벨로우즈 신축이음관은 구조적 특성으로 인해 큰 변위 용량을 갖으며 과도한 상대변위에 의한 매립 배관 시스템의 손상을 저감시키기 위해 연결부로써 사용된다. 벨로우즈 신축이음관의 내진성능 평가를 위한 연구에서 한계상태는 변형률을 적용하였지만 변형률 기반 한계상태는 벨로우즈 신축이음관의 큰 변위용량을 고려할 수 없다. 또한 벨로우즈 신축이음관의 성능평가와 한계상태 분석을 위한 해석적 및 실험적 연구는 수행된 사례가 극히 적다. 따라서 본 연구는 단조 및 반복하중을 받는 벨로우즈 신축이 음관의 해석적 연구를 통해 벨로우즈 신축이음관의 한계상태를 분석하였다. 결과적으로 단조하중 보다 반복하중을 받는 벨로우즈 신축이음관은 더 낮은 변위에서 누출이 발생하였다. 반복하중으로 인한 피 로 및 라체팅 현상으로 인해 단조하중 보다 낮은 변위의 성능을 갖는 것으로 보여진다. 따라서 반복하 중에서 관측된 변위응답을 기반으로 벨로우즈 신축이음관의 내진성능 평가를 수행하는 것이 보수적일 것으로 판단된다.

우리나라에서 공용중인 시설물은 총 172,111개로 집계되고 있으며, 그 중 교량은 34,199개로 사회 기반시설 중 가장 많은 비중을 차지한다. 이러한 교량은 공용하중, 온도, 습도 등에 의해 거더간 신축 량이 발생하게 되고 신축량 발생으로 인한 유간거리에 대해 차량의 통행 안정성 및 주행성 확보를 위 한 신축이음장치를 설치하게 된다. 신축이음장치를 설치하여 차량의 통행 안정성 및 주행성을 확보할 수 있지만 누수 및 퇴적물 낙하 등을 직접적으로 방지하지 못하여 고무지수재를 별도로 설치하게 된 다. 하지만 이러한 고무지수재는 다양한 원인에 의해 쉽게 손상이 발생한다. 손상된 고무지수재를 통 해 거더의 부식, 교량하부 인명사고 등 다양한 2차 피해가 발생할 수 있다. 피해방지를 위한 교량의 유지관리를 지속적으로 수행하고 있지만 고무지수재 특성상 지속적인 교체가 불가피한 실정이다. 따라 서 본 연구에서는 기존 신축이음장치에 활용되는 고무지수재의 문제점을 해결하기 위하여 초탄성 형 상기억합금을 활용한 새로운 지수재 개발 연구를 수행하였다. 이에 대해 초탄성 형상기억합금 지수재 와 고무지수재에 대한 유한요소해석을 수행하고 비교 및 분석하였으며, 하중 제거 후 원형으로 복원되 는 효과를 통해 지속 사용 가능한 지수재 연구를 검증하였다.

Bellows expansion joints enhance the displacement performance of piping systems owing to their unique geometrical features. However, structural uncertainties such as wall thinning in convolutions, a byproduct of the manufacturing process, can impair their structural integrity. This study addresses such issues by conducting a global sensitivity analysis to assess the impact of these uncertainties on the performance of bellows expansion joints under monotonic loading. Global sensitivity analysis, which examines main and nth order interaction effects, is computationally expensive. To mitigate this, we employed a surrogate model-based approach using an artificial neural network. This model demonstrated robust prediction capabilities, as evidenced by metrics such as the coefficient of determination. The sensitivity indices of the main effect for the 2-ply and 3-ply bellows at the sixth convolution were 0.3340 and 0.3233, respectively. The sensitivity index of the sixth convolution was larger than that of other convolutions because the maximum deformation of the bellows expansion joint under monotonic bending load occurs around it. Interestingly, the sensitivity index for the interaction effect was negligible (0.01%) compared to the main effect, suggesting minimal activity between uncertainty factors across convolutions. Notably, bellows expansion joints under repetitive loading exhibit more complex behaviors, with the initial leakage typically occurring at the convolution. Therefore, future studies should focus on the structural uncertainties of bellows expansion joints under cyclic loading and employ a surrogate model for comprehensive global sensitivity analysis.

