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SUMMARY
목차
제1장 연구개발과제의 개요 16
1절 연구개발 목적 16
2절 연구개발의 필요성 17
3절 연구개발 범위 19
제2장 국내외 기술 개발 현황 21
제3장 연구 수행 내용 및 성과 25
1절 철도교량 한계상태설계법 개발 25
1. 열차하중 및 철도교량 수직처짐/가속도 장기 현장계측을 통한 D/B 구축 25
2. 극한한계상태 하중조합 연구 29
3. 사용한계상태 하중조합 연구 41
4. 설계사례조사 및 설계예제집 작성 53
2절 콘크리트궤도 설계지침 개발 68
1. 콘크리트궤도 파괴 구조해석 기법 개발 68
2. 궤도에 작용하는 하중 통계특성 분석 및 설계지침 개정(안) 80
3절 토공노반 설계기준 개발 92
1. 토공노반 재료분류법 및 탄성계수 기반 토공노반 설계지침 개발 92
2. 철도 구조물 접속부 설계기준 개선 105
3. 토목섬유를 이용한 토공접속부 설계 기준 130
4. 탄성기반 토공 시험별 개발 142
4절 선형기준 개선 155
1. 직선 및 원곡선의 최소길이 155
2. 선로의 기울기 156
3. 종곡선 157
4. 건축한계[원문불량;p.144-145] 159
5. 시공기면 폭 161
6. 도상두께[내용누락;p.148] 163
제4장 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 170
1절 목표 달성도 170
1. 성과점검기준에 따른 목표달성도 170
2. 연구성과품에 따른 주요 연구성과 및 우수성 175
2절 관련 분야 기여도 187
1. 주요기술 항목별 기술적 기여도 187
2. 주요기술항목별 경제적 가치 및 기여도 188
제5장 연구개발성과의 활용계획 189
1. 국내 철도교량설계기준에 한계상태설계법을 적용하기 위한 신뢰도기반 목표신뢰도 지수 제시 및 하중조합(표) 제시 189
2. 설계사례 분석 및 설계예제집 작성 189
3. 콘크리트궤도 구조해석 기법 및 온도하중, 충격계수 통계모델 구축 190
4. 토공노반 재료 분류법 및 탄성계수 기반 토공노반 설계지침 개발 190
5. 토공접속부 설계기준 190
6. 토압분리형 접속부 단면 제시 190
7. 탄성기반 토공 시험별 개발 191
8. 선형기준 개선 192
9. 요소기술별 기술수준 및 개선현황 193
10. 연구개발 성과별 주요 추진현황 및 후속 추진계획 196
11. 후속 연구개발 기술 및 필요성 198
제6장 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 199
1. 해외 기준 199
2. 국내외 주요 문헌 199
제7장 연구개발성과의 보안등급 201
제8장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 202
제9장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 203
1. 연구실 안전 관리 203
2. 열차하중 및 슬래브 온도 장기계측에 따른 안전 조치 사항 203
3. 현장실험 시 안전 조치 사항 203
제10장 연구개발과제의 대표적 연구 실적 204
제11장 기타사항 205
제12장 참고문헌 206
표 1-2-1. 복선고속철도의 연약지반 구간 분야별 공사비 18
표 3-1-1. 열차하중 현장계측 범위 25
표 3-1-2. 열차하중 계측 센서 27
표 3-1-3. 표준열차하중 29
표 3-1-4. 통계적 추정값의 계측 최대값에 대한 추가 비율과 KRL2012의 편심계수 통계특성 34
표 3-1-5. 실교량(PSC Box 거더) 강도계산 예시 36
표 3-1-6. 기존 철도교설계기준(2013, 2011) 및 기존 도로교설계기준(2010)의 강도설계법 하중조합 37
표 3-1-7. 철도교설계기준 한계상태설계법의 하중조합(안) 38
표 3-1-8. 철도교설계기준 한계상태설계법의 지속하중계수 39
