원자력 발전소 건설공기단축을 위한 모듈화 공법으로 강판콘크리트(Steel Plate-Concrete) 구조가 제안되고 있다. SC구조 벽체는 방사성 물질을 차단하기 위한 장애벽으로서, 화재시 구조적 안전성 및 연소확대방지 등의 내화성능이 요구되어진다. 내화성능의 확보는 표면강판에 내화피복을 함으로서 용이하게 달성되지만 원자력 발전설비에서는 사용성 등의 관점에서 내화피복의 생략이 요구된다.
화재시 무내화 피복 SC구조 벽체는 가열에 의한 성능변화 및 열팽창에 의한 ...
원자력 발전소 건설공기단축을 위한 모듈화 공법으로 강판콘크리트(Steel Plate-Concrete) 구조가 제안되고 있다. SC구조 벽체는 방사성 물질을 차단하기 위한 장애벽으로서, 화재시 구조적 안전성 및 연소확대방지 등의 내화성능이 요구되어진다. 내화성능의 확보는 표면강판에 내화피복을 함으로서 용이하게 달성되지만 원자력 발전설비에서는 사용성 등의 관점에서 내화피복의 생략이 요구된다.
화재시 무내화 피복 SC구조 벽체는 가열에 의한 성능변화 및 열팽창에 의한 열변형, 구성 재료간 열팽창률의 차이와 내부온도분포차이에 기인한 열응력이 발생된다. 부재 내부에서 발생되는 열응력이 균열을 일으켜 부재의 강도저하 및 과도한 열변형으로 인한 전단파괴를 발생시킬 수 있으므로 구조물의 안전성 확보에 대한 검토가 요구되어진다. 이에 본 연구는 유한요소법을 이용한 비선형 열응력 해석을 수행해 열변형과 그에 대응하는 열응력을 계산하여 SC구조 벽체의 구조적 거동을 예측하고자 한다.
해석적 접근은 열전달 해석과 열응력 해석의 연속하는 2단계로 구성되며 열전달 해석은 열전도를 통한 단면 내 온도 평가 및 비선형 열응력 해석을 위한 열하중을 제공하기 해석된다. 열응력 해석은 적용된 하중과 열전달 해석에서 결정된 열하중 하에서 재료 손상의 영향, 재료특성의 변화 그리고 구조부재의 하중능력 등 복합적인 구조적 반응을 결정한다. 범용 비선형 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS Multiphysics (version 11.0)을 사용하여 해석을 수행하였으며 화재시 실제와 유사한 SC구조 벽체의 거동을 예측하기 위하여 3차원으로 모델링하였다. 해석시 적용한 강재와 콘크리트의 열적ㆍ역학적 특성은 EUROCODE 3 Part 1-2, EUROCODE 4 Part 1-2에서 제안하는 값을 적용하였으며 화재온도는 ISO 834-1의 표준시간-가열온도 곡선을 적용하였다.
본 논문은 총 5장으로 구성되어 있으며, 각 장의 내용은 다음과 같다.
제 1장에서는 본 연구의 배경 및 목적과 연구의 범위 및 방법에 대하여 기술하였다.
제 2장에서는 SC구조 벽체의 개요에 대하여 기술하였다.
제 3장에서는 해석수행을 위한 구성 재료의 특성 및 해석모델의 형상과 해석 조건 및 해석 수단 등 해석방법에 대해 기술하였다.
제 4장에서는 비선형 열전달 해석 및 비선형 열응력 해석 결과에 대해 기술하였다.
제 5장에서는 결과를 종합하여 다음과 같이 결론을 도출하였다.
1) 180분 가열후 단면전체에 걸쳐 강재가 존재하는 D-D' 단면에서 비가열면의 온도는 70℃로 평가되었으므로 SC구조 벽체는 ISO 834-1에서 정하고 있는 조건을 만족함으로 충분한 차열성을 가지고 있음을 예측할 수 있다.
2) 설계압축강도 40%의 하중을 받는 SC구조 벽체의 화재시 구조적 안전성을 평가한 결과, ISO 834-1에서 정하고 있는 수축량 h(시험체의 높이)/100 (㎜), 변형률 3h/1000 (㎜/min)을 초과하지 않을 조건에 부합함으로 SC구조 벽체가 충분한 구조적 안전성을 가지는 것으로 예측할 수 있다.
