국내 낙석 방지시설 관리지침(국토해양부, 2008a)에는 48~61kJ에 상응하는 낙석방지울타리의 와이어 로프와 지주에 대한 규격이 제시되어 있으나, 제시된 규격이 상응하는 흡수가능에너지와 어떤 상관관계가 있는지 근거가 불명확한 실정이다. 국내 규격 기준의 국도용 낙석방지울타리(국토해양부, 2008b)와 고속 도로용 낙석방지울타리(국토해양부, 2008b)는 50 kJ 정도의 낙석에너지를 방호할 수 있는 것으로 보고되 어 있는데 객관적이고 합리적인 성능평가 방법을 사용해서 얻은 결론인지 근거가 명확하지 않다. 따라서 낙석방지울타리의 성능을 객관적이고 합리적으로 평가할 수 있는 유럽기준(EOTA, 2008)을 준용한 시험 방법과 평가기준을 이용하여 국내 규격기준 낙석방지울타리의 성능을 평가하고자 하였다. 아래와 같은 실 물충돌시험과 LS-DYNA 프로그램을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 시험을 수행하였다. 국내 고속 도로용 낙석방호울타리는 50kJ의 낙석충돌에너지를 방호할 수 있는 것으로 평가되었으며 간격 유지대를 200mm 연장할 필요가 있는 것으로 파악되었다.

국내 차량방호울타리 성능시험조건과 도로설치조건이 달라 대형교통사고 유발 등의 문제점이 야기되고 있어 2012년 11월에 도로안전시설 설치 및 관리 지침(국토교통부, 2012)이 개정되었다. 성능시험조건이 기존 평지부에서 성토부로 변경되었고 성토부에 설치되는 연성 차량방호울타리는 지주의 수평지지력(현장지지력)이 측정되어야하며 그 값이 실물충돌시험장에서 확인된 수평지지력의 90% 이상이 되도록 하고 있다. 따라서 현장 지주지지력이 시험장 지주지지력의 90% 보다 작은 경우에는 지주의 매입깊이 증대나 다른 보강방안을 적용하여 90% 이상이 되도록 하여야 한다. 본 연구에서는 SMART Highway N등급(지 침 SB3-B)과 H1등급(지침 SB5-B) 지주의 성토부 수평지지력이 평지부의 90% 이상이 나타나게 하는 지주 보강방안을 결정하고자 하였다. 그림 1과 같은 다양한 지주 보강방안에 대하여 지주 수평지지력 시험을 수행하였고 다양한 보강방안에 대한 지주 횡방향 힘-변위 관계가 그림 2에 나타나있다. 흙의 저항체적을 증가시키는 그림 1(b)와 Bracing을 설치하는 그림 1(c)와 같은 보강방안이 시험장 지주지지력의 90% 이상이 되게 하는 보강방안으로 조사되었다.

PURPOSES : The impact performance of flexible barrier system such as structural response, vehicular motion and occupant safety vary depending on the impact point. Thus, to properly evaluate the performance of a flexible barrier system, impact should be made to a point which will lead to the worst possible results. This point is called the Critical Impact Point (CIP). This paper presents the way to determine the CIP for a SB2 class flexible barrier system which is consisted of Thrie-Beam rail and circular hollow tube post of 2m span. METHODS: Barrier VII simulations were made for impact points; Case 1 at a post, Case 2 at 1/3 span downstream from a post, Case 3 at middle of the span, Case 4 at 2/3 span downstream from a post. For the structural performance (deflections), impact simulation of 8000kg-65km/h-15degree was used, and for vehicle motion and occupant safety, simulation of 1300kg-80km/h-20degree impact was made and analysed. RESULTS: Case 1 gave the largest dynamic deflection of 75.72cm and also gave the largest snag value of 44.3cm. Occupant safety and exit angle of the vehicle after the impact were not sensitive to the impact point and were all below the allowable limit. CONCLUSIONS : For the SB2 class flexible barrier system's CIP can be regarded as a post which is sufficiently away from the end of Length of Need in order to avoid the end-effect of the barrier system. It can be more economic in the long run because the normal concrete pavement material is likely to cost more due to higher probability of maintenance and repair and higher social cost due to traffic accident, etc.

차선을 벗어난 승용차가 기초에 강결된 표지판 지주에 충돌할 경우 차량이 받는 충격과 변형은 탑승자의 안전을 위협하게 되므로 분리지주를 쓰는 것이 일반적이다. 국도에서 1200mm×1200mm의 단일노선표지에 사용되는 직경 101.6mm, 두께 4.0mm의 강관지주가 기초에 강결되었을 때와 Clip형 분리장치를 갖는 경우에 대한 820kg-50kg-정면 충돌 시 차량과 지주의 거동을 LS-DYNA 시뮬레이션을 통하여 비교 분석하였다. 분리식 지주 충돌 시뮬레이션 결과는 동일한 조건의 충돌실험 결과와 비교하여 신뢰도를 높였다. 강결된 원형지주에 대한 충돌 시뮬레이션 결과 탑승자 안전지수(THIV, PHD)와 차량의 변위가 탑승자의 안전을 위협하는 수준으로 나타났으나 Clip형 분리장치를 갖는 지주에 대한 충돌 시뮬레이션 결과 충돌 시 지주의 분리로 감속도가 현저히 줄어들어 안전한 것으로 확인되었다.

