1. 서 론
2. 고강도 포획망 펀칭시험
3. 고강도 포획망 펀칭시험
3.1 고강도 포획망 펀칭시험 방법
3.2 고강도 포획망 펀칭시험 재료
4. 고강도 포획망 펀칭시험 결과 및 비교·분석
4.1 일반 PVC 코팅망 시험 결과
4.2 고강도 선재(선경 3.2mm, 1,000MPa) 펀칭시험
4.3 고강도 선재(선경 2.8mm, 2,000MPa) 펀칭시험
4.4 각 포획망 별 하중-변위 그래프
5. 결 론
1. 서 론
국내 기후 변화로 인하여 옹벽 붕괴, 토석류, 낙석 등의 문제가 증가하고 있다. 특히 낙석방지망 공법은 낙석대책시설의 50% 이상을 차지하고 있으며, 기존에 사용되는 낙석방지망은 심선 직경 3.2mm, 인장강도 290~540Mpa급의 강선을 사용하고 있다. 하지만 기존 낙석방지망의 성능은 매우 낮아 낙석과 표층 유실 등이 발생할 경우 하중을 버티지 못하고 찢어지는 경우가 생긴다. 따라서 본 연구에서는 심선 직경 2.8~3.2mm, 인장강도 1,000~2,000Mpa의 고강도 포획망을 개발하여 기존에 사용되는 PVC 망과 펀칭시험을 통해 하중-변위 곡선을 파악하여 비교·분석하였다.
기존의 낙석방지망에 관한 연구로는 Expanded Metal 특성을 고려하여 Cheon & Lee(2009)는 낙석방지망 인발시험장치를 이용하여 하중-변위 곡선을 분석하였고, 기존 PVC 코팅망과 Expanded Metal에 대해 동일한 조건하에 인발시험을 실시하여 Expanded Metal 특성을 연구하였다. 실험결과 Expanded Metal은 일반 PVC 망 대비 하중지지능력이 우수하고 기존의 낙석방지망 대체 재료로서 충분히 가능한 것으로 판단된다고 하였다. 북미에서 많이 사용되고 있는 TECCO® 중 융각형 와이어 메시로 이루어진 케이블을 이용하여 시험을 실시하였다(Washington State Transportation Commission, 2005).
2. 고강도 포획망 펀칭시험
국내의 포획망 펀칭시험에 대한 기준은 존재하지 않는다. 그렇기 때문에 국제 기준인 Steel wire rope net panels and rolls-Definitions and specifications(ISO 17746:2016)에는 steel wire ring panel과 steel wire rope net panel, roll에 대한 펀칭시험 사항을 규정하고 있다(Fig. 1). 고강도 선재 포획망의 펀칭시험 시 고강도선재 포획망 시편은 3.0 × 3.0m ±20%의 크기로 철재 프레임에 고정하고 지름 1.0m 이상의 device를 활용하여 시험할 것을 규정하고 있다. 시험은 반구경을 이용하여 포획망 표본에 수직으로 힘을 가하는 것으로 구성되어 있다. 하중공유장치(유압)는 포획망의 중앙지점에 위치 해야 하며 표면은 모서리가 없이 매끄러워야 하고 콘크리트나 강철과 같은 내구성을 가지는 재료 또한 속도는 10mm/s 이하로 진행해야 한다고 규정되어 있다.
이에 대한 시험 측정 방법으로는 하중을 가하기 전에 포획망을 구속하고 평면인 상태에서 측정을 하게 된다. 시험하는 동안에는 하중은 계속 가해져야 하며, 기준면을 중심으로 Load Cell과 유압실린더가 이동해야 한다. 이러한 데이터 측정을 통하여 하중-변위 곡선을 작성해야 한다. 만약 시험 중 포획망이 파손될 시 도달하는 하중을 최대 값으로 하며, 시험에 사용한 포획망 제품별로 측정된 하중-변위 곡선을 작성해야 한다.
