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.
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.
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...
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 construction experiences of real structures. Therefore, the background of the equation presented in the domestic code was investigated step by step to examine validity of the equation, and, as a result, it was found that the equation is established on a basis of simple elastic model where the change of elastic modulus in an early age is not considered. An advanced assessment strategy was proposed taking into account the hypoelastic model which corresponds to an incremental constitutive equation. The presented procedure resulted in an increased crack index, i.e. decreased crack risk, the value of which depends on various conditions of the mix and structures. Also, a prediction equation of the temperature difference was proposed which can readily consider the effect of the curing condition and ambient temperature in a hand calculation. For further study, the assessment equation may be more classified to strictly consider the characteristics of the mix and structures if the analytical and experimental data are accumulated.
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 construction experiences of real structures. Therefore, the background of the equation presented in the domestic code was investigated step by step to examine validity of the equation, and, as a result, it was found that the equation is established on a basis of simple elastic model where the change of elastic modulus in an early age is not considered. An advanced assessment strategy was proposed taking into account the hypoelastic model which corresponds to an incremental constitutive equation. The presented procedure resulted in an increased crack index, i.e. decreased crack risk, the value of which depends on various conditions of the mix and structures. Also, a prediction equation of the temperature difference was proposed which can readily consider the effect of the curing condition and ambient temperature in a hand calculation. For further study, the assessment equation may be more classified to strictly consider the characteristics of the mix and structures if the analytical and experimental data are accumulated.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
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. 본 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.
제안 방법
Fig. 1의 예제에서 양쪽 면이 강재 거푸집인 경우, 또는 유사한 대류계수 조건을 가진 경우에 대하여 표면의응력을 산출하되 탄성 모델, hypoelastic 모델로 각각 산출하여 비교해 보았다. 최대온도는 타설 후 50시간 경과시 도달하며, ABAQUS의 *ELASTIC 옵션으로 탄성 모델을 구현했을 때 이 시점에서의 표면 응력은 유한요소해석에 의할 때 1.
Fig. 4와 같은 대상구조물의 주요 부위에 thermocouple 을 설치하여 온도를 계측하고 본 연구의 이론식이나 거동 예측모델과 비교해 보았다. 표면부의 계측기는 가능하면 표면에서 10mm 깊이를 유지하도록 조치하였다.
이러한 결과에 근거하여 기존의 온도균열지수 산정식 형태를 개선할 것을 제안하였으며, 엄밀히 말해 그 형태는 배합의 발열특성, 부재 치수, 양생조건, 최대온도 발생 시점, 경화 특성 등에 의존하여 차이가 있다. 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.
단계별 유도를 통해 식(1)과 같은 내외부 온도차와 온도균열지수의 관계식이 산출되는지 고찰하였으며, 초기재령에서 탄성계수의 발현 양상에 대한 엄밀한 모델링이식 형태에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다. 이를 바탕으로 좀 더 합리적인 식 형태를 제안해 보았다.
조절하는 것이 유력한 한 방법이 된다. 본 연구에서 도출된 식 (6) 및 (7)을 사용하여 양생조건이나외기온도, 타설온도 변화에 따른 영향을 추정해보고 유한요소해석을 통해 그 타당성을 검증하였다.
0 W/(m2-℃)) 와 유사한 보온성을 보유한 것으로 나타났다. 상부 및하부슬래브 상면은 타설 후 어느정도 경화된 후 바로 양생포를 덮어 양생을 실시하였다. 따라서, 모든 구조물 면에 대하여 소정의 보온 양생이 실시된 것으로 볼 수 있으며, 이는 내외부 온도차 저감을 위하여 취해진 조치이다.
이처럼 외부구속 응력의 경우에는 시방서의 간이식이 타당하다 생각되나 내부구속 응력의 경우에는 수정이 필요하다고 판단되어 다음과 같이 개선된 재료모델을 적용하여 식을 재구성하여 보았다.
채택되는 재료모델 즉, 구성방정식에 따라 평가식이 차이를 보일 수 있음을 부각하였으며, 이때 기타 국내외의 설계기준들이나 구조물 실시공 사례들과의 일관성도 고려하였다. 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.
해석예제인 Fig. 3은 실구조물의 벽체 또는 상부슬래브를 모사하고 있으며, 범용구조해석 프로그램 ABAQUS13' 를 사용하여 8절점 솔리드요소로 유한요소모델을 구성하였다. 내부구속의 효과만을 추출하기 위해 외부구속을부과하는 경계조건은 설정하지 않았다.
대상 데이터
표면부의 계측기는 가능하면 표면에서 10mm 깊이를 유지하도록 조치하였다. 대상구조물은 부산-거제간 연결도로 민간투자사업 구간에시공될 침매터널勺 프리캐스트 세그먼트 1개의 1/4 모형 (통로방향 1/2, 통로직각방향 1/2)이다. 본 침매터널의 시공상 특징은 구조물 전체를 연속타설한다는 점으로, 유사 구조물의 슬래브와 벽체를 분할타설하는 경우''와 비교할 때 외부구속의 영향이 최소화되어 수화열 관리의주된 초점이 내부구속 응력, 즉, 내외부 온도차로 귀결된다는 큰 장점이 있다.
