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내부구속에 의한 수화열 균열의 개선된 평가 방법
An Advanced Assessment Strategy of Thermal Cracks Induced by Hydration Heat and Internal Restraint 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.18 no.5, 2006년, pp.677 - 685  

전세진 (대우건설기술연구원) ,  최명성 (대우건설기술연구원) ,  김영진 (대우건설기술연구원)

초록

수화열 균열 저감 기법 중 내부구속이 지배적인 구조물에서 단면의 내외부 온도차를 관리하는 방식은 그 활용도가 매우 높다. 그러나 현 국내 기준의 내외부 온도차와 온도균열지수 관계식은 균열 발생 가능성을 과대평가하는 경향이 있다. 본 연구에서는 그러한 평가식이 유도된 배경을 단계별로 추적하여 타당성을 검증해 보았으며, 그 결과 재령에 따른 탄성계수의 변동성이 고려되지 않은 단순한 재료모델을 사용한 경우에 해당됨을 밝혔다. 개선된 재료모델로 증분형태 구성방정식인 hypoelastic 모델을 사용한 결과 온도균열지수가 기존 식보다 증가되었으며, 그 증가량은 다양한 조건들에 의존하는 것으로 나타났다. 본 연구의 분석 결과와 해외사례를 참조하여 평가식의 개선된 형태를 고찰하였으며 또한 평가시 필요한 내외부 온도차를 시공 조건들의 영향을 고려하여 용이하게 추정할 수 있는 식도 제안하였다. 추후 해석 및 실험 자료가 축적되면 구조물과 배합의 주요 특징들을 반영하여 평가식을 세분화하는 것도 바람직하다고 생각된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Control of the temperature difference across a section is an effective strategy to minimize the hydration-heat-induced cracks for the structures where internal restraint is dominant. The domestic code, however, overestimates probability of the crack occurrence judging from the foreign codes and cons...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 3의 왼쪽과오른쪽 면에 대류조건을 주었으며 나머지 면에는 대류가발생하지 않는다고 보았다. 1.33 m의 두께방향으로는 8 개 요소로 잘게 나누어 온도 및 응력의 두께방향 분포를 비교적 정확히 구하고자 하였다. 그 외의 해석조건들은 Table 1과 같으며 주로 콘크리트표준시방서, 의 값을참조하였다.
  • 따라서, 본 연구에서는 그러한 평가식이 유도되게 된배경을 단계별로 추적하여 타당성을 검증해 보았다. 그결과 기존 식은 초기 재령에서 탄성계수의 급격한 변동성이 고려되지 않은 단순한 재료모델을 사용한 경우에해당되며, 개선된 콘크리트 구성방정식을 사용할 경우 온도균열지수가 증가되어 좀 더 실제 사례에 부합하는 값을 산출함을 보였다.
  • 따라서, 본 연구에서는 용이하게 획득이 가능한 외기온도 측정을 통해 표면온도 측정을 대체할 수 있는 기법을 제안하고자 한다.
  • 본 연구는 이 중에서 내부구속이 지배적인 구조물의수화열 평가시 적용될 수 있는 단면 내외부 온도차에 의한 온도균열지수 평가식이 유도된 배경을 단계별로 추적하여 그 타당성을 검증하고, 분석 결과에 근거하여 좀더 합리적으로 개선된 식을 제안해 보고자 한다. 채택되는 재료모델 즉, 구성방정식에 따라 평가식이 차이를 보일 수 있음을 부각하였으며, 이때 기타 국내외의 설계기준들이나 구조물 실시공 사례들과의 일관성도 고려하였다.
  • 5 / 扳, ~ 30/ 纳 수준으로 조정되는 것이 타당한 것으로 생각된다. 연구의전형적인 예제에서 hypoelastic 모델을 사용한 이론적인정밀계산 결과도 이를 뒷받침하고 있다.
  • 한편, 평가시 필요한 단면 내외부 온도차를 해석이 아닌 수식을 통해서 좀 더 용이하게 추정할 수 있는식도 제안하였다. 이론적 유도 과정과 더불어 전산구조해석 또는 실험치와의 비교를 통해 신뢰성을 확보하고자하였다.
  • 형태에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다. 이를 바탕으로 좀 더 합리적인 식 형태를 제안해 보았다.
  • 기존 해외사례 및 본 연구의 이론적 유도, 유한요소해석 및 실구조물의 계측을 통한 분석 결과를 참조하여 합리적인 온도균열지수 수준에 대하여 논의하였다. 한편, 본 연구에서는 평가시 필요한 내외부 온도차를 다양한 양생조건이나 외기온도가 반영된 수식을 통해좀 더 용이하게 추정할 수 있는 절차도 제안하였다.

