Abstract
As the demand for underground space increases, many researchers have been studying the load reduction method using high compressible materials to solve for the stability problem of the overhead load and for the increase of the earth pressure which decreases the function of the underground structure. This paper determines the optimum soft zone and the effect of the using EPS Geofoam as a load reduction material to arch structures. A finite element analysis program, ABAQUS, is used to analyze the soil-structure interaction and the behavior of buried arch structures considering different four EPS Geofoam forms to confirm the most conservative shape. The optimum cross-sectional shape was determined by comparing the results of earth pressure reduction rate in accordance with the change of span-rise ratio and span length of the arch structure. It was confirmed that the earth pressure generated in the arch structure using the optimal soft zone selected by the numerical analysis was reduced by an average of 78%. In this study, the effect of EPS Geofoam on soil pressure reduction and its applicability to underground arch structures will provide an economical and conservative way to design underground structures and will help to increase the usability of deep underground space.
지하공간의 수요가 증가되면서 지중구조물의 기능을 저하시키는 상재하중 및 토피증가에 대한 구조물의 안정성 문제를 해결하기 위해 많은 연구자들이 고압축성 물질을 이용한 하중저감방법 연구를 진행해왔다. 본 논문은 하수관거에 작용하는 하중을 EPS Geofoam을 활용하여 경감시키는 하중저감공법을 아치구조물에 적용하고 그 효과를 증가시키기 위한 최적의 Soft Zone 적용방법에 대해 기술하고 있다. 지반구조 상호작용을 고려한 ABAQUS 유한요소해석을 통해 아치구조물의 거동 특성을 파악하고 4가지 EPS Geofoam 형식을 해석적으로 분석하여 최적의 적용형상을 확인하였다. 해석 결과를 토대로 선정된 최적 단면 형상에 대해 아치구조물의 라이즈비, 지간길이 변화를 해석변수로 고려하여 발생하는 토압감소율을 비교하여 적용성을 분석하였다. 수치해석에서 선정한 최적 Soft Zone를 적용한 아치구조물에 발생하는 토압이 평균 78% 감소되는 것을 확인하였다. 본 연구 결과에서 EPS Geofoam의 토압 경량화 효과와 이에 대한 지중아치구조물의 적용성 평가는 지중구조물 설계 시 경제적이고 합리적인 방법을 제공해 줄 것이며, 향후 심층 지하공간에 대한 활용성 증가에 도움이 될 것이다.
