최근 우리나라에서는 기후변화에 의한 집중호우와 국지성 폭우 및 결빙 등으로 토석류의 발생이 증가 하고 있어 이에 대한 대책으로써 여러 종류의 방호시설들이 설치되고 있다. 이들의 토석류 방호시설을 설 치하기 위해서는 이들의 성능에 대한 적정한 평가가 필요하다. 일반적인 구조물은 하중의 크기와 형태가 정해져 있어 설계하중을 산정하여 구조물 단면 설계에 반영 할 수 있다. 그러나 토석류 방호시설과 같은 충돌형태의 외력에 저항하는 구조물은 토석류의 흐름을 정적 하중으로 변환하기가 어렵다. 이에 토석류 방호시설의 성능평가는 충돌현상을 에너지보존 개념으로 접근 하여 충돌에너지 < 내적 변형에너지 조건이 만족하는지를 평가하고 있다. 따라서 토석류 방호시설의 성능 평가를 위해서는 토석류의 충돌에너지와 토석류 방호시설의 내적 변형에너지에 대한 보다 편리하고 정밀 한 평가가 필요하다. 본 연구는 코일스프링이 압축작용을 일으키도록 개발되어 스프링의 피로하중에 대한 영향이 없고 스프 링이 큰 변형을 일으켜 충돌 시 변형 시간 지연으로 보다 향상된 충격에너지 흡수효과를 얻을 수 있도록 개발된 압축코일 스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설에 대해 실물 충돌실험과 해석 및 이들의 비교 분석을 실시하여 성능을 평가하고 보다 편리하고 안전한 성능 평가방법을 제안하는 것이다. 이번 수직낙하 실험에 의한 실물 충돌실험 결과와 충격에너지로부터 정적 구조해석에 사용할 하중을 에너지 보존의 법칙인 충격에너지 = 정역학적에너지로 산정하고 케이블은 기하학적 비선형성을 고려한 유한요소로, 스프링도 유한요소의 연속성을 위해 케이블로 모델링하여 FEM해석한 내용을 상호 비교 분 석한 결과, 이들의 결과가 잘 일치하였으며 방호시설의 충돌에너지 흡수능력 평가 시, 와이어로프의 항복 응력을 기준으로 성능을 분석하면 편리하고 안전하게 평가할 수 있음을 알 수 있었다.

충돌형태의 하중을 가지는 토석류는 큰 에너지를 가지는 하중이 충격을 통해 짧은 시간에 갑작스럽게 작용하여 구조물이 쉽게 파괴에 이르게 한다. 완충형 토석류 방호시설은 유연적 구조를 사용하여 구조물 이 충돌하는 토석류에 보다 긴 시간에 걸쳐 저항하도록 함으로써 저항성능을 높이는 형태의 구조물을 말 한다. 이러한 완충형 토석류 방호시설은 크게 내력을 지지하는 부분과 유연성을 담당하는 부분으로 나누 어지며, 압축스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설은 내력을 지지하는 부분을 두께가 두꺼운 와이어로 프로 구성하고 유연성을 담당하는 부분은 와이어로프에 압축스프링을 사용하여 유연성을 크게 증가시킨 새로운 형태의 방호시설을 말한다. 최근 집중호우와 국지성 폭우 등으로 인해 토석류 발생 빈도가 증가하고 있다. 이에 대한 방지책으로 많은 종류의 방호시설물들이 개발되고 설치되고 있으나 아직까지 이러한 산사태 방호시설물들에 대한 명 확한 설계방법이 제시되어있지 않다. 그 이유는 토석류의 토사유출량이나 운동에너지를 명확하게 정의하 는 것은 복잡한 과정을 거쳐야 하며, 어렵게 이를 정의하였다 하더라도 구조물 설계에 어떻게 적용시키는 가에 대한 방법적 문제가 존재하기 때문이다. 본 연구에서는 토석류의 토사유출량 산정을 프로그램화하여 단순화 시켰으며, 산정된 토사유출량을 사 용하여 개발된 압축스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설의 단면 형상과 단면 크기 설정 방법을 제시 한다. 먼저, 토석류의 토사유출량 산정을 프로그램화하기 위해 많이 사용되는 토사유출량 산정방법인 RUSLE방법을 사용하였다. 이를 프로그램화하기 위해 개념도를 파악하였으며 Excel의 script언어인 VBA 를 사용하여 구현하였다. 또한, 토석류가 발생하는 산악지형의 계곡형상은 단면형상이 주로 사다리꼴 형 태를 가지게 된다. 단면이 삼각형이나 사다리꼴 형태인 일반적인 토석류 방호시설의 저항단면크기는 시설 물의 높이를 결정하는 것이 핵심이다. 기존의 방법은 구조물의 높이를 산정하기 위해 평균폭을 가정하여 사용하였으나 이는 정확한 방법이 될 수 없다. 따라서 본 연구에서는 측정 가능한 하단의 폭과 앞서 산정 된 토석류의 양을 기반으로 정확한 구조물의 높이를 산정하는 방법을 제안하였다.

Numerical scheme of predicting large deflection of RC column structures is discussed by developing the algorithm of equivalent lateral loading system based on theorem of virtual work.