[논문]간섭 거동에 따른 지하 가스 배관의 영향선 분석

김미승; 원종화; 김문겸; 김태민; 최선영

간섭 거동에 따른 지하 가스 배관의 영향선 분석
Analysis of the Critical Path of Underground Gas Pipe According to Interference Behavior 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.13 no.2, 2009년, pp.7 - 13

김미승 (연세대학교 토목공학과) , 원종화 (연세대학교 토목공학과) , 김문겸 (연세대학교 토목공학과) , 김태민 (연세대학교 토목공학과) , 최선영 (연세대학교 토목공학과)

초록
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관망 내 배관의 간섭 거동에 따른 지하 매설 배관의 영향선 분석을 위하여 실제 환경에 부합 하도록 지하의 상부와 하부에 각각 하수관거와 가스관을 매설하여 유한요소모델을 구현하였으며, 두 배관의 교차 정도에 따라 하부 가스 배관의 영향선을 분석하였다. 하수관거와 가스관은 각각 1.0m와 3.39m의 매설심도를 가지며, 두 배관이 이루는 교차각은 $0{\sim}90^{\circ}$에 대하여 해석을 실시하였다. 본 연구에서는 Ring Deflection과 Bending Stress의 결과로부터, 교차각에 따른 영향선을 분석하였으며, 그 결과 두 배관이 이루는 교차각과 하부 배관의 영향선은 일치함을 알 수 있었다. 따라서 배관의 간섭 거동에 따른 하부 배관의 영향선은 두 배관의 교차각과 깊은 관계가 있다고 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to make the critical path analysis of gas pipeline located under rigid pipes for interference behavior, FE analysis is performed considering real buried conditions of a drain and a gas pipe according to intersection angle of two pipes. A drain pipe and gas pipe have cover depth respectively 1.0m and 3.39m and this study considers a interference angle in the range of $0{\sim}90^{\circ}$. In this paper, the critical path is analyzed from the result of Ring Deflection and bending stress according to intersection angle. In the event intersection angle of two pipes equal to the critical path of lower pipe. The analysis results show that the critical path of lower gas pipe according to interference behavior has relation to intersection angle of two pipes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 각각의 지하 매설물은 각 관할 기관에 의하여 관리 및 유지되고 있으나 좁은 지역에 여러 종류의 매설관이 교차하여 시공되고 있는 실정을 고려한다면 매설관 각각에 대한 안전성 검토를 넘어 두 매설 배관의 간섭 거동에 따른 배관의 안전성에 보다 신중을 기해야 할 필요성이 있다. 이에 관망 내 간섭 거동에 따라 하부 배관의 영향을 관찰하고자 하며 실제 상황에 부합하기 위하여 상부와 하부 매설관을 각각 하수관거와 가스관으로 설정하여 실제 시공되고 있는 적정 매설깊이에 대하여 검토하였다. 이를 위하여 수치해석을 수행하여 간섭 거동에 따른 하부 배관의 영향선을 분석하였으며 수치해석은 지반 전용 유한요소 프로그램인 Midas/ GTS ver.

가설 설정

5mm 배관을 사용하였다. 또한 도시가스 배관 내의 사용 압력인 4 MPa을 연성관에 작용시켜 이에 따른 변형만을 고려하였기 때문에 지반과 배관의 강성으로부터 변형 된 모형을 초기의 형태로 가정한다. 해석 대상 배관 및 지반의 물성 값은 Table 1.

제안 방법

Ring Deflection 값을 위한 Δ값은 수치해석 결과를 바탕으로 산정하였으며, 일반적으로 교차각에 따라 국부변형이 크게 발생하지 않기 때문에 교차각에 따른 변형 역시 본 연구 결과에서 Ring Deflection 값으로 나타내었다.
간섭 거동에 따른 하부 가스 배관의 영향선을 분석하기 위하여 본 연구는 먼저 Ring Deflection과 Bending Stress로부터 하부 매설 가스관의 위험 단면을 분석하고 여기서 얻은 위험 단면으로부터 하부 가스관의 영향선을 분석하였다.
관망 내 간섭 거동에 따른 지하매설 가스관의 영향선을 검토하기 위하여 두 매설관의 교차각을 0∼90˚로 변화시키며 그 영향을 고찰하였다.
은 앞서 언급한 Bending Stress로부터 배관의 길이 방향 위험단면을 나타낸 그림이다. 배관의 길이 방향에 대하여 위험 단면을 점으로 표시하여 선으로 연결하였으며, 점선으로 나타낸 부분은 배관 뒷면을 도시한 것이다. 또한 배관 위의 숫자는 L_n을 의미한다.

대상 데이터

본 연구를 위한 해석 대상 배관으로 상부의 하수관거는 원심력 철근 콘크리트관(흄관, KS F 4403), D=1.39m, 두께 t=95mm의 배관을 사용하였으며, 하부의 가스 배관은 한국가스공사 주 사용배관인 API 5L X65, D=0.762m (30 inch), 두께 t=17.5mm 배관을 사용하였다. 또한 도시가스 배관 내의 사용 압력인 4 MPa을 연성관에 작용시켜 이에 따른 변형만을 고려하였기 때문에 지반과 배관의 강성으로부터 변형 된 모형을 초기의 형태로 가정한다.

데이터처리

이에 관망 내 간섭 거동에 따라 하부 배관의 영향을 관찰하고자 하며 실제 상황에 부합하기 위하여 상부와 하부 매설관을 각각 하수관거와 가스관으로 설정하여 실제 시공되고 있는 적정 매설깊이에 대하여 검토하였다. 이를 위하여 수치해석을 수행하여 간섭 거동에 따른 하부 배관의 영향선을 분석하였으며 수치해석은 지반 전용 유한요소 프로그램인 Midas/ GTS ver.2.5.0을 사용하였다.