3) 가열면에서부터 120㎜ 떨어진 지점부터 깊이별 온도는 A-A', D-D' 단면에서 400℃ 이하로 나타났으며 B-B', C-C' 단면에서 200℃ 이하로 나타났다. 따라서 120㎜에서부터는 열에 의해 상승된 온도가 낮으므로 구성 재료의 강도를 유지하는 것으로 볼 수 있다.
4) SC구조 벽체의 열변형은 가열 시작후 17분까지 가열면 부근의 열팽창에 의해 가열면 방향으로 볼록하게 변형되지만 가열시간의 증분에 따라 가열면 부근의 내력저하로 인한 편심에 의해 모멘트가 유발되어 비가열면으로 볼록하게 변형되었다.
5) SC구조 벽체 내 열응력 변화는 가열 초기 가열면 강판 및 H형강의 열팽창에 의해 가열면 부근의 열응력이 커지며 이후 지속적인 온도상승으로 인한 가열면 부근의 내력저하로 중립축이 내력손실이 적은 비가열면으로 이동함에 따라 비가열면 부근의 열응력이 커진다.
원자력 발전소 건설공기단축을 위한 모듈화 공법으로 강판콘크리트(Steel Plate-Concrete) 구조가 제안되고 있다. SC구조 벽체는 방사성 물질을 차단하기 위한 장애벽으로서, 화재시 구조적 안전성 및 연소확대방지 등의 내화성능이 요구되어진다. 내화성능의 확보는 표면강판에 내화피복을 함으로서 용이하게 달성되지만 원자력 발전설비에서는 사용성 등의 관점에서 내화피복의 생략이 요구된다.
화재시 무내화 피복 SC구조 벽체는 가열에 의한 성능변화 및 열팽창에 의한 열변형, 구성 재료간 열팽창률의 차이와 내부온도분포차이에 기인한 열응력이 발생된다. 부재 내부에서 발생되는 열응력이 균열을 일으켜 부재의 강도저하 및 과도한 열변형으로 인한 전단파괴를 발생시킬 수 있으므로 구조물의 안전성 확보에 대한 검토가 요구되어진다. 이에 본 연구는 유한요소법을 이용한 비선형 열응력 해석을 수행해 열변형과 그에 대응하는 열응력을 계산하여 SC구조 벽체의 구조적 거동을 예측하고자 한다.
해석적 접근은 열전달 해석과 열응력 해석의 연속하는 2단계로 구성되며 열전달 해석은 열전도를 통한 단면 내 온도 평가 및 비선형 열응력 해석을 위한 열하중을 제공하기 해석된다. 열응력 해석은 적용된 하중과 열전달 해석에서 결정된 열하중 하에서 재료 손상의 영향, 재료특성의 변화 그리고 구조부재의 하중능력 등 복합적인 구조적 반응을 결정한다. 범용 비선형 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS Multiphysics (version 11.0)을 사용하여 해석을 수행하였으며 화재시 실제와 유사한 SC구조 벽체의 거동을 예측하기 위하여 3차원으로 모델링하였다. 해석시 적용한 강재와 콘크리트의 열적ㆍ역학적 특성은 EUROCODE 3 Part 1-2, EUROCODE 4 Part 1-2에서 제안하는 값을 적용하였으며 화재온도는 ISO 834-1의 표준시간-가열온도 곡선을 적용하였다.
본 논문은 총 5장으로 구성되어 있으며, 각 장의 내용은 다음과 같다.
제 1장에서는 본 연구의 배경 및 목적과 연구의 범위 및 방법에 대하여 기술하였다.
제 2장에서는 SC구조 벽체의 개요에 대하여 기술하였다.
제 3장에서는 해석수행을 위한 구성 재료의 특성 및 해석모델의 형상과 해석 조건 및 해석 수단 등 해석방법에 대해 기술하였다.
제 4장에서는 비선형 열전달 해석 및 비선형 열응력 해석 결과에 대해 기술하였다.
제 5장에서는 결과를 종합하여 다음과 같이 결론을 도출하였다.
1) 180분 가열후 단면전체에 걸쳐 강재가 존재하는 D-D' 단면에서 비가열면의 온도는 70℃로 평가되었으므로 SC구조 벽체는 ISO 834-1에서 정하고 있는 조건을 만족함으로 충분한 차열성을 가지고 있음을 예측할 수 있다.