성능/효과
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. 이러한 결과에 근거하여 기존의 온도균열지수 산정식 형태를 개선할 것을 제안하였으며, 엄밀히 말해 그 형태는 배합의 발열특성, 부재 치수, 양생조건, 최대온도 발생 시점, 경화 특성 등에 의존하여 차이가 있다.
76MPa로 서로 거의 일치한다. 유한요소해석 결과가 제반사항이 모두 엄밀히 반영된 정밀한값을 준다고 볼 때, 이는 표면 응력 계산식의 검증시 도입된 포물선 온도분포 가정, 베르누이 가정에 근거한 응력분포, 평면응력 가정에 근거한 푸아송비의 영향 등 제반조건들이 합당함을 의미한다.
이상과 같이 내외부 온도차를 최대한 저감할 수 있는양생관리 기법을 도입한 결과 수화발열시 벽체와 슬래브주요 부위의 내외부 온도차를 15℃ 이하로 유지할 수 있었으며, 조사 결과 표면에서 균열이 발생하지 않은 것으로 관찰되었다. 따라서, 내외부 온도차 15℃ 이하라는 규정은 내부구속에 의한 표면 균열을 최소화할 수 있는 충분한 조건이 된다고 판단된다.
한가지 주목할 만한 점으로 본 예제에서 단면 한쪽 면은 보온성이 높고 다른 쪽은 낮은 경우에 내외부 온도차가 가장 크게 발생했다는 점이다. 이는 비대칭 양생조건의 경우 최대온도 발생 지점이 단면 한쪽에 편중되면서 반대편의 내외부 온도차가 벌어지기 때문으로 온도차관리를 고려한 시공계획 편성시 참조할 수 있는 부분이다.
후속연구
단, 본 예제와는 또 다른 조건의 다양한 구조물에 대해서도 추가적으로 해석을 수행하고 통계적인 연구를 실시하여 결과를 보완할 필요성이 있다고 사료되며, 그와동시에 내외부 온도차와 균열 발생의 상관 관계에 대한자료도 좀 더 축적하여 반영할 필요가 있다. 이러한 자료들이 확보된다면 온도균열지수 증가계수 y를 배합의종류나 부재 치수 등에 의존하는 계수로 세분화하여 구조물 조건별로 좀 더 정밀한 평가를 실시할 수 있는 바탕이 마련될 것으로 기대된다.
본 연구의 이론적 유도 과정을 살펴볼 때 내부구속에대한 온도균열지수를 내외부 온도차만의 함수로 표현하는 것은 근사화 및 오차가 클 수 있다고 생각되며, 추후다양한 구조물에 대한 해석 및 실험 자료가 축적되면 배합이나 부재 치수 등의 중요 조건들을 반영하여 평가식을 세분화하는 것도 바람직하다고 생각된다.
본 유도식에는 양생조건과 같은 시공조건의 변화(=대류계수의 변화)나 온도조건의 변화가 단면 내외부 온도차에 미치는 영향이 일목요연하게 포함되어 있으므로 수화열을 고려한 시 공계 획 수립시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
비교하고 있다. 예로 든 세가지의 방안은 유사한효과를 산출하고 있지만 시공 상황에 따라 좀 더 경제적이고 효율적인 대안을 선택해야 하며, 이때 본 예측식이 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이와더불어 목표하는 내외부 온도차 이하를 확보하기 위한거푸집 종류, 양생포 종류 및 개수와 같은 보온 양생의수준을 가늠하거나 거푸집 탈형이나 양생포 제거시 역시목표 내외부 온도차 이 하를 유지 하면서 효율적으로 제 거할 수 있도록 시공 계획을 세우는 데에도 도움을 줄 것으로 생각된다.
좀 더 축적하여 반영할 필요가 있다. 이러한 자료들이 확보된다면 온도균열지수 증가계수 y를 배합의종류나 부재 치수 등에 의존하는 계수로 세분화하여 구조물 조건별로 좀 더 정밀한 평가를 실시할 수 있는 바탕이 마련될 것으로 기대된다.
예로 든 세가지의 방안은 유사한효과를 산출하고 있지만 시공 상황에 따라 좀 더 경제적이고 효율적인 대안을 선택해야 하며, 이때 본 예측식이 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이와더불어 목표하는 내외부 온도차 이하를 확보하기 위한거푸집 종류, 양생포 종류 및 개수와 같은 보온 양생의수준을 가늠하거나 거푸집 탈형이나 양생포 제거시 역시목표 내외부 온도차 이 하를 유지 하면서 효율적으로 제 거할 수 있도록 시공 계획을 세우는 데에도 도움을 줄 것으로 생각된다.
참고문헌 (15)
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
Daewoo E & C, Busan-Geoje Fixed Link(Tunnels and Ramps): Technical Specifications for Concrete Structures, Daewoo E & C, 2005, pp.71-73
한국콘크리트학회, 콘크리트표준시방서 한국콘크리트학회, 2003, pp.257-287
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
American Concrete Institute, ACI 207.2R-95: Effect of Restraint, Volume Change, and Reinforcement on Cracking of Mass Concrete, ACI, 1995
Incropera. F. P. and DeWitt. D. P.. Introduction to Heat Transfer. 4th Ed.. John Wiley & Sons. New York. 2002. pp.61-64
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
American Concrete Institute, ACI 207.4R-05: Cooling and Insulating Systems for Mass Concrete, ACI, 2005, 4pp
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
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.