선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 지하 공동구(전력구) 박스 구조물의 내화성능을 평가하였으며, 지하 공동구에 발생되는 화재는 주로 전력선 케이블이 연소재료이나, 현재 국내외에서 제시된 화재곡선 중에서 이를 정확히 모사하기는 매우 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 ISO 834 화재곡선을 적용하여 가열실험을 수행하여 단면깊이별 발생온도의 특성을 평가하였다. 또한, 지하 공동구 박스 구조물의 내부에서 화재가 발생하는 경우에 대한 내화성능이 평가되어야 하나 실험실 여건상 박스 구조물에 대한 가열실험이 어려워 벽체부를 모사한 RC 슬래브 실험체에 대한 가열실험을 수행하였다.
- 본 연구에서는 PP섬유 혼입여부를 변수로 제작된 전 두께 및 반단면 패널을 적용한 RC 슬래브 실험체에 대한 화재 가열실험 및 구조실험을 수행하였다. 화재 가열실험을 통해서 PP섬유 혼입에 따른 단면내 발생온도를 평가하였고, 전 두께 및 반단면 패널을 적용한 실험체의 발생온도를 비교분석하였다.
- 본 연구에서는 지하 공동구(전력구) 박스 구조물의 내화성능을 평가하였으며, 지하 공동구에 발생되는 화재는 주로 전력선 케이블이 연소재료이나, 현재 국내외에서 제시된 화재곡선 중에서 이를 정확히 모사하기는 매우 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 ISO 834 화재곡선을 적용하여 가열실험을 수행하여 단면깊이별 발생온도의 특성을 평가하였다.
제안 방법
- % 혼입 여부에 다른 화재 손상 전·후 실험체의 내력을 평가하였고, 전 두께 및 반단면 패널을 적용한 실험체의 내력을 비교분석하였으며, 주요 결론은 다음과 같다.
- ISO 834 화재곡선에 따라 내화실험이 수행된 경우와 내화실험이 수행되지 않은 일반 실험체의 구조실험을 수행하였다. 여기서 내화실험이 수행된 실험체는 상온으로 냉각된 이후에 구조실험을 수행하였다.
- 또한, 경제성을 고려하여 공동구의 내화성능 확보를 위해 전 두께에 PP섬유를 혼입하지 않고, 반단면 프리캐스트 패널에만 PP섬유를 혼입하고 나머지 벽체부에는 일반 콘크리트를 적용하는 시스템을 제안하였다. 가열실험을 위해서 전 두께 RC 슬래브 실험체와 반단면 프리캐스트 패널을 적용한 RC 슬래브 실험체를 제작하였다. 이들 실험체는 내화성능 향상을 위해 PP섬유를 혼입한 경우와 혼입하지 않은 경우 각각을 제작하였다.
- 반단면 프리캐스트 패널을 갖는 실험체는 먼저 PP섬유가 혼입된 패널을 제작하고, 나머지 슬래브 두께는 PP섬유가 혼입되지 않은 현장타설 일반 콘크리트로 제작하였다. 가열실험을 통해서 전 두께 및 반단면 패널을 적용한 RC 슬래브의 발생온도 특성을 평가하고, 가열실험이 완료된 실험체는 상온상태로 냉각한 후 구조실험을 수행하여 화재 손상 후 구조내력잔존 내력을 평가하였다. 또한 가열실험을 수행하지 않은 일반 실험체에 대한 구조실험을 수행하여 화재 전·후 각 실험체의 구조내력을 비교분석하였다.
- 화재 손상을 받은 콘크리트의 강도특성은 화재 중 온도증가시 압축강도가 감소하지만, 화재 후에 상온으로 냉각된 이후에도 강도가 회복되지 않으며, 철근 항복강도의 경우에는 화재 중에는 온도증가시 항복강도가 감소하지만, 화재 후에 상온으로 냉각된 이후에는 대부분의 강도가 회복된다. 따라서 ACI 216 규정에 의해 단면의 저항모멘트 산정시 화재 중과 화재 후로 구분하여 평가하였다. 표 4에서 보면, 가열실험이 수행되지 않은 부재의 단면 저항모멘트는 실험값이 이론값보다 약 46% 정도 크게 평가되었고, 가열시험에 의해 화재손상을 받은 경우에는 화재 후의 약 47.