PURPOSES : With the recent enactment of the 「Framework Act on Sustainable Infrastructure Management」 in Korea, the establishment of mid- to long-term management plans for social infrastructure and the feasibility evaluation of maintenance projects have become mandatory. To this end, the life cycle cost analysis is essential. However, owing to the absence of a deterioration model, trials and errors are in progress. METHODS : In this study, a deterioration model was established for bridges, which are the representative social infrastructures of roads, particularly for expansion joints that can cause enormous damage to not only the superstructure but also the substructure. The deterioration model was classified into rubber and steel, based on the material of the expansion joint. The analysis used the inspection and climate data conducted in Korea over the last 12 years. The Bayesian Markov Hazard model was applied as the analysis technique. RESULTS : The average life expectancy by type of expansion joint was analyzed to be 8.9 and 6.6 years for rubber and steel, respectively. For probabilistic life cycle cost analysis, the probability distribution of the life expectancy, validity range by confidence level, and Markov transition probability matrix were presented. CONCLUSIONS : In this study, the basis for deterministic and probabilistic life cycle cost analysis of expansion joints was laid. In future studies, it will be necessary to establish a standardized deterioration model for all types of infrastructure, including all bridge elements.

대표적인 비구조요소인 배관의 지진에 의한 손상은 관성력과 두 지지점 사이의 위상차에 의해 작용하는 반복하중 그 리고 허용변형량을 초과하는 상대변위 등에 의해 발생할 수 있다. 특히 주요 손상모드는 큰 반복하중에 의한 저주기피로임이 많은 실험적 연구를 통하여 알려졌다. 따라서 과도한 지진변위에 의한 배관의 손상을 방지하기 위하여 지진상대변위가 발생할 수 있는 위치에 지진분리이음 또는 지진분리장치의 적용이 요구된다. 신축관이음 중 하나인 벨로우즈는 지진분리이음으로 적용 할 수 있다. 본 논문에서는 3ply 금속 벨로우즈 신축관이음의 온도차에 의한 내진성능의 변화를 분석하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 상온환경에서 점진증폭 반복하중재하실험을 수행하였으며, -20°C의 저온조건에서 동일한 실험을 수행하고 그 결과 를 비교하였다. 실험 결과로부터, -20°C의 저온환경에서 금속벨로우즈의 변위성능은 약 10% 저하될 수 있음을 확인하였다.

국내에서 공용중인 교량은 33,177개로 사회기반시설 중 가장 많은 비중을 차지한다. 이러한 교량은 공용하중, 온도, 습도 등에 의해 거더에 신축량이 발생하게 되고, 거더간 유간거리에 대한 안정성을 확보하기 위해 신축이음장치를 설치한다. 신 축이음장치에는 교량의 누수 및 퇴적물 낙하 등을 방지하기 위해 고무지수재를 설치하는 것이 일반적이다. 하지만 이러한 고무 지수재는 다양한 원인에 의해 쉽게 손상이 발생하게 된다. 손상된 고무지수재를 통해 거더의 부식, 교량하부 인명사고 등 다양 한 2차 피해가 발생할 수 있다. 이러한 피해를 예방하기 위해 교량의 유지관리를 수행하고 있지만 고무지수재 특성상 지속적인 교체는 불가피한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 신축이음장치에 활용되는 고무지수재의 문제점을 해결하기 위하여 초탄 성 형상기억합금을 활용한 새로운 지수재 개발 연구를 수행하였다. 초탄성 형상기억합금 지수재에 대한 유한요소해석을 수행 및 분석하였으며, 복원 효과를 통해 지속 사용 가능한 지수재 연구를 검증하였다.