표 3-1-9. 기존 및 제안철도교설계기준 하중조합 40
표 3-1-10. 실교량의 폭원 및 지간 40
표 3-1-11. 비계수 하중 및 기존에 대한 제안 하중조합의 비율 40
표 3-1-12. 2012 교량 현황 42
표 3-1-13. 기타 확률변수들의 통계 자료 42
표 3-1-14. 대상교량 44
표 3-1-15. 계측기간 및 계측횟수 44
표 3-1-16. 계측결과 분석 45
표 3-1-17. 계측결과 분석(계속) 45
표 3-1-18. 계측최댓값 및 기준값 46
표 3-1-19. 100년 예측값 및 기준값 46
표 3-1-20. 사용성 관련 목표신뢰도 지수 47
표 3-1-21. 탄성계수 통계분포 48
표 3-1-22. 탄성계수 변화(은석교) 48
표 3-1-23. 감쇠비에 따른 처짐과 가속도 변화율 49
표 3-1-24. 연직처짐 검토를 위한 하중조합 49
표 3-1-25. 해석 처짐값 비교 49
표 3-1-26. 연직처짐 검토를 위한 하중조합 개정(안) 49
표 3-1-27. 사용한계상태 하중조합 및 하중계수 50
표 3-1-28. 확률변수의 통계특성 51
표 3-1-29. 대상교량의 확률변수 통계특성 52
표 3-1-30. 신뢰도 지수 52
표 3-1-31. 설계법별 강도 비교(종방향 설계결과) 54
표 3-1-32. 총 철근량 비교(횡방향 설계결과) 54
표 3-1-33. 설계기준별 고정하중계수와 활하중계수 비교 55
표 3-1-34. Case Study 적용하중조합 57
표 3-1-35. Case Study 결과비교 - PSC Box교 상부슬래브 58
표 3-1-36. Case Study 결과비교 - 다중거더교 바닥판 58
표 3-1-37. Case Study 결과비교 - 설계방법에 따른 바닥판의 설계결과 비교 58
표 3-1-38. 종방향 강도검토 비교결과 59
표 3-1-39. 횡방향 강도검토 비교결과 60
표 3-1-40. PSC Box 거더교 검토결과 63
표 3-1-41. PSC Beam 거더교 검토결과 63
표 3-1-42. Steel Box Girder교의 강판두께 비교결과 64
표 3-2-1. 실험체와 구조해석 모델 처짐 비교 79
표 3-2-2. 온도 데이터 현장계측 개요 80
표 3-2-3. 온도기울기 모델(평균 경향) 82
표 3-2-4. 온도기울기 분포(정규분포) 통계특성 83
표 3-2-5. 충격계수 산정에 이용된 열차하중 현황 85
표 3-2-6. 충격계수 분포(일반화된 극치분포) 파라미터 88
표 3-3-1. 기존 일반철도 및 고속철도 쌓기 재료의 구분 93
표 3-3-2. 기존 쌓기 재료의 군분류 94
표 3-3-3. 기존 쌓기 재료의 강도정수 기준값 94
표 3-3-4. 상·하부노반의 다짐도 품질기준 94
표 3-3-5. 상·하부노반의 다짐도 품질관리 항목 및 시험빈도 95
표 3-3-6. 군분류 별 대표적인 영구변형시험 결과 96
표 3-3-7. 품질시험비 산출단위량 기준 98
표 3-3-8. 노임단가 98
표 3-3-9. 노반 다짐도 품질관리 시험항목 소요시간 및 소요비용 비교표 98
표 3-3-10. 비교분석을 위한 제안 시험빈도 99
표 3-3-11. 총 소요시간/비용 비교분석 결과 99
표 3-3-12. 새로운 쌓기 재료의 군분류 제시(안) 100
표 3-3-13. 일반철도, 고속철도 쌓기 재료의 구분 제시(안) 100
표 3-3-14. 상·하부노반의 다짐도 품질기준 개정(안) 100
표 3-3-15. 상·하부노반의 현장 품질관리 항목 및 시험빈도 개정(안) 101
표 3-3-16. 내부마찰각에 토압 105
표 3-3-17. 교대 설계기준 설정 106
표 3-3-18. 교대 뒤채움재 강성변화 영향분석 시나리오 분류 107
표 3-3-19. 직접기초-성·절토부(시나리오-1,2) 계수하중 부재력 및 변화율 107
표 3-3-20. 파일기초(시나리오-3) 계수하중 부재력 및 변화율 108
표 3-3-21. 파일기초(시나리오-4) 계수하중 부재력 및 변화율 108