이론/모형

배관의 길이 방향 변위를 관찰하고자 식 (2)를 이용하여 Bending Stress를 구하였다. 식 (2)는 수치해석 결과 얻을 수 있는 축방향 응력에서 Poisson's Effect 를 제외한 휨에 의하여 발생하는 배관의 Bending Stress로서 축방향 응력과 원주방향 응력에 Poisson's ratio를 곱한 값의 차이로 나타낼 수 있다.

성능/효과

1. Ring Deflection 그래프 상에 배관 변형이 작은 지점에서 큰 지점으로의 이동 방향을 표시하면, 상부 배관 영향에 의한 하부 배관의 위험 단면을 파악할 수 있으며, 이때 위험 단면의 시작점은 Ring Deflection이 최소가 되는 지점으로 두 매설관이 이루는 각에 따라 다르다.
2. Bending Stress로부터 하부 가스관의 길이 방향에 대한 위험 단면을 분석한 결과 위험 단면은 두 매설 배관이 이루는 교차각과 같은 각을 가지고 발생하며, 따라서 상부 배관에 의한 하부 배관의 위험 단면은 두 배관이 이루는 교차각과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다.
3. 관망 내 간섭 거동에 의한 하부 배관의 영향선 위치와 진행 방향을 파악하기 위하여 Ring Deflection과 Bending Stress를 이용하였으며 이로부터 하부 가스관의 영향선을 분석한 결과, 하부 배관의 영향선은 두 배관이 교차하여 시공된 교차 각과 같은 각을 이루며 발생하고, 배관 바깥쪽에서 중심을 향하여 양쪽으로 진행하는 경향을 갖는다.
Ring Deflection과 Bending Stress로부터 가스관의 위험 단면을 결정 할 수 있으며, 결정된 위험단면으로부터 배관의 간섭 거동에 따른 하부 가스관의 영향선을 분석할 수 있었다. 예를 들어 두 배관이 서로 30˚의 각을 가지고 교차하여 매설되어 있다면 하부 가스관의 영향선은 Fig.
Ring Deflection 값을 위한 Δ값은 수치해석 결과를 바탕으로 산정하였으며, 일반적으로 교차각에 따라 국부변형이 크게 발생하지 않기 때문에 교차각에 따른 변형 역시 본 연구 결과에서 Ring Deflection 값으로 나타내었다. 그 결과, 변형 형상이 L_n=25를 중심으로 d값이 대칭으로 나타났기에 배관의 중심에서부터 한 방향의 값만을 정리하였다.
관망 내 간섭 거동에 따른 지하매설 가스관의 영향선을 검토하기 위하여 두 매설관의 교차각을 0∼90˚로 변화시키며 그 영향을 고찰하였다. 본 연구를 통하여 지중 배관의 교차에 의한 지중 가스관의 거동을 영향선 개념을 도입하여 분석한 결과, 지중 여타 강성관에 의하여 현재 매설된 가스관에 발생하는 영향이 매우 적음을 확인할 수 있었다.
이는 앞서 언급한바와 같이 상부 배관과 하부 배관의 영향 범위와 밀접한 관계를 가지고 있다. 해석 결과를 분석한 결과 교차각이 30˚인 경우 상부 배관은 가스관의 Ln=33까지 영향을 미치고 있으며 단면 변형은 이로부터 0.3m 뒤인 L_n=34까지 보였다. 이는 다른 교차각에 비하여 가스관 상부에 분포하고 있는 흄관과의 교차 범위가 넓기 때문이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	lifeline시설이 확대되고있는 배경은 무엇인가?	최근 급속한 도시의 팽창과 신도시 건설 및 산업의 발전으로 lifeline시설은 꾸준히 확대되고 있는 실정이다. 만약, 이러한 배관들이 위험에 노출된다면 시설 파손으로 인하여 수요자가 불편을 겪을 수 있으며, 경우에 따라 심각한 인명 피해도 발생할 수 있기 때문에 배관 설치와 관리는 매우 중요하다.
	배관 설치와 관리가 중요한 이유는 무엇인가?	최근 급속한 도시의 팽창과 신도시 건설 및 산업의 발전으로 lifeline시설은 꾸준히 확대되고 있는 실정이다. 만약, 이러한 배관들이 위험에 노출된다면 시설 파손으로 인하여 수요자가 불편을 겪을 수 있으며, 경우에 따라 심각한 인명 피해도 발생할 수 있기 때문에 배관 설치와 관리는 매우 중요하다. 이에 각각의 지하 매설물은 각 관할 기관에 의하여 관리 및 유지되고 있으나 좁은 지역에 여러 종류의 매설관이 교차하여 시공되고 있는 실정을 고려한다면 매설관 각각에 대한 안전성 검토를 넘어 두 매설 배관의 간섭 거동에 따른 배관의 안전성에 보다 신중을 기해야 할 필요성이 있다.

참고문헌 (4)

정성교, 옥치남, 장기태, “매설흄관의 설계하중 결정에 관한 연구”, 대한토질공학회지, 제 5권, 제 2호, 1989년 1월, (1989)
한국토지공사, “파형강관을 이용한 하수관거의 설계 및 시공법 연구”, (2004)
한국가스공사, “한국가스공사 표준 주배관 매설심도 설계기준”, (2003)
Reynold King Watkins and Loren Runar Anderson, “Structural mechanics of buried pipes”, CRC Press, (2000)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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