축소모형실험 및 입자결합모델 해석에 의한 구조물 발파해체 거동모사 = Simulation of blasting demolition by scaled model test and particle flow analysis
저자
발행사항
서울 : 서울대학교 대학원, 2004
학위논문사항
학위논문(석사) -- 서울대학교 대학원 , 지구환경시스템공학부 , 2004
발행연도
2004
작성언어
한국어
주제어
KDC
539 판사항(4)
DDC
622 판사항(20)
발행국(도시)
서울
형태사항
vii, 85p. : 삽도 ; 26 cm.
DOI식별코드
소장기관
구조물의 발파해체 공사에 있어서 사전 해석작업은 발파해체의 실패에 따른 경제적인 손실과 발생될 수 있는 사고를 사전에 방지할 수 있다는 점에서 빠져서는 안 될 과정이다. 사전해석과정에서 가장 보편적으로 신뢰할 만한 결과를 확인할 수 있는 것이 정확하게 축소된 모형실험일 것이다. 그러나 모형실험에는 막대한 기간과 비용이 소요되며 준비 및 실험기간이 길고 정밀하게 수행되어야 하는 것 외에도 화약의 사용에 대한 법적인 절차까지 많은 어려움이 존재한다.
이를 간소화 시켜주는 작업이 수치해석을 통한 발파해체 시뮬레이션일 것이나 현재 우리나라의 발파해체 시뮬레이션에 대한 연구는 초보적인 수준이며 이의 검증도 불충분한 상태이다.
본 연구에서는 현재에는 사용이 적으나 경제성장기에 고층 구조물 시공에서 널리 사용된 철근콘크리트(reinforced concrete) 구조물을 대상으로 발파해체 축소모형실험을 수행하고 전산실험결과와 이를 비교하였다.
발파해체 공법으로 본 연구에서 파괴거동을 비교적 쉽게 확인할 수 있는 점진붕괴공법을 적용하여 사용하였으며, 축소모형실험은 Hobbs(1969)에 의한 축소율의 개념에 따라 차원해석을 실시하여 축소된 강도특성을 계산하였다.
사용재료로는 석고, 모래, 물의 혼합액을 콘크리트의 대용으로 사용하였다. 모래와 석고의 중량 비를 다양하게 변화시키면서 이에 따른 강도의 변화를 측정하고 최적의 강도 값을 갖는 배합 비를 결정하여 사용하였다. 또한 연성을 가지고 있으며 축소강도로 비교할 때 철근과 유사한 특성을 지니는 땜용 납선을 철근대용 재료로 사용하였다. 축소률은 작업의 편의를 위해 1/10 scale을 사용하였으며, 발파해체의 거동에서 변형계수보다는 강도의 개념이 중시되므로 강도의 물성을 맞추는데 주안점을 두었다.
수치해석 프로그램으로는 요소의 파괴거동을 육안으로 확인할 수 있는 개별요소법(DEM, Distinct Element Method)에 의해 수행되는 상용코드인 PFC2D (Particle Flow Code 2-Dimention)을 사용하였다.
모형의 제작은 실내에서 미리 양생된 부재들을 현장으로 옮겨 연결 부 만을 타설하여 일체화 시키는 방법으로 구조물을 축조하였다. 먼저 3차원 무근 콘크리트 라멘 구조의 모형을 설계하고 그 축소모형을 현장에서 축조하여 발파해체 거동을 촬영하였다. 이를 수치적인 해석과 비교하는 과정을 통해 2차원 해석이라는 한계성은 존재하지만 대체로 유사한 형태의 거동을 보임을 알 수 있었다.
수치해석의 결과와 RC보의 실내 굴곡실험결과를 근거로 하여 RC모형의 발파해체 사전해석을 실시하였다. 시차는 200 ms로 하여 점진적으로 붕괴되도록 설계하였다. 모형실험의 2차원 해석이라는 한계에도 불구하고 900 ms 까지는 수치적인 해석결과와 거의 동일한 거동을 보이며 붕괴되었다.
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