가설 설정

  • 존치된다고 보았다. 거푸집의 종류는 강재 거푸집 및 합판 거푸집의 2가지를 고려해 보았고, 상부슬래브의 상면에는 거푸집을 설치하지 않으므로 콘크리트면 또는 양생포 양생을 가정하였다. 이처럼 실제 벽체및 상부슬래브 시공시 발생할 수 있는 다양한 양생조건들을 고려하여 해석하고 이를 본 연구의 내외부 온도차예즉식과 비교한 결과는 Table 2와 같다.
  • 여러가지 경우를 포괄하기 위해 Fig. 1 에서 두께 4의 콘크리트 단면 양쪽 표면의 대류계수가서로 다른 경우를 가정하였으며, Aax가 발생하는 위치를 Z축 원 점 으로 잡았고, 7;는 외 기온도, 4는 표면온도를 의미한다. 이때 온도분포식을 유도해보면 다음과 같다.
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참고문헌 (15)

  1. Lykke, S., Skotting, E., and Kjaer, D., 'Prediction and Control of Early-Age Cracking: Experiences from the Oresund Tunnel', Concrete International, Vol.22, No.9, Sep. 2000, pp.61-65 

  2. Gimsing, N. J. and Iversen, C., The Tunnel, The aresund Technical Publication, Oresundsbro Konsortiet, 2001, pp.175-176 

  3. 日本マスユンクリト工學協會, 'マスユンクリトのひびわれ制御地針', 日本マスユンクリト工學協會, 1986, pp.51-82 

  4. Daewoo E & C, Busan-Geoje Fixed Link(Tunnels and Ramps): Technical Specifications for Concrete Structures, Daewoo E & C, 2005, pp.71-73 

  5. 한국콘크리트학회, 콘크리트표준시방서 한국콘크리트학회, 2003, pp.257-287 

  6. Suzuki, N., lisaka, T., Shiramura, S., and Sugiyama, A., 'Establishment of a New Crack Prevention Method for Dams by RCD Methad', Thermal Cracking in Concrete at Early Ages, Springenschmid, R., Eds., E & FN Spon. London. UK. 1994. pp.457-464 

  7. American Concrete Institute, ACI 207.2R-95: Effect of Restraint, Volume Change, and Reinforcement on Cracking of Mass Concrete, ACI, 1995 

  8. Incropera. F. P. and DeWitt. D. P.. Introduction to Heat Transfer. 4th Ed.. John Wiley & Sons. New York. 2002. pp.61-64 

  9. 전세진. 정철헌, .진병무, 'LNG 저장탱크의 개선된 온도 해석 모델', 대한토목학회논문집, 제23권 6A호, 2003, pp.1087-1094 

  10. Chen, W. F. and Saleeb, A. F., Constitutive Equations for Engineering Materials, Volume 1: Elasticity and Modeling, John Wiley & Sons, New York, 1982, pp.147-148, 158pp 

  11. American Concrete Institute, ACI 207.4R-05: Cooling and Insulating Systems for Mass Concrete, ACI, 2005, 4pp 

  12. 전세진, '범용구조해석 프로그램의 수화열응력 산정기법연구', 한국콘크리트학회 가을학술발표회 논문집, 한국콘크리트학회, 14권 2호, 2002, pp.789-794 

  13. ABAQUS/Standard 6.3 - User's Manual, Hibbitt, Karlsson & Sorensen, USA, 2002 

  14. Ayotte, E., Massicotte, B., Houde, J. and Gocevski V., 'Modeling the Thermal Stresses at Early Ages in a Concrete Monolith', ACI Material Journal, Vol.94, No.6, Nov.-Dec. 1997, pp.577-587 

  15. 橫田季彦, '沈埋製作時における溫度ひび割れ對策について', 日本國土開發技術硏究報告, No.13, 1994, pp.113-126 

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