기초에 강결되어 도로변에 노출된 각종 지주는 정면충돌 뿐 아니라 측면충돌에 특히 위험하다. 클립형 단부분리장치를 갖는 지주는 정면충돌에 효과적이고 다방향으로 분리가 가능하기 때문에 측면충돌에도 효과적이다. 본 논문은 강결된 지주의 측면충돌에 대한 위험성을 보이고 클립형 단부분리장치를 갖는 지주의 충격완화 효과를 보이기 위하여 측면충돌실험을 실시하고 그 결과를 분석 정리한 것이다. 이를 위하여 미국의 NCHRP Report 350을 기반으로 측면충돌의 기준을 제시하고 D101.6mm(t=4.2mm)의 지주가 강결된 경우와 클립형 단부분리장치로 연결된 경우에 대하여 820kg의 소형차로 충돌속도 50km/h의 측면충돌실험을 실시하였고 단부장치의 저속분리가 가능한가를 35km/h의 측면충돌실험으로 확인하였다. 강결지주는 차량의 과다한 변형 및 전복, 안전지수 측면에서 측면충돌에 치명적이지만 클립형 단부분리장치로 기초에 연결된 경우 충돌피해를 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.

충격흡수시설의 충돌거동은 보통 0.4초 미만의 짧은 순간에 일어나므로 삼차원의 매우 복잡한 거동을 수치적으로 계산한다는 것은 쉽지 않다. 따라서 새로운 충격흡수시설을 개발할 때 특별한 설계단계를 거치지 않고 실물차량 충돌시험에만 의존하고 있는 실정이다. 충돌시험에서 탑승자 안전도를 평가하기 위해서 계측기를 통해 가속도와 각속도를 추출하여 계산하고 있으며 고속카메라를 이용해 차량과 충격흡수시설의 충돌거동을 촬영한다. 하지만 고속카메라 영상의 활용범위는 제한적으로 사용되고 있으며, 탑승자 안전도 분석이나 충격흡수시설의 에너지소산 메커니즘을 분석하기위해 활용된 사례가 없다. 본 연구에서는 계측기로부터 획득한 데이타와 고속카메라 영상분석을 통해 추출된 데이타를 비교해 적합성 여부를 판단하고 탑승자 안전도 해석이나 충돌거동을 분석 에 활용할 수 있는 방안을 모색하였다.

도로변에는 다양한 부정형의 구조물들이 방호되지 않은 채 노출되어 있어서 통행차량에 큰 위험요소가 되고 있다. 이러한 부정형 구조물을 효과적으로 방호하는 수단으로 구조물 앞에 에너지흡수형 모듈을 적층구조로 쌓는 방법이 있다. 본 논문은 EPS블록으로 구성된 모듈타입의 충격흡수장치를 차량과 충격흡수장치간의 에너지 평형원리를 이용하여 해석하는 방법을 소개하고 0.9ton-500km/h, 0.9ton-60km/h and 0.9ton-70km/h의 충돌조건에 대한 수치 예제로 설명하였다. 이 방법은 최대가속도, 충돌변형에 걸리는 시간 모든 모듈에 대한 변형이 완료되기 전에 차량의 완전한 정지여부 등에 대한 예측을 가능하게 하지만, 모듈 수만큼의 매우 듬성듬성한 속도 및 가속도 데이터를 주기 때문에 RA와 OIV같은 안전지수를 구하기 위해서는 보간법을 이용한 데이터 수의 확대가 필요하다. 선형 및 스플라인 보간법을 이용하여 안전도를 분석하고 결과를 비교 분석하였다.

형상이 일정하지 않은 구조에 충돌하는 차량의 탑승자 안전을 확보하기 위해서 그 구조물의 앞에 공간이 허용하는 한도의 깊이만큼 충격을 흡수하는 재료로 만든 모듈을 쌓아두는 방법을 생각할 수 있다. 충격흡수모듈로 사용되기 위해서는 재료가 충분한 에너지 흡수능력을 가져야 하고 동시에 탑승자의 안전을 확보할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 에너지 흡수능력과 더불어 탑승자의 안전을 보장하기 위하여 충격흡수재료가 가져야 할 조건을 설명하고 auard-Guard 시스템 모듈, 샌드백, 재활용 타이어, 지오컨테이너, 지오셀 그리고 EPS 블록에 대한 정적압축실험을 실시하여 그 결과를 분석하였다. 이로부터 30kg/m3의 밀도를 갖는 EPS 블록이 쿠션모듈로 사용되기 적합한 재료임을 보였다. 한편 시속 35.6km/h까지의 충돌조건으로 Drop Test를 실시하여 EPS블록의 정적특성과 동적특성간 큰 차이가 없음을 보여 주었으며 쿠션모듈로서의 성질을 개선시키기 위한 방안으로 EPS 블록에 공극을 두는 방안을 제안하고 공극이 있는 EPS블록에 대하여 Drop Test를 실시하여 EPS 블록을 이용한 충격흡수시설의 설계에 필요한 재료적 특성치를 제시하였다.