표 3-3-22. 공사비 분석 결과 108
표 3-3-23. 양생일수에 따른 내부마찰각 및 점착력 109
표 3-3-24. 시멘트처리된 자갈의 강성특성(반복삼축압축시험) 110
표 3-3-25. 실험하중 산정조건 110
표 3-3-26. 열차 동적 상호작용 해석 117
표 3-3-27. 차량 -궤도 동적상호작용해석 결과 118
표 3-3-28. 지진파에 따른 최대수평변위 135
표 3-3-29. 현장 시험 데이터 148
표 3-3-30. 정·동적 하이브리드 콘 관입기 시험 결과 152
표 3-3-31. 동적 하이브리드 콘 관입기 시험 결과 154
표 3-4-1. 자갈도상 궤도 최소 시공기면의 폭(전철) 162
표 3-4-2. 최소 시공기면의 폭 기준(안) 162
표 3-4-3. 노반의 초기공사비(토공, 복선 km당) 165
표 3-4-4. 궤도의 초기공사비(단선 km당) 165
표 4-1-1. 1차년도 성과점검표에 따른 달성도 170
표 4-1-2. 2차년도 성과점검표에 따른 달성도 171
표 4-1-3. 3차년도 성과점검표에 따른 달성도 172
표 4-1-4. 4차년도 성과점검표에 따른 달성도 173
표 4-1-5. 5차년도 성과점검표에 따른 달성도 174
표 4-1-6. 정성적 연구실적 175
표 4-1-7. 정량적 연구실적 180
표 4-2-1. 주요기술에 따른 관련분야 기여도 187
표 5-9-1. 요소기술별 전·후 기술수준 및 개선현황 193
표 5-10-1. 주요 연구 일정 및 추진 사항 196
표 5-10-2. 콘크리트궤도/철도교량 분야 개정(안) 추진 일정 및 계획 197
표 5-10-3. 토공노반 분야 개정(안) 추진 일정 및 계획 197
표 5-10-4. 선형 분야 개정(안) 추진 일정 및 계획 197
그림 1-2-1. 제3차 국가철도망 구축계획(안) 17
그림 2-1-1. Eurocode의 신뢰기반 구조설계 개념 21
그림 3-1-1. 열차하중 현장계측 현황 26
그림 3-1-2. 계측센서 설치위치(울산역 출발열차 측정 예시) 27
그림 3-1-3. 계측센서 설치 상태(윤중 및 횡압) 27
그림 3-1-4. 가속도 센서 설치 사진(법기고가 설치 예시) 28
그림 3-1-5. 교량하부 변위계 설치(법기고가 설치 예시) 28
그림 3-1-6. 데이터 획득 시스템 설치(법기고가 설치 예시) 28
그림 3-1-7. 국내 대표적인 교량 시공 사례 30
그림 3-1-8. 지간별 설계기준별 비계수 및 계수모멘트 31
그림 3-1-9. 신뢰도지수 산정 절차 흐름도 32
그림 3-1-10. 계측데이터 추정 방법 32
그림 3-1-11. 고속철도 설계활하중과 통계적 추정방법에 의한 정모멘트 비율 33
그림 3-1-12. 설계 활하중조합의 신뢰도분석(정모멘트) 33
그림 3-1-13. 일반철도 빈도분포 분석 33
그림 3-1-14. 일반철도 정규분포 분석 34
그림 3-1-15. 천안역 및 도담역의 최대추정값 비교 34
그림 3-1-16. 설계활하중과 통계적 추정방법에 의한 정모멘트 비율 35
그림 3-1-17. 설계 활하중조합의 신뢰도분석(정모멘트) 35
그림 3-1-18. KRL2012와 LS22의 정모멘트 효과 비교 36
그림 3-1-19. 강도설계법 및 한계상태설계법에 대한 실교량 신뢰도 지수 36
그림 3-1-20. 기존 하중조합 및 제안 하중조합에 의한 휨모멘트 비교(DW 30%할증) 40
그림 3-1-21. 기존 연구에서 수집된 콘크리트 압축강도분포자료 42
그림 3-1-22. 강도와 탄성계수의 관계 43
그림 3-1-23. 압축강도와 탄성계수 오차값의 관계 43
그림 3-1-24. 강도와 탄성계수와의 관계 43
그림 3-1-25. 축중과 속도에 따른 처짐과 가속도(예) 45
그림 3-1-26. 탄성계수에 따른 최대처짐과 최대가속도 변화 48
그림 3-1-27. Damping에 의한 처짐과 가속도 변화 48
그림 3-1-28. 면틀림의 정의 50
그림 3-1-29. 교량제원 및 횡단면도 53
