도심지 비개착 추진관 시공의 단계별 유한요소 해석을 통한 구조 안정성 검토

초록

본 연구는 공공주택지구 조성 현장의 간선도로 하부에 비개착 추진관 공법이 적용된 구간을 대상으로, 시공단계를 반영한 수치해석을 통해 구조물의 연직 및 수평변위에 대한 안정성을 평가하고, 구조물의 장기적인 공용성 확보 가능성을 정량적으로 검토하고자 하였다. 해석은 MIDAS GTS NX를 이용한 3차원 유한요소법(FEM) 기반으로 수행되었으며, 총 7단계의 시공단계와 1단계의 공용단계를 포함하였다. 지반은 Mohr-Coulomb 탄소성 모델로 구성하였고, 추진관은 Shell 요소로 모델링하여 지반–구조물 간 상호작용을 정밀하게 모사하였다. 대상 구조물은 도로부, OO 교량 기초부, 추진관으로 설정하였으며, 구조물별 변위를 허용기준과 비교하여 안전성을 정량 평가하였다. 수치해석 결과, 도로부는 최대 1.232mm(허용기준 25mm 대비 4.9%), 교량 기초부는 0.976mm(20mm 대비 4.8%), 추진관은 2.41mm(30mm 기준 대비 8.0%)로 모두 허용기준 대비 10% 이하로 나타났다. 대부분의 구조물에서 변위는 공용단계보다 시공 중간 단계에서 작게 나타나, 하중의 단계적 재하가 구조물 거동 안정화에 기여했음을 확인하였다. 또한, 현장 계측값과 해석 결과를 비교한 결과, ±3% 이내의 오차 범위에서 일치하여 해석모델의 신뢰성을 입증하였다. 본 연구는 시공단계를 반영한 다단계 해석이 구조물의 실제 거동을 보다 정밀하게 반영하며, 공용단계 단일 해석만으로는 간과될 수 있는 시공 중 변형을 효과적으로 파악할 수 있을 것으로 보인다. 따라서 도시 지하 매설구조물의 설계 및 시공 시에는 단계별 수치해석과 실측 계측 결과의 병행 분석이 필수적으로 수행되어야 한다.

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