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문제 정의
- 본 연구에서는 국내에서 최초로 RCD 공법으로 계획된 댐 구조물을 대상으로 낮은 단위결합재 배합 및 연속 층 타설로 수행되는 시공특성, 대기온도 및 타설온도의 계절별 변화를 고려하여 수화열 및 온도응력 해석을 수행하였고, 이를 통하여 온도균열 발생가능성 뿐 만 아니라 시공단계해석의 간소화, 타설시기에 따른 온도 및 응력양상을 분석하였다. 본 연구의 해석결과를 바탕으로 향후 RCD 공법이 적용될 때 RCD 온도응력해석의 주요 고려사항에 대한 자료를 제공하고, 나아가 RCD 공법의 시공계획을 수립하는데 기여하고자 한다.
- 온도균열 위험성을 평가하기 위한 해석을 수행할 때 실제 시공단계를 모두 고려하는 것은 많은 시간과 노력이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 실제 시공단계를 간소화하는 경우 온도 및 응력 양상의 변화를 분석함으로써 적절한 시공단계 수를 결정하고자 하였다. 그림 7은 전체 층타설을 시공단계 114개를 모델링한 경우와 6개 층을 1개의 시공단계로 19단계로 고려한 경우를 비교하여 시공단계의 간소화에 따른 온도분포 양상을 보인 것이고, 그림 9는 이에 대한 이력곡선을 나타낸 것이다.
가설 설정
- 75 m로 총 114층으로 구성되어있다. 이때 1층 타설에 소요되는 시간은 타설속도를 고려하여 100시간(약 4일)으로 구조물의 완공은 총 19 개월이 소요되는 것으로 가정하였다. 그림 2와 같이 댐구조물의 내부는 슬럼프가 0 mm인 콘크리트를 롤러다짐장비로 시공하고, 댐체 표면부는 슬럼프 30~40 mm인 콘크리트로 구성되어 있고, 설계기준강도는 댐체 내부 RCD는 12 MPa, 댐체의 외부 및 암착부에 사용되는 ELCM(Extended Layer Construction Method)은 18 MPa로 사용 시멘트는 1종 시멘트에 플라이애쉬 30% 혼입한 경우를 대상으로 하였다.
- 또한 온도해석에서 지반 열전달과 응력해석에서 하부 지반의 구속도를 정확히 모델링하기 위하여, 댐 하부에 폭 300 m, 깊이 200 m의 지반을 모델링하였고, 지반의 탄성계수는 5,000 MPa로 가정하였다. 이때 지반 옆면과 하부면의 열경계조건은 고정온도를 가정하고, 역학적 경계조건은 고정변위를 부가하였다.
- 또한 RCD2의 기하학적 모델을 이용하고 구조물의 시공이 여름철에 시작하고 경우(SM2)와 겨울철에 시작하는 경우(WT2)를 통하여 계절별 온도변화를 고려한 해석 결과를 분석하였다. SM2와 WT2에서 사용된 대기온도와 콘크리트 타설온도는 그림 4와 같이 철원지역 기온자료를 사용하였고, 이때 대기온도가 10℃이하인 경우는 온수를 이용하여 10℃가 되도록 관리하도록 가정하였다. 또한 완공 후 댐의 상류부는 담수가 시작되고 이때 온도는 5℃로, 하류부는 대기에 노출되어 있으므로 연평균온도인 10℃로 일정하게 적용하여 해석을 수행하였다.
- 해석의 요소분할과 결과 출력 위치는 그림 3과 같고, 평면 변형률 요소(plane strain element)를 사용하였다. 또한 온도해석에서 지반 열전달과 응력해석에서 하부 지반의 구속도를 정확히 모델링하기 위하여, 댐 하부에 폭 300 m, 깊이 200 m의 지반을 모델링하였고, 지반의 탄성계수는 5,000 MPa로 가정하였다. 이때 지반 옆면과 하부면의 열경계조건은 고정온도를 가정하고, 역학적 경계조건은 고정변위를 부가하였다.
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