engineered Cementitious Composites) 118
2.4. UHPC(Ultra High Performance Cementitious Composites) 118
2.5. 그라우트 사례분석을 통한 적합성 검토 119
3. 조인트 축방향 변형량 검토 121
3.1. 모듈러 포장 시공 및 해석 조건 121
3.2. 해석결과: 발생 축방향 변형률 123
4. 변형대응 재료의 성능 분석 126
4.1. 수정 전단지연 모델 126
4.2. 탄성거동 및 변형성능 분석 128
제7장 스마트 조인트 시스템 시작품 제작 및 적용성 평가 132
1. 수직조인트 시작품 제작 132
2. 수직조인트 시제품 적용성 평가 - 시공성능 136
제8장 결론 및 향후 연구 146
1. 결론 146
1.1. 스마트 조인트 시스템 개념 설계 146
1.2. 스마트 조인트 시스템의 성능 평가 기준 146
1.3. 스마트 조인트 시스템의 역학적 거동 해석 147
1.4. 연결부 적용 재료 검토 147
1.5. 스마트 조인트 시스템 시작품 제작 및 적용성 평가 148
2. 향후 연구 149
참고문헌 150
서지자료 152
Bibliographic Data 153
판권기 154
표 1.1. 유럽연합 도로기술 개선 방향 22
표 1.2. 일본 도로 관련 기술 개선 핵심 개발기술 22
표 1.3. 미국 SHRP 2 도로기술 개선 핵심 개발 기술 23
표 3.1. 조인트 시스템의 기능적 특성 36
표 4.1. 수직조인트의 기능적/역학적 특성 47
표 4.2. 수직조인트의 성능 평가 항목 50
표 4.3. 횡방향 수평조인트의 기능적/역학적 특성 51
표 4.4. 횡방향 수평조인트의 성능 평가 항목 53
표 4.5. 종방향 수평조인트의 기능적/역학적 특성 54
표 4.6. 종방향 수평조인트의 성능 평가 항목 56
표 4.7. 수직조인트의 성능 평가 기준 58
표 4.8. 횡방향 수평조인트의 성능 평가 기준 59
표 4.9. 종방향 수평조인트의 성능 평가 기준 59
표 5.1. 콘크리트 물성값 62
표 5.2. 자중에 의한 슬래브 모듈 단부의 상·하단 변위 - Case 1 64
표 5.3. 자중에 의한 슬래브 모듈 단부의 상·하단 변위 - Case 2 64
표 5.4. 경계조건 변화 시 활하중 재하 위치 - 처짐각 66
표 5.5. 경계조건 변화 시 활하중 재하 위치 - 수평반력 66
표 5.6. 활하중에 의한 슬래브 모듈 단부의 상단 변위 - Case 1 68
표 5.7. 활하중에 의한 슬래브 모듈 단부의 하단 변위 - Case 1 68
표 5.8. 활하중에 의한 슬래브 모듈 단부의 상단 변위 - Case 2 69
표 5.9. 활하중에 의한 슬래브 모듈 단부의 하단 변위 - Case 2 69
표 5.10. 활하중에 의한 우측 지점의 수평반력 70
표 5.11. 여름/겨울 온도 입력값 70
표 5.12. 온도하중에 의한 슬래브 모듈 단부의 상단 변위 - Case 1 72
표 5.13. 온도하중에 의한 슬래브 모듈 단부의 하단 변위 - Case 1 72
표 5.14. 온도하중에 의한 슬래브 모듈 단부의 상단 변위 - Case 2 73
표 5.15. 온도하중에 의한 슬래브 모듈 단부의 하단 변위 - Case 2 73
표 5.16. 온도하중(여름)에 의한 우측 지점의 수평반력 73
표 5.17. Convex 모드에 대한 수평/수직변위의 합 - Case 1 75
표 5.18. Concave 모드에 대한 수평/수직변위의 합 - Case 1 75
표 5.19. Convex 모드에 대한 수평/수직변위의 합 - Case 2 76
표 5.20. Concave 모드에 대한 수평/수직변위의 합 - Case 2 76
표 5.21. 각 하중별 수평반력 77
표 5.22. Case 1에서 지점위치의 변화에 따른 슬래브 모듈 상·하단 직선변위 77