배관시스템은 대표적인 사회기반시설이다. 지진으로 인한 배관 손상은 심각한 피해를 초래할 수 있으므로 배관시스 템은 지진으로부터 반드시 보호되어야 할 필요가 있다. 지진은 설계기준을 초과하는 상대변위를 동반할 수 있다. 이러한 지진의 거동은 배관 이음부에 손상을 줄 수 있다. 배관시스템에서 과도한 변형이 발생할 수 있는 위치에 지진분리이음을 적용하면 내 진성능을 향상시킬 수 있다. 적층형 금속 벨로우즈는 지진과 같은 저주기 피로 하중에 대한 내구성이 우수하다. 따라서 다중 적층 형 금속 벨로우즈는 파이프의 면진 이음새로 사용할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 지진분리이음의 하나인 다중 적 층형 금속 벨로우즈에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 2종류의 다중 적층형 벨로우즈 신축관이음에 대하여 단조하중 및 반복 하중재하시험을 수행하고 손상모드와 한계상태를 추정하였다. 그리고 단조재하시험과 반복재하시험의 결과를 비교 분석하였다.

상⋅하수도 관로 시설은 대표적인 국가기반 시설물로서 국민생활에 있어서 매우 중요한 라이프 라인이다. 지진으로 인한 관로시설의 손상은 급수의 차단을 유발하여 심각한 피해를 초래할 가능성이 매우 크다. 그러므로 상⋅하수도 관로 시설은 지진으로부터 반듯이 안전하게 보호되어야 할 필요가 있다. 지진 및 지반침하로 인한 설계변위를 초과하는 상대변위는 구조물과 연결되는 배관의 이음부에서 손상을 발생시킨다. 벨로우즈형 신축이음관은 온도차에 의한 배관의 팽창 및 변형을 흡수하고 기계진동에 의한 배관의 손상을 막기 위한 장치이다. 본 연구에서는 매설된 상⋅하수도 관로를 보호하고자 지진변위와 지반침하 대응을 목적으로 벨로우즈를 적용하였다. 적층형 하이드로포밍 메탈 벨로우즈는 기존의 벨로우즈와 달리 지진과 같은 저주 기피로하중에 대한 내구성이 우수하다. 따라서 3ply 벨로우즈형 신축이음관을 대상으로 반복가력 굽힘시험을 수행하고 지진안전성과 내침하성능을 평가하였다. 그 결과, 3ply 벨로우즈형 신축이음관은 8.8°이상의 횡방향 변형각에 대응할 수 있는 것으로 나타났다.

배관 시스템은 다양한 산업영역에서 액체 및 기체로 이루어진 에너지를 수송을 담당하는 중요한 비구조요소로 지진과 같은 외부하중에 의해 손상될 경우 누수로 인한 홍수 및 가연성 가스 누출로 인한 화재 등의 2차피해가 발생할 수 있다. 배관 시스템은 구조물 내부에 설치되는 경우도 있으며 지반에 매립되어 설치되는 경우도 있다. 지반에 매립될 경우 지진으로 인한 과도한 상대변위에 의해 연결부의 손상을 초래할 수 있어 종종 벨로우즈 신축이음관을 적용하여 이러한 피해를 저감시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 벨로우즈 신축이음관의 반복가력 실험을 기반으로 유한요소 모델을 구축 하여 내진성능을 검토하였다. 반복가력실험은 ±28mm 변위에서 최대 ±123.4mm까지 증가시켜 변위제어를 통해 수행되었으며 추가적으로 유한요소 모델의 신뢰성을 높이기 위해 벨로우즈 배관에 사용된 재료인 STS304의 재료 인장실험을 수행하여 탄성계수 및 항복응력을 결정하였다. 에너지 소산량과 등가 점성 감쇠를 비교하여 개발된 모델의 타당성을 검토하였으며 적용되는 변위가 커짐에 따라 최대 10% 미만의 오차가 발생하여 실험 및 해석결과가 잘 일치하는 것으로 나타났다.