그림 3-1-30. 프리스트레스드 콘크리트 부재 설계모듈 55
그림 3-1-31. 강부재 설계모듈 56
그림 3-1-32. 한계상태 설계법에 의한 PSC BOX 설계흐름도 56
그림 3-1-33. 신뢰도기반 철도교량 표준 설계예제 구축 56
그림 3-1-34. 제안하중조합 결정을 위한 Case Study 57
그림 3-1-35. 신구 설계예제 비교 및 대상교량 59
그림 3-1-36. 고속철도 교량형식 분포 61
그림 3-1-37. 일반철도 교량형식 분포 61
그림 3-1-38. 강합성 교량 횡단면도 62
그림 3-2-1. 연속철근 콘크리트궤도 균열 68
그림 3-2-2. 경부선 실험 구간 69
그림 3-2-3. 경부선 CRCT 구간 거동 측정 센서 설치 70
그림 3-2-4. 경부선 CRCT 구간 거동 분석 70
그림 3-2-5. 전라선 실험 구간 71
그림 3-2-6. 전라선 CRCT 구간 거동 측정 센서 설치도 71
그림 3-2-7. 전라선 CRCT 구간 거동 분석 72
그림 3-2-8. CRCT 해석모델 파트 구성 72
그림 3-2-9. CRCT 균열 진전에 따른 해석 모델 73
그림 3-2-10. CRCT 균열 진전에 따른 분석 73
그림 3-2-11. 환경하중 인자별 영향 분석 73
그림 3-2-12. CRCT 파괴 모델 정립을 위한 실험체 제작 74
그림 3-2-13. 센서 설치 및 하중 재하 74
그림 3-2-14. 1차 하중재하 실험 75
그림 3-2-15. 2차 하중재하 실험 76
그림 3-2-16. 3차 하중재하 실험 76
그림 3-2-17. 구조해석 모델 구축 77
그림 3-2-18. 인자별 영향분석 - 탄성계수 77
그림 3-2-19. 모델 별 해석-예측식 오차 히스토그램 및 정규분포 78
그림 3-2-20. 응력예측식 검증 방안 모식도 79
그림 3-2-21. 구조해석을 통한 처짐 검토 79
그림 3-2-22. TCL 층의 두께방향 온도기울기 80
그림 3-2-23. 슬래브 중앙 온도기울기 분포(경상권 예) 81
그림 3-2-24. 일교차와 온도기울기 변화 및 그 관계(표면과 깊이 100 mm에 대한 경상권 예) 82
그림 3-2-25. 온도기울기 분포 통계특성(경상권 예) 84
그림 3-2-26. 고속선 역사출발 차량의 속도 및 축중 분포 85
그림 3-2-27. 고속선 콘크리트궤도 교량부의 충격계수 분포(295~297 km/h) 86
그림 3-2-28. 콘크리트궤도 충격계수 분포 87
그림 3-3-1. 흙노반 영구변형시험을 위한 반복삼축시험기 전경 96
그림 3-3-2. 반복평판재하시험(Ev2), 동평판재하시험(Evd), 들밀도시험 결과 비교(이미지참조) 97
그림 3-3-3. 국내 현장시험 데이터 결과그래프(반복평판재하시험-동평판재하시험) 97
그림 3-3-4. 동평판재하시험(Evd)과 반복평판재하시험(Ev2)의 시험빈도 개요도(이미지참조) 101
그림 3-3-5. 토압이론 105
그림 3-3-6. 토압 이론에 따른 수평토압 비교 106
그림 3-3-7. 최소안전율을 고려한 표준 교대단면 107
그림 3-3-8. 대형전단시험 109
그림 3-3-9. 대형삼축압축시험 109
그림 3-3-10. 시멘트처리된 자갈의 강도특성(수정 CBR, 양생별) 109
그림 3-3-11. 원형토조 실험 110
그림 3-3-12. 반복재하에 따른 침하 그래프 111
그림 3-3-13. 양생기간에 따른 토압 111
그림 3-3-14. 양생에 따른 수직토압 변화 실험 111
그림 3-3-15. 양생기간에 따른 토압거동 111
그림 3-3-16. 실대형실험 과정 112
그림 3-3-17. 양생에 따른 토압 저감효과 및 이론 토압과의 비교 112
그림 3-3-18. 반복하중과 정적하중의 하중방법 및 위치 112
그림 3-3-19. 1차 정적하중에 따른 거동 113
그림 3-3-20. 2차 정적하중에 따른 거동 113
그림 3-3-21. 1차 반복하중에 따른 거동 113
