KR20130082730A

KR20130082730A - 리니어 윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법

Info

Publication number: KR20130082730A
Application number: KR1020110135526A
Authority: KR
Inventors: 최용규
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-07-22

Abstract

본 발명은 리니어 윈치의 앵커블럭에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Backfilling시 상대다짐도(Relative compaction)에 따른 현장다짐정도의 관리기준을 제시함으로써 앵커블럭의 과대한 설계를 방지하고, 현장 다짐 정도에 따라 관계도표를 이용한 설계주요 factor인 상대다짐도에 따른 내부마찰각 (Internal friction angle)의 정의를 먼저 선수행한 후 바닥의 저항마찰력, 흙토괴의 무게 및 수동토압을 이용하여 설계된 리니어 윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 먼저 현장 다짐 정도에 따라 내부마찰각 (Internal friction angle)을 정의하고, 앵커블럭의 전체 수동토압(Pp)를 계산하는 제1단계;와 앵커블럭의 마찰저항력(Fr)을 계산하는 제2단계;와 슬라이딩에 의한 전체 저항력(Ft)을 계산하는 제3단계;와 슬라이딩 안정계수(F.S)를 산출하는 제4단계;와 수직 안정계수(F.V)를 산출하는 제5단계;및 상기 슬라이딩 안정계수(F.S)≥1.5이고 상기 수직 안정계수(F.V)≥1.5이면 상기 앵커블럭은 안정하다고 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법을 제공한다.

Description

리니어 윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법{The method to estimate stability of linear winch Anchor block}

본 발명은 리니어 윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 앵커블럭의 과대한 설계를 방지하기 위해 Backfilling시 상대다짐도 (Relative compaction)에 따른 현장다짐정도의 관리기준을 제시함으로써 바닥의 저항마찰력, 흙토괴의 무게 및 수동토압을 이용하여 설계된 리니어 윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법에 관한 것이다.

일반적으로 해저와 육상을 연결하는 파이프라인(50)을 설치하는데 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이 앵커블럭(10), 레벨와인더(20), 리니어윈치(30) 및 가이드롤러(40)가 사용되고 있다. 즉, 상기 리니어윈치(30)가 상기 파이프라인(50)을 잡아당김으로써 해저의 파이프라인(50)을 육상으로 끌어 올리게 된다.

여기서, 상기 파이프라인(50)의 무게가 매우 커서 상기 리니어윈치(30)가 상기 파이프라인(50)을 잡아당기기 위한 반력 지지대의 역할을 하는 물체가 필요한데, 이를 앵커블럭(10)이라 한다.

종래에는 바닥의 마찰저항력과 임의 가상파괴면에서의 흙토괴의 무게를 고려하여 전체 저항력를 계산함으로써 상기 앵커블럭(10)이 과대하게 설계된다는 문제점이 있었다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 앵커블럭의 과대한 설계를 방지하기 위해 바닥의 마찰저항력, 흙토괴의 무게 및 수동토압을 이용하여 Backfilling시 상대다짐도(Relative compaction)에 따른 현장다짐정도의 관리기준을 제시함으로써 앵커블럭의 과다설계를 피함과 동시에 리니어 윈치의 앵커블럭의 안정성 판단 방법을 제공하는 것이다.

상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 먼저 현장 다짐 정도에 따라 관계도표를 이용한 설계주요 factor인 상대다짐도에 따른 내부마찰각 (Internal friction angle)의 정의가 필요하며, 앵커블럭의 전체 수동토압(Pp)를 계산하는 제1단계;와 앵커블럭의 마찰저항력(Fr)을 계산하는 제2단계;와 슬라이딩에 의한 전체 저항력(Ft)을 계산하는 제3단계;와 슬라이딩 안정계수(F.S)를 산출하는 제4단계;와 수직 안정계수(F.V)를 산출하는 제5단계;및 상기 슬라이딩 안정계수(F.S)≥1.5이고 상기 수직 안정계수(F.V)≥1.5이면 상기 앵커블럭은 안정하다고 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법을 제공한다.

상기 수동토압(Pp)는 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 계산된 값인 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

여기서, σp는 수동토압, γt는 흙의 단위중량, Kp는 수동토압계수이다.

[수학식 2]

여기서, Pp는 전체 수동토압, σp1와 σp2는 수동토압, H는 앵커블럭의 높이, L은 앵커블럭의 길이이다.