- 실험체는 지하공동구에 적용되는 프리캐스트 박스 형상의 암거구조물을 대상으로 하였으나, 현재 국내에서 운용되고 있는 화재시험실에 설치된 수직 및 수평 가열로를 이용하여 박스 구조물 내부에 가열시험을 수행하기가 어렵다. 따라서 본 실험에서는 그림 1과 같은 지하 공동구 박스 구조물의 측면을 그림 2와 같은 슬래브 실험체로 모사하여 내화실험체를 제작하였다. 실험체의 두께 및 단면내 철근배근은 실제 지하 공동구 박스 구조물의 설계단면을 동일하게 적용하였다.
- 또한 가열실험을 수행하지 않은 일반 실험체에 대한 구조실험을 수행하여 화재 전·후 각 실험체의 구조내력을 비교분석하였다.
- 또한, 지하 공동구 박스 구조물의 내부에서 화재가 발생하는 경우에 대한 내화성능이 평가되어야 하나 실험실 여건상 박스 구조물에 대한 가열실험이 어려워 벽체부를 모사한 RC 슬래브 실험체에 대한 가열실험을 수행하였다. 또한, 경제성을 고려하여 공동구의 내화성능 확보를 위해 전 두께에 PP섬유를 혼입하지 않고, 반단면 프리캐스트 패널에만 PP섬유를 혼입하고 나머지 벽체부에는 일반 콘크리트를 적용하는 시스템을 제안하였다. 가열실험을 위해서 전 두께 RC 슬래브 실험체와 반단면 프리캐스트 패널을 적용한 RC 슬래브 실험체를 제작하였다.
- 따라서 본 연구에서는 ISO 834 화재곡선을 적용하여 가열실험을 수행하여 단면깊이별 발생온도의 특성을 평가하였다. 또한, 지하 공동구 박스 구조물의 내부에서 화재가 발생하는 경우에 대한 내화성능이 평가되어야 하나 실험실 여건상 박스 구조물에 대한 가열실험이 어려워 벽체부를 모사한 RC 슬래브 실험체에 대한 가열실험을 수행하였다. 또한, 경제성을 고려하여 공동구의 내화성능 확보를 위해 전 두께에 PP섬유를 혼입하지 않고, 반단면 프리캐스트 패널에만 PP섬유를 혼입하고 나머지 벽체부에는 일반 콘크리트를 적용하는 시스템을 제안하였다.
- 이들 실험체는 내화성능 향상을 위해 PP섬유를 혼입한 경우와 혼입하지 않은 경우 각각을 제작하였다. 반단면 프리캐스트 패널을 갖는 실험체는 먼저 PP섬유가 혼입된 패널을 제작하고, 나머지 슬래브 두께는 PP섬유가 혼입되지 않은 현장타설 일반 콘크리트로 제작하였다. 가열실험을 통해서 전 두께 및 반단면 패널을 적용한 RC 슬래브의 발생온도 특성을 평가하고, 가열실험이 완료된 실험체는 상온상태로 냉각한 후 구조실험을 수행하여 화재 손상 후 구조내력잔존 내력을 평가하였다.
- 본 실험을 통해서 가열 전·후 구조체의 내력을 측정하고, 온도하중이 내력에 미치는 영향을 비교분석하였다.
- 실험체의 제작과정과 내화실험시 온도측정 데이터의 손실을 감안하여 그림 2의 (a)에서와 같이 2개소에 열전대를 설치하였다. 실험체의 종류는 표 1과 같고, 보통 콘크리트 실험체와 온도발생에 따른 콘크리트의 폭렬 방지 및 단면내 온도발생을 억제하기 위해서 PP섬유를 혼입한 실험체를 제작하였다. 화재로 인한 온도하중을 받은 경우와 온도하중을 받지 않은 경우의 내화 및 구조성능을 비교하기 위하여 각 변수별로 실험체를 2개씩 제작하였다.
- ISO 834 화재곡선에 따라 내화실험이 수행된 경우와 내화실험이 수행되지 않은 일반 실험체의 구조실험을 수행하였다. 여기서 내화실험이 수행된 실험체는 상온으로 냉각된 이후에 구조실험을 수행하였다. 휨 파괴를 유도하기 위하여 슬래브의 양단을 단순지지 조건으로 하여 화재로 인한 손상을 받은 상태에서 잔존강도를 평가하였다.
- 가열실험을 위해서 전 두께 RC 슬래브 실험체와 반단면 프리캐스트 패널을 적용한 RC 슬래브 실험체를 제작하였다. 이들 실험체는 내화성능 향상을 위해 PP섬유를 혼입한 경우와 혼입하지 않은 경우 각각을 제작하였다. 반단면 프리캐스트 패널을 갖는 실험체는 먼저 PP섬유가 혼입된 패널을 제작하고, 나머지 슬래브 두께는 PP섬유가 혼입되지 않은 현장타설 일반 콘크리트로 제작하였다.