표 5.23. Case 2에서 지점위치의 변화에 따른 슬래브 모듈 상·하단 직선변위 78
표 5.24. 재료별 물성치 81
표 5.25. 사용 변수 범위 82
표 5.26. Case ID 82
표 5.27. 근사해석의 Case 2 모델과 상세모델의 앵커볼트 단면력 비교 88
표 5.28. 추가 해석 모델의 Case ID 89
표 5.29. 자중에 의한 유한요소해석 결과값 91
표 5.30. 활하중에 의한 유한요소해석 결과값 92
표 5.31. 여름/겨울 온도 입력값 92
표 5.32. 온도하중에 의한 유한요소해석 결과값 94
표 5.33. 크리프 계산을 위한 물성치 94
표 5.34. 재령에 따른 강도 보정계수 95
표 5.35. 재령 t에서의 초기접선 탄성계수 95
표 5.36. 재령 t에서의 크리프 보정계수 96
표 5.37. 재령 t에서의 크리프 계수 96
표 5.38. 구간별 작용응력 97
표 5.39. 크리프 변형률에 의한 온도 입력값 99
표 5.40. 크리프 변형률에 의한 유한요소해석 결과값 100
표 5.41. 건조수축 변형률에 의한 온도 입력값 101
표 5.42. 건조수축 변형률에 의한 유한요소해석 결과값 102
표 5.43. 하중조합 시 변위에 대한 유한요소해석 결과값 104
표 5.44. 하중조합 시 단면력에 대한 유한요소해석 결과값 104
표 5.45. 지진하중방향별 조합에 따른 지진하중 112
표 5.46. 지진하중방향별 조합에 따른 최대지진응답 112
표 6.1. 연결부 축방향 변형 계산결과 123
표 7.1. 수직조인트 시험체 시공 순서 137
표 8.1. 스마트 조인트 시스템 2차년도 연구내용 149
그림 1.1. 도로포장공사의 패러다임 전환 28
그림 1.2. 기술성, 시장성, 공공성 부분의 파급효과 분석 29
그림 1.3. 뉴욕 주의 교차로 급속시공 예 30
그림 3.1. 모듈러 도로 시스템의 개념도 34
그림 3.2. 조인트 시스템의 구성 35
그림 3.3. 조인트 시스템의 기능적 특성 개요 36
그림 3.4. 슬래브 모듈 단부 조인트의 위치 37
그림 3.5. 슬래브 모듈 중앙부 수직조인트의 위치 39
그림 3.6. 종방향 수평조인트 위치 39
그림 3.7. 수직조인트의 위치 40
그림 3.8. 수직조인트의 개념도 41
그림 3.9. 높이조절장치의 개념도 42
그림 3.10. 횡방향 수평조인트의 위치 42
그림 3.11. 횡방향 수평조인트의 개념도 43
그림 3.12. 종방향 수평조인트의 위치 43
그림 3.13. 종방향 수평조인트의 개념도 44
그림 4.1. 모듈러 도로 시스템의 개념도 46
그림 4.2. 조인트 시스템의 구성 46
그림 4.3. 수직조인트의 구조 47
그림 4.4. 횡방향 수평조인트의 구조 51
그림 4.5. 종방향 수평조인트의 구조 54
그림 4.6. 모르타르 타설 전경 57
그림 4.7. 탈형 후 채움 상태 57
그림 5.1. 경계조건 61
그림 5.2. ModieSlab 조인트 연결 방식 61
그림 5.3. 슬래브 모듈 단부 변형의 개요 63
그림 5.4. 자중에 의한 슬래브 모듈 변형(Case 1, d ＝ 0) 64
그림 5.5. 우측 지점의 회전에 대한 영향선 65
그림 5.6. 우측 지점의 수평반력에 대한 영향선 65
그림 5.7. 활하중에 의한 슬래브 모듈 변형 형상(emax)(이미지참조) 67
그림 5.8. 활하중에 의한 슬래브 모듈 변형 형상(emin)(이미지참조) 67
그림 5.9. 온도하중에 의한 슬래브 모듈 변형 형상(여름) 71
그림 5.10. 온도하중에 의한 슬래브 모듈 변형 형상(겨울) 72
그림 5.11. d ＝ 0.0 일 때의 Convex 및 Concave 모드의 직선 변위 비교 78