2) 설계압축강도 40%의 하중을 받는 SC구조 벽체의 화재시 구조적 안전성을 평가한 결과, ISO 834-1에서 정하고 있는 수축량 h(시험체의 높이)/100 (㎜), 변형률 3h/1000 (㎜/min)을 초과하지 않을 조건에 부합함으로 SC구조 벽체가 충분한 구조적 안전성을 가지는 것으로 예측할 수 있다.
3) 가열면에서부터 120㎜ 떨어진 지점부터 깊이별 온도는 A-A', D-D' 단면에서 400℃ 이하로 나타났으며 B-B', C-C' 단면에서 200℃ 이하로 나타났다. 따라서 120㎜에서부터는 열에 의해 상승된 온도가 낮으므로 구성 재료의 강도를 유지하는 것으로 볼 수 있다.
4) SC구조 벽체의 열변형은 가열 시작후 17분까지 가열면 부근의 열팽창에 의해 가열면 방향으로 볼록하게 변형되지만 가열시간의 증분에 따라 가열면 부근의 내력저하로 인한 편심에 의해 모멘트가 유발되어 비가열면으로 볼록하게 변형되었다.
5) SC구조 벽체 내 열응력 변화는 가열 초기 가열면 강판 및 H형강의 열팽창에 의해 가열면 부근의 열응력이 커지며 이후 지속적인 온도상승으로 인한 가열면 부근의 내력저하로 중립축이 내력손실이 적은 비가열면으로 이동함에 따라 비가열면 부근의 열응력이 커진다.
Steel Plate-Concrete structure has been recommended to modularize method for nuclear power plant reduction of construction period. SC structure wall is obstruction wall to intercept radiation shield. In case of fire, fire resistance performances are required for structural safety, prevent combustion...
Steel Plate-Concrete structure has been recommended to modularize method for nuclear power plant reduction of construction period. SC structure wall is obstruction wall to intercept radiation shield. In case of fire, fire resistance performances are required for structural safety, prevent combustion spread, and etc. Assuring fire resistance performance will facilitate to attain fire resistance covering of surface steel sheet. However, omitting of fire resistance covering is recommended for nuclear generating plan’s point of view for serviceability.
In case of fire, unprotected covering SC structure wall generates unaccountable thermal stress to performance change by heat, thermal deformation by thermal expansion, composed material’s rate of thermal expansion, and difference in internal temperature distribution. Thermal stress generates member interior cracks lowering strength of member and shear fracture by thermal deformation, which can cause shear fracture. For that case, ensure safety of structure’s study is recommended. This study will predict SC structure wall’s structural behavior, where nonlinear thermal stress applied finite element method to accomplish thermal deformation and calculated thermal stress that correspondent to it.
Analysis access is organized by Heat transfer analysis and thermal stress analysis continuance of 2nd stage. Heat transfer analysis provides heat load thru heat conduction’s section, temperature valuation, and nonlinear thermal stress analysis. Thermal stress analysis determinated applied load and from thermal transfer analysis combinational structural response. This presents effect of material damage, change of material property, and load capacity of structure member to stress. Commercial nonlinear finite element analysis ANSYS Multi-physics (version 11.0) has been used to perform. To predict SC structure’s behavior simulation of fire, 3 dimension modeling was created. Steel for exposition and concrete’s thermal and mechanical property applied EUROCODE 3 Part 1-2 and EUROCODE 4 Part 1-2’s suggested price and fire temperature is ISO 834-1 applied standard time-temperature curve.
Thesis is composed with total of five pages and contents are following.
In chapter 1, description of this study’s background, purpose, range, and method are presented.
In chapter 2, description of SC structure wall is summarized.
In chapter 3, description of component material’s property, shape of analysis model for analysis performance, condition, and means for analysis methods are presented.
In chapter 4, description of nonlinear heat transfer analysis and nonlinear thermal stress analysis’s result.
In chapter 5, results are generalized and followings are concluded.
1) After heating whole section for 180 minutes, D-D section’s unexposed surface existed of steel and average of 70℃. Therefore, adequate qualification of insulation of SC structure wall is ISO834-1 is predicted.
2) After evaluation of 40% of designed compressive strength’s load SC structure wall’s structural safety in case of fire, it was sufficient for structure safety. SC structure satisfies the coincidence of limiting axial contraction(height of specimen)/100 (mm), rate of axial contraction 3h/100 (mm) by ISO 834-1 will not exceed.