- 실린더 표준공시체의 28일 강도는 PP섬유가 혼입된 경우와 혼입되지 않은 경우 모두 약 30 MPa로 측정되었다. 콘크리트 양생시 현장여건상 증기양생실에서 양생하지 못하고 대기중에 천막을 덮어 증기양생을 실시하였다. 이로 인해 대기양생에 가까운 상황에서 부실하게 양생이 실시되어 설계강도보다 낮게 평가된 것으로 판단된다.
- 표 4에 가열시험에서 측정된 발생온도를 ACI 216(1989) 규정에 적용하여 단면의 저항모멘트를 계산한 결과(이론값)와 가열시험이 끝나고 실험체를 상온으로 냉각시킨 후에 구조실험을 수행하여 측정된 최대하중시 발생하는 최대모멘트(실험값)를 비교하였다. ACI 216(1989)에서는 온도증가에 따른 콘크리트의 압축강도 변화를 골재의 종류와 화재시 하중 재하 상태(unstressed, stressed)에 따라 규정하고 있는데(Abrams, 1971), 비재하상태의 규정을 적용하여 잔존 압축강도를 산정하였다.
- 본 연구에서는 PP섬유 혼입여부를 변수로 제작된 전 두께 및 반단면 패널을 적용한 RC 슬래브 실험체에 대한 화재 가열실험 및 구조실험을 수행하였다. 화재 가열실험을 통해서 PP섬유 혼입에 따른 단면내 발생온도를 평가하였고, 전 두께 및 반단면 패널을 적용한 실험체의 발생온도를 비교분석하였다. 구조실험을 통해서 PP섬유 0.
- 실험체의 종류는 표 1과 같고, 보통 콘크리트 실험체와 온도발생에 따른 콘크리트의 폭렬 방지 및 단면내 온도발생을 억제하기 위해서 PP섬유를 혼입한 실험체를 제작하였다. 화재로 인한 온도하중을 받은 경우와 온도하중을 받지 않은 경우의 내화 및 구조성능을 비교하기 위하여 각 변수별로 실험체를 2개씩 제작하였다.
- 여기서 내화실험이 수행된 실험체는 상온으로 냉각된 이후에 구조실험을 수행하였다. 휨 파괴를 유도하기 위하여 슬래브의 양단을 단순지지 조건으로 하여 화재로 인한 손상을 받은 상태에서 잔존강도를 평가하였다. 본 실험을 통해서 가열 전·후 구조체의 내력을 측정하고, 온도하중이 내력에 미치는 영향을 비교분석하였다.
성능/효과
- % 이상 적용되는 경우에는 가열 전·후 실험체의 최대내력에서 큰 차이를 보이지 않으며, 전두께 프리캐스트 실험체와 반단면 패널을 적용한 실험체 모두 유사한 결과를 보이는 것으로 판단된다.
- 10 vol.% 혼입된 경우에는 최대내력이 약 9.6% 정도 감소하여 PP 섬유 혼입이 화재 후 잔존강도을 크게 향상시키는 것으로 확인되었다.
- 10 vol.% 혼입된 반단면 패널을 적용한 실험체의 화재 손상 후 최대내력은 화 재 손상을 받지 않은 경우와 동등한 수준의 최대내력을 보였고, PP섬유를 전 두께에 혼입 한 실험체의 최대내력의 약 111% 수준을 보였다. 또한, 화재 손상을 받은 후에는 단면내 발생온도에 따른 영향으로 구조체의 강성이 크게 감소하는데, 이는 발생온도에 따른 콘크 리트의 응력-변형률 곡선에서의 초기강성 및 최대강도 감소에서도 잘 나타난다.
- 10 vol.% 혼입된 실험체의 경우는 가열실험 종료시까지 폭렬이 발생되지 않아 섬유 혼입이 없는 경우에 비해서 20 mm 깊이에서도 발생온도가 현격히 감소되는 경향을 보이며, 150 mm 이상 깊이에서는 온도 감소량이 현저히 둔화되었다.
- 10 vol.% 혼입된 전 두께 실험체의 최대내력(350.4 kN)은 PP섬유가 혼입되지 않은 실험체의 최대내력(376.0 kN)의 약 93.2% 수준을 보였다. PP섬유가 혼입되는 경우에는 전 두께 실험체와 반단면 패널을 적용한 실험체의 최대내력은 동등한 수준을 보여 반단면 패널이 구조체의 합성된 부재로 거동함을 확인하였다.