그림 5.12. d ＝ 0.1 일 때의 Convex 및 Concave 모드의 직선 변위 비교 78
그림 5.13. d ＝ 0.2 일 때의 Convex 및 Concave 모드의 직선 변위 비교 79
그림 5.14. d ＝ 0.3 일 때의 Convex 및 Concave 모드의 직선 변위 비교 79
그림 5.15. 수직조인트 개요 80
그림 5.16. 변수(Parameters) 82
그림 5.17. 온도상승 하중에 의한 변위형상 83
그림 5.18. 결과값 도출 지점 및 좌표계 84
그림 5.19. 슬래브 모듈 변위 85
그림 5.20. 앵커볼트 변위 86
그림 5.21. 앵커볼트의 단면력 87
그림 5.22. 상세모델의 앵커볼트 축력 및 전단력 분포 88
그림 5.23. 앵커볼트의 단면력(추가해석) 90
그림 5.24. 자중에 의한 슬래브 모듈의 변형형상 90
그림 5.25. 회전각이 최소가 되는 재하위치에서의 활하중에 대한 유한요소해석 91
그림 5.26. 회전각이 최대가 되는 재하위치에서의 활하중 유한요소해석 91
그림 5.27. Positive 온도하중 유한요소해석 93
그림 5.28. Negative 온도하중 유한요소해석 93
그림 5.29. 구간별 크리프 변형률 98
그림 5.30. 크리프에 의한 변형형상 99
그림 5.31. 건조수축에 의한 변형형상 102
그림 5.32. 슬래브 모듈 단부의 제원 103
그림 5.33. 기둥 및 크로스빔 단면 106
그림 5.34. 콘크리트 및 재료특성 106
그림 5.35. 연결부 상세 및 유한요소 모델링 107
그림 5.36. 앵커의 힘-변위 관계 108
그림 5.37. 지반 스프링 모델링 109
그림 5.38. 기둥의 집중질량 및 상재하중 모델링 110
그림 5.39. 설계 응답 스펙트럼 111
그림 5.40. 인공지진파 생성 111
그림 6.1. 수직연결부 주변 처짐 115
그림 6.2. 에폭시 및 폴리우레탄의 인장거동 117
그림 6.3. 교량 바닥판 링크 슬래브의 ECC 적용 사례 118
그림 6.4. 프리캐스트 교량 시스템의 UHPC 현장타설 연결부 119
그림 6.5. 수평조인트 및 수직조인트의 적용 그라우트 120
그림 6.6. 포장 모듈 해석에 적용한 지지조건 121
그림 6.7. 연결부 축방향 변형 측정 122
그림 6.8. 포장 모듈의 축방향 변형에 대한 FEM 해석결과(Case 1) 124
그림 6.9. 포장 모듈의 축방향 변형에 대한 FEM 해석결과(Case 2) 125
그림 6.10. 수정 전단지연 모델의 단위 셀 형상 126
그림 6.11. 폴리우레탄의 인장응력-변형률 곡선 128
그림 6.12. 모래 비율에 따른 탄성계수 변화 130
그림 6.13. 모래 비율에 따른 극한 변형률 변화 131
그림 7.1. 수직조인트의 위치 및 개념도 132
그림 7.2. 매립너트 및 높이조절장치의 제원 133
그림 7.3. 슬래브 모듈 인양용 유압잭 133
그림 7.4. 매립너트 및 높이조절장치 1차 시작품 134
그림 7.5. 매립너트 및 높이조절장치 2차 시작품 135
그림 7.6. 슬래브 모듈 인양용 유압잭 시작품 135
그림 7.7. 슬래브 모듈 및 하부구조 시험체의 제원 136
그림 7.8. 슬래브 모듈 제작 및 수직조인트 홀 거푸집 설치 137
그림 7.9. 슬래브 모듈 거치 138
그림 7.10. 높이조절 장치 삽입 138
그림 7.11. 슬래브 모듈 높이 조절 139
그림 7.12. 받침부 채움재 주입 및 양생 140
그림 7.13. 높이조절볼트 분리 141
그림 7.14. 앵커홀 천공 및 앵커볼트 삽입 142
그림 7.15. 앵커볼트 체결 143
그림 7.16. 수직조인트 체결 능력 시험 143
그림 7.17. 수직조인트 시공 완료 144
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