차량방호 안전시설에 대한 성능의 검증은 충돌시험의 가속도와 각속도 데이터를 사용하여 산정한 탑승자 안전지수를 평가하여 이루어진다. 탑승자 안전지수로는 THIV(Theoretical Head Impact Velocity), PHD(Post-impact Head Deceleration), ASI(Acceleration Severity Index), OIV(Occupant Impact Velocity)와 ORA(Occupant Ridedown Acceleration)가 있다. 탑승자 안전지수 계산에 상이한 데이터 처리과정과 수치절차의 적용이 가능하기 때문에 동일한 시험 데이터에 대하여 다양한 탑승자 안전지수값이 결정될 수 있어서 혼란이 초래되고 있는 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 상세절차와 데이터 처리과정이 탑승자 안전지수에 미치는 영향을 조사하였다. 지침에 제시된 계측시간간격을 사용하여 차량충돌시험이 수행된다면 보간법과 수치적분방법은 THIV와 OIV 값에 영향을 크게 미치지 않았다. 그리고 PHD에 대한 10msec 이동평균방법과 데이터 처리과정의 영점보정은 탑승자 안전지수에 상당한 영향을 미치기 때문에 이에 관한 구체적인 방법이 지침에 규정되어야 한다.

원형 혹은 H형 단면의 표지판지주에 소형차가 충돌할 때 차량 및 지주의 거동을 확인하기 위하여 Barrier VII 프로그램을 이용한 시뮬레이션을 실시하였다. 이 프로그램은 연성 베리어에 충돌하는 차량의 운동과 베리어의 변위를 해석하는 프로그램이나, 지주를 수평 빔 요소로 하고 각 노드에 강성을 조절한 기둥 요소로 연결함으로써 소형지주에 대한 충돌해석이 가능함을 보였다. 0.9ton 소형차가 기초와 강결된 파이프형태의 소형 지주에 30km/h, 60km/h, 70km/h 110km/h의 속도로 충돌하는 경우, 0.9ton 소형차와 1.35ton 중형차가 기초에 강결된 H형 단면 지주에 110km/h의 속도로 충돌하는 경우, 그리고 0.9ton 소형차가 분리되는(slip base) 형태로 기초에 연결된 파이프형태의 소형 지주에 110km/h의 속도로 충돌하는 경우 등 총 7가지 경우에 대한 시뮬레이션을 실시하여 지주의 변형과 충돌차량의 거동을 분석하였다. 시뮬레이션을 통하여 고속충돌 시 기초에 강결 된 원형지주의 경우 과다한 휨 변형으로 표지판과 차량 전면부와의 충돌위험성이 있고 H형 지주와 같이 비교적 큰 표지판용 지주는 소형차 충돌 시 지주의 변형은 거의 없고 차량에 가해지는 충격력, 지주가 과다하게 차체 안으로 침투할 위험성이 크다는 사실과 breakaway 장치로 단부처리를 하는 경우 위험이 줄어들 수 있음을 확인하였다.

본 연구는 국도및 고속도로상에 설치되어 있는 철제 오성방호책인 가아드레일의 동력학적 거동분석을 4개의 설계변수, 즉 보와 지주의 단면형상 충돌시의 차량속도, 충돌각도 및 차량중량에 따라 BARRIER VII프로그램을 사용하여 수행하였다. 컴퓨터 모의해석 프로그램인 BARRIER VII은 비교적 정교한 것으로 실제의 실물충돌시험 결과와 근접한 결과를 보여줄 뿐 아니라 경제적인 이유로 차량과 방호책의 상호작용을 해석하는데 실물충동시험 대신에 많이 사용된다. 본 연구의 주된 관심은 구조적 적합성, 탑승자 위험도와 차량의 궤적이라 할 수 있다. 이 목적을 위해 최대처짐 및 최대충격력이 계신되어 안전노변대 설계와 충격완화 효과를 분석하는데 사용된다. 본 연구의 결과로부터 도로상의 대형참사를 예방하기 위해서는 가아드레일의 설계기순을 보다 강화할 필요가 있다고 판단된다.

지반위에 얹혀진 구형평판을 에너지 방볍으로 해석하는 방법에 대한 일반적인 전개이다. 본 논렌에서는 기 본적 으로 지표연과 평판사이의 접촉응력을 가정한 다음 Boussinesque 의 식을 적분하여 지표면 혹은 평판의 처짐을 구하는 방볍을 시도하였다. 임의의 차수를 갖는 다항식과 Chebychev 다항식으로 접촉웅랙을 가정할 때 Boussinesque 의 식을 적 분하는 방법을 서술하고 그 결과뜰 에너지번에 이용 하는 파정을 설명 히였다. 해석 결과 임의차수를 갖는 다항식 을 접촉웅력 함수로 적당하지 않고. Chebychev 다항식이 합당한 것으로 나타났 으나 평판 Boundary 의 Stress Singularity를 고려한 함수를 선택 하면 훨씬 효과 적일 것으로 판단되었다.