- 10 vol.%의 PP섬유 혼입으로 최대내력이 약 124%로 증가하는 결과를 보였다. PP섬유가 반단면 패널에만 혼입된 실험체의 화재 손상후의 최대내력은 350.
- 그림 7은 전 두께 프리캐스트 슬래브 실험체의 단면깊이별 발생온도의 시간이력이다. (a)에서 보면, 섬유가 혼입되지 않는 경우에는 내화하중을 받는 표면에서 20 mm 깊이의 콘크리트 온도는 내화곡선 온도와 거의 유사한 수준을 보이는데 이는 내화실험 도중에 폭렬이 발생하여 이 부분 콘크리트가 탈락되었기 때문이며, 단면내 깊이가 증가할수록 발생온도가 현격하게 감소하다가 150 mm 이상 깊이부터는 수렴하는 경향을 보였다. PP섬유가 0.
- 1. ISO 834 화재곡선으로 3시간 가열실험을 수행한 결과, PP섬유가 혼입되지 않은 전 두께 실험체는 폭렬로 인해 가열면으로 부터 약 100 mm 단면깊이 이내에서 PP섬유가 혼입된 경우보다 상대적으로 발생온도가 높았으며, PP섬유가 혼입된 반단면 패널을 적용한 실 험체의 발생온도는 PP섬유를 혼입한 전 두께 실험체와 유사한 수준을 보여 충분한 내화 성능을 갖는 것이 확인되었다.
- 2. PP섬유의 혼입은 가열면에서 단면깊이 100 mm 이내의 발생온도를 저감시키는데 매우 효 과적이며, 100 mm 이후의 단면에서의 가열시 발생온도는 상대적으로 PP섬유 혼입의 영향 을 크게 받지 않는 것으로 나타났다. 따라서 반단면 패널에만 PP섬유를 혼입한 RC 슬래 브의 내화성능은 전 두께에 PP섬유를 혼입한 RC 슬래브와 유사한 수준의 내화성능을 갖는 것으로 판단된다.
- 3. PP섬유가 혼입되지 않는 경우 화재 손상후 전 두께 실험체의 최대내력은 약 32.5% 정도 감소하였고, PP섬유가 0.10 vol.% 혼입된 경우에는 최대내력이 약 9.
- 5% 정도 실험값이 크게 평가되었다. ACI 216 규정을 적용하여 산정한 화재 중 단면의 저항모멘트는 화재 후의 경우보다 더욱 낮게 평가되어 화재 중이 화재 후보다 손상 정도가 더 큰 것으로 나타났다. 이상의 결과에서 ACI 216 규정이 화재 후에 평가되는 단면의 저항능력을 실제보다 과소하게 평가하는 것으로 판단된다.
- %의 PP섬유 혼입으로 최대내력이 약 124%로 증가하는 결과를 보였다. PP섬유가 반단면 패널에만 혼입된 실험체의 화재 손상후의 최대내력은 350.6 kN으로 PP섬유가 혼입되지 않은 전 두께 실험체의 화재 손상후의 최대내력 253.8 kN에 비해 138% 수준의 내력을 보였다. 따라서 PP섬유 혼입이 0.
- PP섬유가 혼입되는 경우에는 전 두께 실험체와 반단면 패널을 적용한 실험체의 최대내력은 동등한 수준을 보여 반단면 패널이 구조체의 합성된 부재로 거동함을 확인하였다. PP섬유가 혼입된 실험체는 PP섬유가 혼입되지 않은 실험체에 비해서 최대내력이 약 7% 정도 감소되는 결과를 보였다.
- 9 kN)의 약 80% 수준이다. 가열 후 PP섬유가 혼입된 반단면 패널을 적용한 실험체의 최대내력은 350.6 kN으로 PP섬유가 혼입된 전 두께 실험체의 최대내력(316.9 kN)의 약 111% 수준을 보였다. 따라서 전체 두께 중 일정 부분만 내화성능이 향상된 반단면 패널을 적용하는 경우도 전체 두께에 대해 내화성능을 향상시키는 경우와 유사한 수준 이상의 내화성능 향상을 도모할 수 있는 것으로 판단된다.
- 6% 정도 최대내력이 감소하였다. 그리고 PP섬유가 혼입된 반단면 패널을 적용한 실험체의 경우에는 화재 손상 후에 강성의 감소는 있지만, 화재 손상 전과 동등 수준의 최대내력을 보유하는 것으로 나타났다. 화재로 인한 콘크리트의 발생온도가 증가하면 콘크리트의 응력-변형률 곡선에서 초기강성과 최대강도가 감소하는데, EUROCODE 2(2004)에서는 단면내 발생온도에 따른 강성감소를 고려하기 위하여 온도변화에 따른 콘크리트의 응력-변형률 곡선을 식 (2)와 같이 제시하고 있다.
