낙석방지울타리의 부재별 에너지 흡수능력에 대한 유한요소해석 연구

A Study on Finite Element Analysis for Energy Absorption Ability of Each Member of Rockfall Protection Fence

국내에서는 낙석붕괴의 위험이 있는 절개사면에 대하여 적절한 낙석방지시설을 설치하도록 하고 있다. 국내의 경우, 낙석방지 울타리는 50 kJ의 낙석에너지를 흡수할 수 있도록 설계한다. 낙석방지 울타리의 에너지 흡수 능력에 대한 검증은 주로 실물 낙하 실험을 통하여 이루어진다. 하지만, 실물 낙하 실험은 많은 비용과 노력이 소요되는 단점이 있다. 또한, 실물 낙하 실험에서는 낙석방지 울타리를 구성하고 있는 부재별 에너지 흡수 능력을 측정하기는 매우 어렵다. 실물 낙하 실험의 대안으로 유한요소해석을 사용할 수 있다. 본 연구에서는 낙석방지울타리에 대한 실물낙하실험을 대체할 수 있는 유한요소해석모델을 개발하고 검증하였다. 검증방법으로는 실물낙하 실험결과와 유한요소해석결과를 비교하였다. 이 후 낙석 충돌위치를 변화시키면서 낙석방지울타리의 총운동에너지 소산에 걸리는 시간, 최대 변위 그리고 부재별 에너지 흡수능력을 평가하였다.

A rockfall protection facility is usually installed on steep cut slopes to minimize the damage from unexpected falling rocks. In Korea, such rockfall protection fence is designed to have an energy absorption ability of 50 kJ. In order to verify the energy absorption ability of the fence, a real scale drop test can be used. A real scale drop test is the most reliable method to evaluate the energy absorption ability of the fence. However, the real scale drop test is expensive and requires a lot of effort. Moreover, it is hard to evaluate the energy absorption ability of each member of the fence. Alternatively, finite element analysis can be used to evaluate the performance of the fence. In this study, the finite element model is first developed and verified. The finite element analysis results were compared with those from real scale drop test for verification. Then, a series of parametric studies was conducted by varying rockfall locations to evaluate the time it takes for total kinetic energy to dissipate, the maximum displacement, and the contribution of each member of the fence to energy absorption ability.