시험 결과의 경우 다음과 같은 정보를 포함하여 제공해야 되며, 포획망에 대한 정확한 설명이 작성되어야 한다.
➀ 시험편에 대한 공칭 치수 및 시험 조건에 대한 실제 치수
➁ 시험 중 사용되는 계측기 센서들에 대한 설명
➂ 사진 등 시험편 구속 조건에 대한 상세 설명
➃ 측정이 진행될 시 시작 및 최대 처짐이 도달하였을 때 하중
➄ 실제 시험편(포획망)의 파손 하중 및 변위
➅ 하중-변위 곡선 작성
➆ 시험 전·후에 대한 시험편 사진 기록
3. 고강도 포획망 펀칭시험
본 시험은 ISO 17746: 2016을 대상으로 간편하게 시험이 가능하며 정량적인 시험데이터(변위량에 따른 하중)을 시험하여, 시험결과의 비교·분석이 가능하며 그래프를 통해 기존의 PVC 망과 개발된 고강도 포획망의 차이를 비교·분석하고자 한다.
3.1 고강도 포획망 펀칭시험 방법
H-Beam을 거치대로 사용하며, 유압실린더, Load Cell, 줄 변위계, 계측 장비 등으로 시험을 실시한다(Fig. 2, 3).
➀ 포획망의 변위 측정을 위해 낙석볼 아래에 줄 변위계를 설치
➁ 로드셀 연결
➂ 가로 3,000mm × 세로 3,000mm로 제작된 PVC 망과 선재강도 1,000MPa, 2,000MPa을 고정
➃ 유압 실린더와 작용하중 측정을 위해 Load Cell을 I형 볼트로 연결
➄ 철재 낙석볼과 체결
➅ 기존 PVC 망과 선재강도 1,000MPa, 2,000MPa에 대한 극한하중과 최대 변위를 측정한 후 비교·분석
➆ 시험 전·후에 대한 시험편 사진 기록
시험체로 이용된 개발기술인 선재강도 1,000MPa, 2,000MPa에 대하여 시험을 하였으며, 와이어로프 체결 후 3회씩 시험을 하였다. 또한, 현재 사용되고 있는 일반 PVC 코팅망의 성능을 평가하기 위하여 PVC 코팅망도 동일한 방법으로 시험을 실시하였다.
3.2 고강도 포획망 펀칭시험 재료
고강도 포획망 펀칭시험 재료로 사용된 망의 제원은 다음과 같으며, 자세한 사항은 Table 1과 같다.
Table 1.
Comparison of rockfall net
➀ PVC 코팅망 제원: ∅3.2, PVC#50 × 50
➁ 고강도 1,000MPa 제원: ∅3.2, 고강도(1,000MPa)#50 × 50
➂ 고강도 2,000MPa 제원: ∅2.8, 고강도(2,000MPa)#50 × 50
4. 고강도 포획망 펀칭시험 결과 및 비교·분석
4.1 일반 PVC 코팅망 시험 결과
일반 PVC 망의 선재 강도는 약 290~540MPa이며, 선경 지름은 3.2mm, 망눈의 마름모형은 50 × 50mm 인 PVC 코팅망을 선택하여 펀칭시험을 실시하였다(Fig. 4).
➀ 일반 PVC 코팅망 1차 시험 결과: 인발력은 약 2.13ton. 최대 변위는 1,188mm
➁ 일반 PVC 코팅망 2차 시험 결과: 인발력은 약 1.93ton. 최대 변위는 1,196mm
➂ 일반 PVC 코팅망 3차 시험 결과: 인발력은 약 1.92ton. 최대 변위는 1,160mm
➃ 일반 PVC 코팅망 평균 시험 결과: 인발력은 약 1.99ton. 최대 변위는 1,181mm
4.2 고강도 선재(선경 3.2mm, 1,000MPa) 펀칭시험
고강도 선경 3.2mm, 선재강도 1,000MPa, 망눈의 마름모형은 50 × 50mm 인 고강도 선재 펀칭시험 결과는 다음과 같다(Fig. 5).