상기 앵커블럭의 마찰저항력(Fr)은 하기 수학식 3에 의해 계산된 값인 것을 특징으로 한다.

[수학식 3]

여기서, Fr은 마찰저항력, W는 흑토괴무게(Ws)와 앵커블럭무게(Wc)의 합에 의한 수직력, δ는 앵커블럭 바닥과 흙의 벽면 마찰 각이다.

상기 슬라이딩 안정계수(F.S)는 하기 수학식 4에 의해 계산된 값인 것을 특징으로 한다.

[수학식 4]

여기서, F.S는 슬라이딩 안정계수, Ft는 슬라이딩에 의한 전체 저항력, Ts는 레벨와인더가 당기는 힘, Td는 리니어윈치가 당기는 힘이다.

상기 수직 안정계수(F.V)는 하기 수학식 5에 의해 계산된 값인 것을 특징으로 한다.

[수학식 5]

여기서, F.V는 수직안정계수, W는 흑토괴무게(Ws)와 앵커블럭무게(Wc)의 합에 의한 수직력, Ts는 레벨와인더가 당기는 힘, Td는 리니어윈치가 당기는 힘이다.

본 발명에 따른 리니어 윈치의 앵커블럭 안전성 판단방법은 앵커블럭이 파이프라인을 잡아당기는 힘에 저항할 수 있을 정도로 안전한지 판단하여 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 리니어 윈치 앵커블럭의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 리니어 윈치 앵커블럭에 작용하는 힘을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 윈치 앵커블럭에 작용하는 힘을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 리니어 윈치 앵커블럭의 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 쉬어키(Shear Key)를 구비한 리니어 윈치 앵커블럭에 작용하는 힘을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 리니어 윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법을 나타낸 순서도.
도 7은 Meyerhof 및 Peck에 의한 N-Df- Ø관계 그래프

설명에 앞서, 토압은 흙과 접하는 구조물에 미치는 흙의 압력을 말한다.

수동토압은 지반이 측면에서 밀려 위쪽으로 밀려 올려지듯이 해서 전단 슬라이드가 생기는 상태를 말하며, 이때 흙 속의 측방토압을 수동토압이라고 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 리니어 윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법의 실시 예를 설명한다.

도 2 내지 도 6를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법을 설명한다.

앵커블럭(10)의 저항력은 수동토압(Pp)과 마찰저항력(Fr)으로 구성된다.

이때, 상기 앵커블럭(10)의 저항력 산정시 지배적인 영향을 주는 인자는 지반의 내부 마찰각(Ф)이다.

상기 내부 마찰각은 앵커블럭 시공 후 매립시 상대 다짐도에 따라 달라진다.

상기 앵커블럭(10)의 안정성 판단방법은 다음과 같다.

먼저, 슬라이딩(Sliding) 안정성을 판단하고, 다음으로 수직(Uplifting) 안정성을 판단하기로 한다.

슬라이딩(Sliding) 안정성을 판단하는 방법은 다음과 같다.

첫째, 수동토압을 계산한다(S110).

이때, 수동토압(σp) = 흙의 단위중량(γt)×깊이(h)×수동토압계수(Kp) [ton/m²]이다.

여기서 수동토압계수(Kp) = tan2(45°+Ф/2)이다. 이때, Ф는 내부 마찰각(internal Friction Angle)이며, 흙 시료를 채취하여 실내시험(직접전단시험 또는 삼축압축시험) 결과로부터 산정가능하나 시간과 예산이 소요되므로 현장시험인 표준관입시험(Standard Penetration Test)에 의한 N-value로 추정 가능하다.

또한 SPT 시험 실시 또한 시간과 예산 소요되므로 여러 학자(Meyerhof & Peck and Holtz & Gibbs)들의 관련 제안 값 및 제안식을 이용하여 다짐 정도에 따라 내부 마찰각을 추정한다.

즉, 앵커블럭 시공을 위한 Excavation 후 Backfilling시 흙의 다짐(Compaction)을 실시하므로 상대 다짐도(Relative density)와 내부 마찰각의 관련 제안값으로부터 내부 마찰각을 추정할 수 있다.

따라서, 전체 수동토압(Pp) = (1/2)*H*(σp1+ σp2)*L [ton] : 수동토압 사다리꼴의 면적의 합이 된다.

둘째, 마찰저항력(Friction Resistant Force)을 계산한다(S120).

