차량방호울타리(가드레일)의 충돌저항능력

 차량방호울타리 즉, 가드레일로 주로 소개되어 있는 도로안전시설은 차량이 위험지역, 반대차선 또는 비탈면 아래로 진입하는 것을 방지하여 운전자의 생명을 보장하고 2차 사고를 예방하기 위해 도로 중앙분리대, 길어깨에 설치됩니다.

 

 

 가드레일은 크게 두 가지 요소로, 도로 진행방향으로 일렬로 늘어서 설치되는 말뚝과 그에 의해 지지되는 W-Beam (가드레일)로 구성됩니다. 가드레일에 차량이 충돌했을 때, 운전자의 상해를 최소화하며 차량을 본선구간으로 되돌려 놓기 위해서는 가드레일의 장력과 가드레일을 지지하는 말뚝의 허용하중 그리고 말뚝의 군말뚝 효과를 통해 저항하게 됩니다.

 

 

 현재 연구실에서는 지반-구조물 상호작용에 기인하는 말뚝 저항능력에 초점을 두고 있으며, 더 나아가서는 물체가 빠른 속도로 말뚝에 부딪쳤을 때, 말뚝이 파괴되는 현상을 규명하기 위해 실험과 수치해석 프로그램을 이용하여 다양한 관점에서 분석하고 있습니다.

 

 실험적인 방법으로는 주로 원심모형실험을 수행하고 있습니다. 원심모형실험은 빠른 시간 내에 높은 수준의 중력장을 형성하여 모형실험임에도 불구하고 현장의 응력상태를 구현할 수 있습니다. 또한, 다양한 계측기들을 설치하여 차량 충돌과 같은 특정 이벤트에서 말뚝에 가해지는 하중, 변형률, 변위, 가속도 등 분석에 필요한 데이터를 효과적으로 획득할 수 있습니다.

 

실험시스템 구축 및 설치	차량충돌 이벤트 모사	실험 후 말뚝 변형 형상

 

 수치해석을 이용하여 실제 물리적인 현상을 구현하고 의미있는 데이터를 얻기 위해 실험에 사용된 흙의 강도정수 (내부마찰각, 점착력) 그리고 재료특성 (단위중량, 탄성계수 등)을 입력해야 합니다. 다음과 같은 입력변수들을 획득하기 위해 연구실에서 보유하고 있는 실내시험장비들을 활용할 수 있고, 입력변수들을 프로그램에 적용하여 다양한 이벤트를 모사하고 연구에 필요한 데이터를 다량으로 획득할 수 있습니다.

 

정적하중 시뮬레이션

 

 실험과 수치해석으로 얻어진 데이터들은 생각보다 방대한 양이기 때문에 사람이 직접적으로 분석하기에는 다소 어려움이 있습니다. 우리는 방대한 데이터를 정확하고 신속하게 분석하기 위해 자료 저장 및 정리에 주로 Excel을 사용하며 Matlab, R-Studio와 같은 언어프로그램의 코딩을 통한 분석을 적극적으로 활용하고 있습니다.

 

데이터 구조 분석 : Excel	분석 자동화를 위한 코딩 1 : Matlab	분석 자동화를 위한 코딩 2 : R-Studio

 

 위의 절차를 통해 말뚝에 물체가 부딪칠 때 발생하는 하중과 수평변위, 말뚝 근입깊이에서 나타나는 휨모멘트, 토압을 분석하였고, 충격하중을 받는 말뚝의 파괴메커니즘 연구와 충돌에 저항하기 위해 요구되는 설계하중 산정 방법 개발에 활용하였습니다.