➀ 고강도 선재(선경 3.2mm, 1,000MPa) 1차 시험 결과: 인발력은 약 3.92ton. 최대 변위는 1,218mm
➁ 고강도 선재(선경 3.2mm, 1,000MPa) 2차 시험 결과: 인발력은 약 3.84ton. 최대 변위는 1,185mm
➂ 고강도 선재(선경 3.2mm, 1,000MPa) 3차 시험 결과: 인발력은 약 3.57ton. 최대 변위는 1,177mm
➃ 고강도 선재(선경 3.2mm, 1,000MPa) 평균 시험 결과: 인발력은 약 3.77ton. 최대 변위는 1,193mm
4.3 고강도 선재(선경 2.8mm, 2,000MPa) 펀칭시험
고강도 선경 2.8mm, 선재강도 2,000MPa, 망눈의 마름모형은 50 × 50mm 인 고강도 선재 펀칭시험 결과는 다음과 같다(Fig. 6).
➀ 고강도 선재(선경 2.8mm, 2,000MPa) 1차 시험 결과: 인발력은 약 5.92ton. 최대 변위는 1,189mm
➁ 고강도 선재(선경 2.8mm, 2,000MPa) 2차 시험 결과: 인발력은 약 5.58ton. 최대 변위는 1,203mm
➂ 고강도 선재(선경 2.8mm, 2,000MPa) 3차 시험 결과: 인발력은 약 6.23ton. 최대 변위는 1,196mm
➃ 고강도 선재(선경 2.8mm, 2,000MPa) 평균 시험 결과: 인발력은 약 5.91ton. 최대 변위는 1,196mm
4.4 각 포획망 별 하중-변위 그래프
일반 PVC 코팅망과 고강도 포획망(1,000MPa, 2,000MPa)을 비교·분석한 결과, 유압실린더의 한계로 변위의 차이는 거의 없었으나 최대 인발력은 1,000MPa의 경우 약 198.96% 증가한 것을 나타내었고, 2,000MPa의 고강도 선재는 약 324.47% 증가한 것을 나타내었다(Fig. 7, Table 2).
Table 2.
Comparison of punching test results
5. 결 론
본 연구에서는 고강도 포획망 개발을 위해 일반 PVC 코팅망과 고강도 포획망(1,000MPa, 2,000MPa)의 펀칭시험에 따른 인발력을 비교·분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
(1) 본 시험에서는 데이터로거를 이용하여 고강도 포획망 개발을 위해 펀칭시험을 실시하였으며, 하중-변위 곡선을 분석 결과, 최대 인발력이 324.47%(고강도 선재 2,000MPa) 증가하였다.
(2) PVC 코팅망에 대한 시험 결과, 인발력은 약 1.92~2.13ton이 발생하였으며, 변위는 약 1,160~1,196mm를 나타내었으며, 고강도 선재 1,000MPa은 인발력 약 3.57~3.92ton으로 변위는 약 1,177~1,218mm를 나타냈다. 마지막으로 고강도 선재 2,000MPa의 인발력은 약 5.58~6.23ton으로 변위는 1,189~1,203mm로 나타났다.
(3) 일반 PVC 코팅망 선재 290~540MPa과 고강도 선재 1,000MPa을 비교 분석한 결과 변위의 차이는 거의 없었으나 인발력의 경우 최대 198.96%가 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 고강도 선재 2,000MPa를 비교·분석한 결과 변위의 차이는 거의 없었으나 인발력의 경우 최대 324.47%가 증가하는 것으로 나타났다.
(4) 이러한 시험 결과를 바탕으로 기존 PVC 코팅망의 재료 특성보다 고강도 포획망의 재료 특성이 뛰어난 것을 확인할 수 있었으며, 현장 시공 시 높은 강도를 활용하여 부속재료를 줄여 시공하게 되면 시공성 및 비용을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
