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중력식 콘크리트 댐에 작용하는 양압력이 응력확대계수에 미치는 영향
An Effect of Uplift Pressure Applied to Concrete Gravity Dam on the Stress Intensity Factor 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.16 no.6, 2004년, pp.841 - 850  

이영호 (부산대학교 토목공학과) ,  장희석 (부경대학교 건설공학부) ,  김태완 (부산대학교 토목공학과) ,  진치섭 (부산대학교 토목공학과)

초록
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전 세계적으로 많은 수의 크고 작은 댐이 사용되고 있으나, 콘크리트 댐의 안전성 평가에 있어서 댐 내에 필연적으로 존재하는 균열을 함께 고려한 실질적 해석은 아직 미진한 실정이다. 따라서 향후 건설될 댐에 대해서는 설계 단계에서부터 이러한 파괴역학적 해석이 뒷받침되어야 댐의 안전성 확보에 매우 유리하다고 볼 수 있다. 특히 댐 제체와 지반이 접하는 경계면은 많은 균열 발생이 예상되는 영역으로써 이 균열 사이에 작용하는 양압력의 모델링은 중력식 콘크리트 댐 해석시 매우 중요한 요소이다. 즉, 콘크리트 댐의 균열 안정성 평가는 정확한 양압력의 모델링이 선행되어야 올바른 예측이 가능하다. 댐에 있어서 양압력의 취급은 단지 댐 체제 안정성 평가를 위한 전형적인 수계산 방법으로 널리 사용되고 있으나, 양압력에 대한 유한요소 모델링 방법은 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 중력식 콘크리트 댐과 지반이 접하는 부분에 발생된 균열에 양압력이 작용할 경우, 선형탄성파괴역학의 관점에서 접근하여 양압력이 응력확대계수에 미치는 영향을 비교 분석하였다. 양압력의 분포형상은 현재 등분포로 가정한 간략해석법으로 수행되고 있으나 최근의 연구 결과에 의하면 양압력 분포형상이 균열면에 따라 변화함을 보이고 있어, 본 연구에서는 수압의 형태를 등분포 형상 외에 삼각형 분포, 제형분포 및 포물선 분포 형상에 대해서도 각각 고려하여 각 분포형상별 응력확대계수를 평가하였다. 응력확대계수의 계산은 일반 8절점 등매개변수요소를 사용한 표면적분법을 사용하였으며, 자중의 영향 및 월류 수압의 영향도 함께 고려하여 해석 결과를 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The modeling of uplift pressure within dam, on the foundation on which it was constructed, and on the interface between the dam and foundation is a critical aspect in the analysis of concrete gravity dams, i.e. crack stability in concrete dam can correctly be predicted when uplift pressures are accu...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 균열면 및 비균열면에 작용하는 양압력이 응력확대계수에 미치는 영향을 알아보기 위해, 균열면에서의 5가지 서로 다른 양압력 분포형상 (A - Type) 과 균열면 및 비균열면에 작용하는 양압력 분포형상 (B - Type) 3 가지를 각각 고려하여 해석을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 중력식 콘크리트 댐과 지반이 접하는 부분에 발생된 균열에 양압력이 작용할 경우, 선형탄성파괴역학의 관점에서 접근하여 양압력이 응력확대계수에 미치는 영향을 비교 · 분석하였다. 양압력의 분포형상은 현재 등분포로 가정한 간략 해석법으로 수행되고 있으나 최근의 연구 결과에 의하면 양압력 분포형상이 균열면에 따라 변화함을 보이고 있어, 본 연구에서는 수압의 형태를 등분포 형상 외에 삼각형 분포, 제형분포 및 포물선 분포 형상에 대해서도 각각 고려하여 각 분포형상별 응력 확대 계수를 평가하였다.

가설 설정

  • 댐에 작용하는 양압력 분포형상의 기존 모델링 방법은 균열면 내에서는 등분포로 가정하고 비균열면에서는 선형변화하는 것으로 가정하였다. 그러나 최근의 균열면에 작용하는 수압분포에 관한 연구 결과7)에 의하면 균열면에서의 수압 분포형상은 균열 시작점에서 임계 균열열림변위(critical crack opening displacement) CODwo 까지는 수압이 등분포 형상을 나타내나, 그 이후로는 균열 열림변위 및 수압강도의 함수형으로 표현되는 곡선형태로 점차 감소하다가 균열선단에서는 수압이 0 이 됨을 보였다 (Fig.
  • 본 연구에서는 중력식 콘크리트 댐에 작용하는 자중(SW), 상부면 수압(FR), 월류수압(0T) 및 양압력(UP)의 분포형상에 따른 파괴역학적 거동을 파악하기 위해 Fig. 4와 같이 높이 (H) 31.6m, 기초 폭 (B) 24.4m의 댐 구조물을 선정하여 수치해석을 하였다 초기 균열은 하중의 영향을 가장 크게 받을 것으로 예상되는 지점인 댐과 기초가 접하는 경계면에 발생된 것으로 가정하였으며, A - Type, B-Type의 각 양압력이 작용할 경우, 균열길이의 증가에 따른 응력확대계수를 계산하였다.
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참고문헌 (10)

  1. Resher, O. J, 'lmportance of Cracking in Concrete Dams,' Engineering Fracture Mechanics, Vol.35, 1990, pp.503-524 

  2. Linsbauer, H. N., Ingraffea, A R, Rossmanith, H. P., and Wawryzynek, P. A, 'Simulation of Cracking in Large Arch Dam : Part I,' Journal of Structural Engineering, Vol.115, No.7, 1989, pp.1599-1615 

  3. Linsbauer, H. N., Ingraffea, A R, Rossmanith, H. P, and Wawryzynek, P. A, 'Simulation of Cracking in Large Arch Dam : Part II,' Journal of Structural l Engineering, Vol.115, No.7, 1989, pp.1616-11630 

  4. Plizzari, G. A 'LEFM Application to Concrete Gravity Dams,' Journal of Engineering Mechaniccs, Vol.123, No.8, 1997, pp.808-815 

  5. Dewey, R R, Reich, R. W., and Saouma, V. E., 'Uplift Modeling for Fracture Mechanics Analysis of Concrete Dams,' Journal of Structural Division, Vol.120, No.10, 1994, pp.3025-3044 

  6. Plizzari, G. A 'On The Influence of Uplift Pressure in Concrete Gravity Dams,' Journal of Engineering Fracture Mechanics, Vol.59, No.3, 1998, pp.253-267 

  7. Briuhwiler, E. and Saouma, V. E. 'Water Fracture Interaction in Concrete - Part II : Hydrostatic Pressure in Cracks,' ACI Material Journal, Vol.93, No.4, 1915, pp.383-390 

  8. Jin, C. S., Jang, H. S and Choi, H. T., 'The Calculation of Stress Intensity Factors by the Surface Integral Method,' Structural Engineering and Mechanics, Vol.3, No.6, 1995, pp.541-554 

  9. 진치섭, 최현태, 이홍주, '균열면 압력을 고려한 응력 확대계수의 결정에 관한 연구', 콘크리트학회 논문집, 7권, 3호, 1995, pp.175-186 

  10. 장희석, '균열면에 수압을 받는 중력식 콘크리트 댐의 파괴거동에 관한 연구', 전산구조공학회 논문집, 9권, 4호, 1996, pp.189-198 

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