그림 3-3-22. 2차 반복하중에 따른 거동 114
그림 3-3-23. 원심모형실험 114
그림 3-3-24. 접속부 뒷채움 기울기 114
그림 3-3-25. 대형원심모형실험을 통한 토공-교대 접속부의 기울기에 따른 동적거동 115
그림 3-3-26. 접속부 Type 1... 115
그림 3-3-27. 접속부 Type 2... 115
그림 3-3-28. 첫 번째 차륜의 주행거리에 따른 접촉점에서의 연직변위 115
그림 3-3-29. 접속부 단면형태별 시간이력 비교 116
그림 3-3-30. 열차차량 모형화 116
그림 3-3-31. 열차별 접촉력 거동 비교 116
그림 3-3-32. 열차 동적 상호작용 해석 117
그림 3-3-33. 사각 암거박스 뒤채움 단면 118
그림 3-3-34. 기존 접속부 구조의 계측기 설치위치 130
그림 3-3-35. 토목섬유튜브 접속부 구조의 계측기 설치위치(Model 1) 131
그림 3-3-36. 와이어메쉬로 보강한 토목섬유튜브 접속부 구조의 계측기 설치위치(Model 2) 131
그림 3-3-37. Model 1 접속부 시공완료 사진 132
그림 3-3-38. Model 2 접속부 시공완료 사진 132
그림 3-3-39. 접속부 구조 및 토압측정 위치별 수직토압 132
그림 3-3-40. 각 보강공법별 토압비 133
그림 3-3-41. 보강설계 도면(Case 1~5) 134
그림 3-3-42. 토목섬유튜브 설계단면 134
그림 3-3-43. 시험교대 A1, A2의 센서 설치 계획도 135
그림 3-3-44. 반복평판재하시험 결과 136
그림 3-3-45. LFWD시험 결과(A1교대) 137
그림 3-3-46. LFWD시험 결과(A2교대) 137
그림 3-3-47. A1교대(토목섬유튜브접속부) 토압계수 비교 138
그림 3-3-48. A2교대(기존 접속부) 토압계수 비교 138
그림 3-3-49. TDR 전파 분석(Drnevich et al, 2001), (Yu and Drnevich, 2004) 142
그림 3-3-50. TDR 전파 분석(Yu and Drnevich, 2004) 142
그림 3-3-51. 개발중인 이론식 143
그림 3-3-52. TDR-K 측정시스템 144
그림 3-3-53. 소금물의 전기전도도 및 장주기전압레벨 측정 144
그림 3-3-54. 함수비 측정 값 비교... 145
그림 3-3-55. 건조밀도 측정 값 비교... 145
그림 3-3-56. 물의 Vf 와 EC값 측정 145
그림 3-3-57. 관계식 도출 146
그림 3-3-58. Flat TDR 및 Purdue TDR 측정 147
그림 3-3-59. 철판을 깔고 다짐 147
그림 3-3-60. Flat TDR과 Purdue TDR 시스템의 측정값을 실측값과 비교 147
그림 3-3-61. Flat TDR과 Purdue TDR 시스템의 측정값을 실측값과 비교 147
그림 3-3-62. Flat TDR 시스템의 함수비 측정값과... 148
그림 3-3-63. Flat TDR 시스템의 건조단위중량... 148
그림 3-3-64. 정·동적 관입방법이 적용된 하이브리드 콘 관입기 150
그림 3-3-65. 동적관입 체계 151
그림 3-3-66. 정적관입 체계 151
그림 3-3-67. 시험 방법 152
그림 3-3-68. 동적 관입방법이 적용된 하이브리드 콘 관입기 153
그림 3-3-69. 시험 방법 153
그림 3-4-1. 시공기면의 폭 4.25m(250〈V≤350 km/h, 전철)(내용없음) 15
그림 3-4-2. 시공기면의 폭 3.7m(150〈V≤200 km/h, 비전철)[내용누락;p.148] 163
그림 3-4-3. 시공기면의 폭 4.25m(250〈V≤350 km/h, 전철)[내용누락;p.148] 163
그림 3-4-4. 속도단계별 증속시험에 의한 윤중 측정 결과 164
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