Experimental and analytical studies on the behavioral characteristics of a pre-stressed (PS) steel girder are conducted to investigate the effects of deviators on the non-linear inelastic properties of the PS system. In this regard, 4 test specimens consisting of a steel H-beam, a straight cable with eccentricity, anchorages, and deviators are built and failure tests are performed under two-point loading. In addition, in-plane elastic deformation theories for the PS system without a deviator, and with three deviators at regular intervals are analytically formulated and solved using a symbolic calculation technique. To verify the validity of the experimental and the proposed analytical theories, the results obtained using FEM models composed of beam elements, rigid beam elements, and truss cable elements, are compared to the experimental results and the analytical solutions. As a result, it is determined that externally installed un-bonded deviators inhibit flexural deformation of the deformed beam to such an extent that their elastic stiffness, and failure strength are significantly improved compared to those of the PS system without deviators.

PS 강거더의 비선형, 비탄성 거동에 대한 편향부 효과를 조사하기 위하여 PS 시스템의 거동특성에 대한 실험적 및 이론적 연구를 수행한다. 이를 위하여 H빔, 편심을 갖는 직선 케이블, 정착부, 그리고 편향부를 갖는 4개의 시험체를 제작하여 2점 하중에 의한 파괴거동시험을 수행한다. 또한, 편향부가 없는 경우와 등간격으로 3개의 편향부가 설치된 경우의 PS 시스템에 대하여 면내 변형이론을 새로이 정식화하고 symbolic 연산을 수행할 수 있는 메스메티카를 이용하여 비선형해를 구한다. 실험 및 이론적 연구의 타당성을 검증하기 위하여 박벽보요소, 강성이 매우 큰 보요소, 그리고 케이블-트러스요소로 구성되는 유한요소모델을 구축하고 비탄성해석을 수행하여 그 결과를 실험결과 및 해석해와 비교한다. 결과적으로 외부에 설치된 비부착 편향부로 인하여 H빔의 횡변위가 강하게 구속되어 PS 시스템의 강성 및 파괴강도는 편향부가 없는 경우와 비교할 때 크게 증가한다.

국내 철도교대 뒤채움재의 구조는 시멘트 안정처리된 골재, 일반 골재, 토사로 되어 있다. 시멘트 안정처리된 골재는 강도 증진효과로 인해 내부마찰각이 $40^{\circ }$이상 증가 된다. 그러나 실무에서는 교대설계 시 경험치인 $30\sim 35^{\circ }$의 내부마찰각을 적용한다. 이는 과다설계의 원인이 될 수 있으므로 합리적인 물성치 값의 설정이 필요하다. 본 논문은 원형모형 실험과 CBR 실험을 통해 시멘트 안정처리된 골재의 시멘트 혼합 비율에 따른 강도 및 침하특성을 정량적으로 분석하였다. 시멘트 안정처리된 골재의 침하율은 반복재하 함에 따라 감소하였다. 또한 양생함에 따라 침하량이 감소하였다. 재령 28일 기준으로 일반골재 대비 시멘트 안정처리된 골재의 CBR 증가율은 13~16배 증가하였다. Backfill materials of rail abutment were commonly composed with cement treated aggregate, general aggregate and soil. The friction angle of cement treated aggregate increased up to $40^{\circ }$ or more due to strength enhancement. However, $30^{\circ }\sim 35^{\circ }$ of friction angle was typically applied for in-situ condition. This phenomenon could cause over-designing, therefore, it is essential to determine reasonable material properties of cemented treated aggregate. In this study, a series of CBR tests and circular model tests have been conducted for cement treated aggregate, while changing cement mixing ratio. Based on test results, characteristics of settlement and strength have been analyzed quantitatively. The settlement of cement treated aggregate decreased with the number of cyclic loading and aging period. In addition, The strength increment ratio in CBR test increased up to 13~16 times at 28 days aging.

도심지에서는 고도의 경제성장과 더불어 증가되는 교통량을 수용하기 위하여 도로와 철도 신설에 따른 지하터널 공사가 활발히 진행되고 있다. 지하공간 개발에서는 토사터널 구간이 많을 수 있고 이에 따른 막장 및 천단부 안정성을 고려한 여러 공법들이 개발 적용되고 있다. 그 중 최근에 적용예가 많은 공법으로 DSM(divided shield method)를 들 수 있는데, 이는 Messer Shield 공법에 근간을 두고 있으며, Messer Shield 공법의 장점을 흡수하고 문제점을 개선하여 안정성 및 시공성을 크게 개선한 비개착 특수터널 공법이다. 이 연구에서는 DSM 공법에서 터널 막장면 그라우팅이 터널의 시공성 향상에 미치는 영향을 대형 토조와 수치해석을 수행하여 검토하였다. 실제도로 크기의 1/2인에 해당하는 터널을 모사하기 위한 토조를 제작하여 실험 수행하였다. 또한 MIDAS GTS를 사용하여 수치해석 분석을 통해 DSM모사 토조의 지반 거동과 비교하였다. 터널 표면 침하와 안정성을 단계별 굴착을 통해 측정하였으며, 수치해석과 비교분석하였다. 연구 결과 그라우팅을 통한 막장 안정을 지표의 침하뿐만 아니라 터널 각 부재의 응력은 모두 안정성 범위에 들어가 있었으며, 이를 통하여 DSM 공법의 기술을 개선하고 터널의 안정성 및 시공성 향상을 기대할 수 있는 기초자료를 확보하였다.

본 연구는 프리스트레스트 말뚝(prestressed wales)을 사용한 새로운 흙막이(earth retention) 시스템을 다룬다. 프리스트레스트 말뚝은 측방 토압으로 인해 발생하는 휨(bending)에 저항하는 높은 휨 강성을 제공한다. 프리스트레스트 말뚝 시스템은 말뚝(wales), 강선(steel wires), H형 강재 지지 다리(H-beam support legs), 그리고 유압 잭(hydraulic jacks)으로 구성된다. 이 시스템은 지지부 간격을 더 넓게 할 수 있으며, 기존의 시스템에 비해 경제성이 더 높다. 또한 시공 과정이 비교적 간단하며, 시스템은 우수한 성능을 나타낸다. 본 논문에서는 이 새로운 흙막이 시스템의 기본 원리, 작동 메커니즘 및 설계 절차뿐만 아니라, 장점과 한계에 대해 설명한다. 아울러 현장 적용의 성능 결과를 제시하고, 측정된 성능을 조사하여 논의한다. 이러한 결과는 프리스트레스트 말뚝을 갖는 본 새로운 흙막이 시스템이 도심 굴착(urban excavation)에서 성공적으로 수행되었음을 보여주었다.