Pipe for water supply is one of the important parts that supply water to home, factory and so on. Water leakage in pipe for water supply due to deterioration, ground sinking and earthquake leads to enormous economical loss. Therefore, pipe for water supply should be designed to satisfy the requirement of, for instance, structural stability and fatigue durability. The purpose of this study was to investigate the fatigue durability of flexible joint for relaxing the impact due to earthquake and ground sinking. For this purpose, flexible joint was simulated using dynamic characteristics and fatigue life. As the results, the problem of fatigue durability may occur when flexible joint and pipe for water supply are treated as rigid body in simulation. Thus it means that the role of packing in flexible joint is very important and packing should be designed as optimal conditions that are considered fatigue durability as well as waterproof.

The pipe for water supply is essential part among SOC (Social Overhead Capital) fields. Pipe for water supply is mainly damaged by deterioration of pipe, earthquake, ground sinking and so on. The leakage of water have been led to enormous economical loss in our country. The purpose of this study was to investigate the structural stability of flexible joint for relaxing impact due to earthquake and ground sinking. For this purpose, flexible joint was simulated using tensile load and internal pressure. As the results, flexible joint for structural stability was needed the tensile load of below 3 ton and internal pressure of below 60 kgf/cm2. However, it is considered that real flexible joint should be applied more high safety factor than that of simulation result because of combined stress.

슬라이딩 궤도는 콘크리트 궤도와 교량 바닥판 사이에 저마찰 슬라이드층을 두어 레일신축이음장치와 같은 특수 장치를 적용하지 않고도 궤도-교량 상호작용 효과를 효과적으로 저감시킬 수 있는 새로운 궤도 시스템으로 개발되고 있다. 이 논문에서는 장경간 교량에 슬라이딩 궤도와 레일신축이음장치를 각각 적용한 경우에 대하여 궤도-교량 상호작용해석을 수행하고 그 결과를 비교 검토하였다. 대상교량은 상호작용 효과를 극대화하기 위하여 9경간 연속 PSC교와 2경간 연속 강합성교를 포함하며, 총 연장 1,205m, 최대 고정지점간 거리 825m인 장경간 교량을 선정하였다. 해석결과 슬라이딩 궤도는 레일신축이음장치를 적용한 경우보다 레일 부가 축력이 더 작은 것은 물론, 지점부에 재하되는 수평 반력 또한 작게 나타나 궤도-교량 상호작용 저감 효과가 뛰어난 것으로 확인되었다. 반면 슬라이딩 궤도는 온도하중에 의해 높은 슬래브 축력이 발생되므로, 궤도 설계 시 슬래브 축력에 대한 단면 설계에 주의를 기울일 필요가 있다.

This study investigates construction practices for expansion joint using fiber net. After completion of underpass construction of concrete action by the ambient temperature, vehicle vibration and cyclic load due to cracking of asphalt layer expansion joint can penetrate broken asphalt and concrete pavement rapidly destroy the pavement.

국내 대부분을 차지하고 있는 노출형 신축이음장치는 주행 시 소음과 충격을 발생시켜 주행성을 떨어뜨리며, 많은 유지관리비가 소요되고 있다. 이에 미국과 유럽 등에서 적용되었던 매설형 신축이음장치인 Asphalt Plug Joint(APJ) 시스템을 기본으로 하부 구조를 개량한, 새로운 매설형 신축이음장치 Buried Folding Lattice Joint(BFLJ) 시스템이 제안되었다. 본 연구에서는 실험을 통해 매설형 신축이음장치의 상부포장 혼합물에 따른 내구성 및 신축 특성을 비교하였으며, 포장가속시험을 통해 실제 차량 하중에 대한 BFLJ 시스템의 내구성을 평가하였다. 실험결과 개발된 BFLJ 시스템은 기존 APJ 시스템에 비해 신축성능이 우수하며 접합부에서의 응력 집중을 완화시켰다. 또한 차량 하중에 의한 BFLJ 시스템의 표면 처짐이 크게 발생하지 않았으며, 신축이음장치 내의 하부 구조의 손상이 없었던 점에서 기존 APJ 시스템의 문제점을 극복하고 조기파손을 예방할 수 있을 것이라 판단되었다.