3) Point from 120mm to exposed surface’s temperature per depth is A-A', D-D' from section showed below 400℃ B-B', C-C' from section showed below 200℃. According to this, temperature arose from 120mm heat is low, so component material maintain strength.
4) If thermal deformation of SC structure wall heated for 17 minutes, thermal expansion of exposed surface vicinity will bulge. Depends on heating time exposed surface vicinity induces moment of eccentricity’s lowering of internal force and unexposed surface to bulge.
5) SC structure wall’s change of thermal stress lets initial heat exposed surface steel and H section steel to expend exposed surface vicinity. After this, due to continuance temperature increases, lowering of internal force will neutral axis and loss of internal force pass to unexposed surface. Unexposed surface vicinity’s thermal stress expands.
Steel Plate-Concrete structure has been recommended to modularize method for nuclear power plant reduction of construction period. SC structure wall is obstruction wall to intercept radiation shield. In case of fire, fire resistance performances are required for structural safety, prevent combustion spread, and etc. Assuring fire resistance performance will facilitate to attain fire resistance covering of surface steel sheet. However, omitting of fire resistance covering is recommended for nuclear generating plan’s point of view for serviceability.
In case of fire, unprotected covering SC structure wall generates unaccountable thermal stress to performance change by heat, thermal deformation by thermal expansion, composed material’s rate of thermal expansion, and difference in internal temperature distribution. Thermal stress generates member interior cracks lowering strength of member and shear fracture by thermal deformation, which can cause shear fracture. For that case, ensure safety of structure’s study is recommended. This study will predict SC structure wall’s structural behavior, where nonlinear thermal stress applied finite element method to accomplish thermal deformation and calculated thermal stress that correspondent to it.
Analysis access is organized by Heat transfer analysis and thermal stress analysis continuance of 2nd stage. Heat transfer analysis provides heat load thru heat conduction’s section, temperature valuation, and nonlinear thermal stress analysis. Thermal stress analysis determinated applied load and from thermal transfer analysis combinational structural response. This presents effect of material damage, change of material property, and load capacity of structure member to stress. Commercial nonlinear finite element analysis ANSYS Multi-physics (version 11.0) has been used to perform. To predict SC structure’s behavior simulation of fire, 3 dimension modeling was created. Steel for exposition and concrete’s thermal and mechanical property applied EUROCODE 3 Part 1-2 and EUROCODE 4 Part 1-2’s suggested price and fire temperature is ISO 834-1 applied standard time-temperature curve.
Thesis is composed with total of five pages and contents are following.
In chapter 1, description of this study’s background, purpose, range, and method are presented.
In chapter 2, description of SC structure wall is summarized.
In chapter 3, description of component material’s property, shape of analysis model for analysis performance, condition, and means for analysis methods are presented.
In chapter 4, description of nonlinear heat transfer analysis and nonlinear thermal stress analysis’s result.
In chapter 5, results are generalized and followings are concluded.
1) After heating whole section for 180 minutes, D-D section’s unexposed surface existed of steel and average of 70℃. Therefore, adequate qualification of insulation of SC structure wall is ISO834-1 is predicted.
2) After evaluation of 40% of designed compressive strength’s load SC structure wall’s structural safety in case of fire, it was sufficient for structure safety. SC structure satisfies the coincidence of limiting axial contraction(height of specimen)/100 (mm), rate of axial contraction 3h/100 (mm) by ISO 834-1 will not exceed.
3) Point from 120mm to exposed surface’s temperature per depth is A-A', D-D' from section showed below 400℃ B-B', C-C' from section showed below 200℃. According to this, temperature arose from 120mm heat is low, so component material maintain strength.
4) If thermal deformation of SC structure wall heated for 17 minutes, thermal expansion of exposed surface vicinity will bulge. Depends on heating time exposed surface vicinity induces moment of eccentricity’s lowering of internal force and unexposed surface to bulge.
5) SC structure wall’s change of thermal stress lets initial heat exposed surface steel and H section steel to expend exposed surface vicinity. After this, due to continuance temperature increases, lowering of internal force will neutral axis and loss of internal force pass to unexposed surface. Unexposed surface vicinity’s thermal stress expands.
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