- ACI 216 규정을 적용하여 산정한 화재 중 단면의 저항모멘트는 화재 후의 경우보다 더욱 낮게 평가되어 화재 중이 화재 후보다 손상 정도가 더 큰 것으로 나타났다. 이상의 결과에서 ACI 216 규정이 화재 후에 평가되는 단면의 저항능력을 실제보다 과소하게 평가하는 것으로 판단된다.
- % 이상 적용되는 경우에는 가열 전·후 실험체의 최대내력에서 큰 차이를 보이지 않으며, 전두께 프리캐스트 실험체와 반단면 패널을 적용한 실험체 모두 유사한 결과를 보이는 것으로 판단된다. 이상의 결과에서 보면, PP섬유를 반단면 패널에만 혼입한 경우에도 전 두께에 PP섬유를 혼입한 경우와 마찬가지로 충분한 내화성능을 확보되는 것으로 판단된다. 반단면 패널 부재는 전 두께 프리캐스트 부재와는 달리 반단면 패널에만 PP섬유가 혼입되어도 내화성능이 확보되기 때문에 상대적으로 경제성이 우수해 보다 효율적인 구조로 적용이 가능할 것으로 판단된다.
- 이상의 실험결과에서 PP섬유를 반단면 패널에만 혼입하는 경우에도 전 두께에 PP섬유를 혼입한 경우와 마찬가지로 화재시 단면내 발생온도의 저감 효과가 유사하고, 화재 손상 후 최대내력도 동등 이상의 수준을 보여 충분한 내화성능을 확보하는 것으로 판단된다.
- 그림 13에서 보면 전 두께 및 반단면 패널을 적용한 실험체의 화재 가열 전·후의 하중-처짐 곡선을 비교하였다. 전 두께 실험체의 경우 PP섬유가 혼입되지 않으면 화재 손상후에 약 32.5% 정도 최대내력이 감소하지만, PP섬유가 혼입된 경우에는 약 9.6% 정도 최대내력이 감소하였다. 그리고 PP섬유가 혼입된 반단면 패널을 적용한 실험체의 경우에는 화재 손상 후에 강성의 감소는 있지만, 화재 손상 전과 동등 수준의 최대내력을 보유하는 것으로 나타났다.
- 따라서 ACI 216 규정에 의해 단면의 저항모멘트 산정시 화재 중과 화재 후로 구분하여 평가하였다. 표 4에서 보면, 가열실험이 수행되지 않은 부재의 단면 저항모멘트는 실험값이 이론값보다 약 46% 정도 크게 평가되었고, 가열시험에 의해 화재손상을 받은 경우에는 화재 후의 약 47.5% 정도 실험값이 크게 평가되었다. ACI 216 규정을 적용하여 산정한 화재 중 단면의 저항모멘트는 화재 후의 경우보다 더욱 낮게 평가되어 화재 중이 화재 후보다 손상 정도가 더 큰 것으로 나타났다.
- ACI 216(1989)에서는 온도증가에 따른 콘크리트의 압축강도 변화를 골재의 종류와 화재시 하중 재하 상태(unstressed, stressed)에 따라 규정하고 있는데(Abrams, 1971), 비재하상태의 규정을 적용하여 잔존 압축강도를 산정하였다. 화재 손상을 받은 콘크리트의 강도특성은 화재 중 온도증가시 압축강도가 감소하지만, 화재 후에 상온으로 냉각된 이후에도 강도가 회복되지 않으며, 철근 항복강도의 경우에는 화재 중에는 온도증가시 항복강도가 감소하지만, 화재 후에 상온으로 냉각된 이후에는 대부분의 강도가 회복된다. 따라서 ACI 216 규정에 의해 단면의 저항모멘트 산정시 화재 중과 화재 후로 구분하여 평가하였다.
후속연구
- 이상의 결과에서 보면, PP섬유를 반단면 패널에만 혼입한 경우에도 전 두께에 PP섬유를 혼입한 경우와 마찬가지로 충분한 내화성능을 확보되는 것으로 판단된다. 반단면 패널 부재는 전 두께 프리캐스트 부재와는 달리 반단면 패널에만 PP섬유가 혼입되어도 내화성능이 확보되기 때문에 상대적으로 경제성이 우수해 보다 효율적인 구조로 적용이 가능할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.