구조물의 화재손상 분석을 위한 유한요소법에 의한 연구 = A study of fire damage analysis of structure by Finite Element Method
저자
발행기관
학술지명
한국농공학회 학술대회초록집(Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference)
권호사항
발행연도
2009
작성언어
Korean
자료형태
학술저널
수록면
85-85(1쪽)
제공처
최근 미국의 국제무역센터의 화재에 의한 붕괴, 대구지하철 참사 등 일련의 사건사고 등은 토목 기술자들에게 구조물의 화재에 의한 안정도 및 거동특성에 대한 관심을 증대시켰다. 이런 화재로 인해 많은 인명손실과 막대한 경제적 손실이 발생하고 있다. 특히, 지하공간에서의 화재는 폐쇄된 공간특성상 많은 인명 및 경제적 피해를 야기하는 대형 참사로 이어진 경우가 많기 때문에 유럽을 중심으로 국제적인 기술적 관심사로 인식되고 있다. 지하구조물의 화재는 지상에서의 화재와 달리 급격하게 온도가 상승하는 특성을 가진다.
화재로 손상을 입은 구조물의 안정성 평가에는 반드시 작용하중, 즉 화재에 의한 구조물의 열특성에 대한 해석이 필요하다. 그러나, 화재는 짧은 시간에 큰 변화를 유발시키는 하중일 뿐 아니라, 콘크리트 및 철근 등 재료의 역학적 성능이 온도에 의해 변화되는 등 매우 비선형적인 특징을 가지고 있다. 이와 같은 매우 특별한 화재해석은 국내에 생소한 분야이며 보수 및 상태평가를 위한 기준도 미비한 상태이다.
화재시 구조물의 화재손상을 모델링하는 방법에 대한 조사결과, 다음과 같은 점을 주목할 수 있었다. 먼저 시간의존적인 유한요소해석에서 화재와 같은 원인에 의해 단면손실이 발생될 경우, 시간변화에 따라서 단면손실된 부분에 대하여 새로운 경계조건을 적용하는 방법이 필요하다. 현재 사용되고 있는 화재손상 모델링방법은 단면손실을 고려할 수 없기 때문에 실제 화재에 의해 발생하는 구조물내부의 온도분포와 상이한 결과를 얻을 수 있다.
그리고, 기존의 열해석에서는 열경계조건으로 온도경계조건을 많이 사용하고 있었다. 온도경계 조건은 CFD(Computational Fluid Dynamics)해석을 통해서 얻어진 구조물의 표면온도를 입력하여야 한다. 그러나 CFD해석에서 구조물의 표면온도를 산정하기위해 사용하는 구조물 표면의 대류계수는 아직 온도별 기준이 없는 실정이다.
따라서 화재시 지하구조물 거동에 대한 수치해석을 수행할 경우 실제 현상에 더 가까운 결과를 얻으려면 콘크리트의 단면손실과 단면손실 배면 콘크리트의 역학적 특성저하를 고려하여 열전달해석을 수행하여야 한다.
따라선 본 연구에서는 유한요소법을 이용한 화재를 모사하고 위와 같은 점을 고려하여 지하구조물의 열전달해석을 위한 요소제거모델 기법을 제안하고자 한다. 더불어 화재로 인한 모델링의 변형을 모사한 모델링의 Mesh reshaping 기법을 제안하고자 한다. 끝으로 CFD를 이용한 터널의 화재해석 결과를 요소제거기법 및 Mesh reshaping 기법을 이용하여 검토 및 고찰 하도록 한다.
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