상기 마찰저항력(Fr) = W*tanδ으로, 흙토괴무게(Ws)와 앵커블럭무게(Wc)의 합에 의한 수직력(W)과 콘크리트 바닥과 흙의 벽면마찰각(δ)의 함수로 산출된다.

셋째, 슬라이딩(sliding)에 의한 전체 저항력을 계산한다(S130).

상기 슬라이딩에 의한 전체 저항력(Ft) = Pp(수동토압) + Fr(마찰저항력)이다.

넷째, 슬라이딩 안정계수를 구한다(S140).

상기 슬라이딩 안정계수(F.S) = 슬라이딩에 의한 전체 저항력(Ft) / (레벨와인더(20)가 당기는 힘(Ts)의 수평성분 ＋ 리니어윈치(30)가 당기는 힘(Td)의 수평성분)이다. 여기서 상기 슬라이딩 안정계수(F.S)≥1.5이면 슬라이딩 안정하다고 판단한다(S160).

한편, 수직(Uplifting) 안정성을 판단하는 방법은 다음과 같다.

수직안정계수를 구한다(S150).

상기 수직안정계수(F.V) = (흑토괴무게(Ws)와 앵커블럭무게(Wc)의 합에 의한 수직력(W))/ (레벨와인더(20)가 당기는 힘(Ts)의 수직성분 ＋ 리니어윈치(30)가 당기는 힘(Td)의 수직성분)이다. 여기서 상기 수직안정계수(F.V)≥1.5이면 수직안정하다고 판단한다(S160).

결과적으로 상기 앵커블럭(10)이 슬라이딩 안정하고, 수직 안정하다고 판단된 경우 상기 앵커블럭(10)은 안정하다고 판단된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 앵커블럭(10)의 하단에 쉬어키(Shear Key)를 설치하면 상기 H의 값이 커지게 되어 상기 슬라이딩에 의한 전체 저항력(Ft)이 커지게 되므로 도 3에 도시된 앵커블럭보다 안정성 있는 앵커블럭(10)을 설계할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

10: 앵커블럭 20: 레벨와인더
30: 리니어윈치 40: 가이드롤러
50: 파이프라인 60: 쉬어키(Shear Key)

Claims

앵커블럭의 전체 수동토압(Pp)를 계산하는 제1단계;
앵커블럭의 마찰저항력(Fr)을 계산하는 제2단계;
슬라이딩에 의한 전체 저항력(Ft)을 계산하는 제3단계;
슬라이딩 안정계수(F.S)를 산출하는 제4단계;
수직 안정계수(F.V)를 산출하는 제5단계;및
상기 슬라이딩 안정계수(F.S)≥1.5이고 상기 수직 안정계수(F.V)≥1.5이면 상기 앵커블럭은 안정하다고 판단하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법.
제 1 항에 있어서,
상기 수동토압(Pp)는 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 계산된 값인 것을 특징으로 하는 리니어윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법.

[수학식 1]

여기서, σp는 수동토압, γt는 흙의 단위중량, Kp는 수동토압계수이다.
[수학식 2]

여기서, Pp는 전체 수동토압, σp1와 σp2는 수동토압, H는 앵커블럭의 높이, L은 앵커블럭의 길이이다.
제 1 항에 있어서,
상기 앵커블럭의 마찰저항력(Fr)은 하기 수학식 3에 의해 계산된 값인 것을 특징으로 하는 리니어윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법.
[수학식 3]

여기서, Fr은 마찰저항력, W는 흑토괴무게(Ws)와 앵커블럭무게(Wc)의 합에 의한 수직력, δ는 앵커블럭 바닥과 흙의 벽면 마찰 각이다.
제 1 항에 있어서,
상기 슬라이딩 안정계수(F.S)는 하기 수학식 4에 의해 계산된 값인 것을 특징으로 하는 리니어윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법.
[수학식 4]

여기서, F.S는 슬라이딩 안정계수, Ft는 슬라이딩에 의한 전체 저항력, Ts는 레벨와인더가 당기는 힘, Td는 리니어윈치가 당기는 힘이다.
제 1 항에 있어서,
상기 수직 안정계수(F.V)는 하기 수학식 5에 의해 계산된 값인 것을 특징으로 하는 리니어윈치 앵커블럭의 안정성 판단방법.
[수학식 5]

여기서, F.V는 수직안정계수, W는 흑토괴무게(Ws)와 앵커블럭무게(Wc)의 합에 의한 수직력, Ts는 레벨와인더가 당기는 힘, Td는 리니어윈치가 당기는 힘이다.