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문제 정의
- 콘크리트의 배합은 목표 압축강도, 현장여건, 온도 등에 따라서 탄력적으로 정하기 때문에 편차가 많이존재한다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트의 배합 및 강도 별 투기계수의 경향을 알아보기 위하여 24MPa, 30MPa, 42MPa, 50MPa 등 4 단계의 호칭강도(목표강도)에 대하여 배합을 결정한 후 각 경우마다 투기계수 실험을 하였다. 4 단계의 배합은 Table 1에 나타나 있다.
- 본 연구에서는 상기 세 가지 측면의 튜브구조 기밀성 중 구조 재료적 측면의 기밀성능 평가에 대한 연구를 수행하였다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 구조용 재료로는 강재와 콘크리트가 있는데 이 중 기밀성 확보 측면에서는 강재가 콘크리트보다는 우수할 것으로 판단되나 긴 연장의 노선에 강재를 적용할 때 매우 큰 비용이 들 것으로 예상되며, 한편 콘크리트의 경우 현재 비용 대비 성능이 우수하고 시공도 비교적 쉬워 터널의 라이닝 재료로 가장 많이 쓰이고 있기 때문에 본 연구에서는 콘크리트를 튜브 구조로 사용했을 때 재료 측면에서의 기밀 성능을 분석하고자 한다.
- 본 연구에서는 상기 세 가지 측면의 튜브구조 기밀성 중 구조 재료적 측면의 기밀성능 평가에 대한 연구를 수행하였다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 구조용 재료로는 강재와 콘크리트가 있는데 이 중 기밀성 확보 측면에서는 강재가 콘크리트보다는 우수할 것으로 판단되나 긴 연장의 노선에 강재를 적용할 때 매우 큰 비용이 들 것으로 예상되며, 한편 콘크리트의 경우 현재 비용 대비 성능이 우수하고 시공도 비교적 쉬워 터널의 라이닝 재료로 가장 많이 쓰이고 있기 때문에 본 연구에서는 콘크리트를 튜브 구조로 사용했을 때 재료 측면에서의 기밀 성능을 분석하고자 한다. 앞서 서술한 바와 같이 콘크리트를 사용했을 경우에는 크랙, 시공이음 등의 문제에서 오는 기밀성 상실효과가 있을 수 있으나 일단은 이런 요소들을 고려하지 않고 콘크리트 재료 자체에 대한 기밀성 분석에 초점을 맞추었다.
가설 설정
- Table 5는 공기 및 튜브 구조물의 단면과 관련된 계수[8]를 나타낸다. 공기 흐름에 따른 기밀성을 해석하기 위해, 튜브 구조물의 측면 벽을 통해서만 외부 공기가 유입되며 종방향으로의 공기 유출 또는 유입은 없는 것으로 가정한다. 본 연구에서는 이와 같이 결정된 단면에 대한 튜브 구조물 내부 압력의 시간에 따른 변화를 위에서 유도된 식(5)와 콘크리트 시편의 투기계수 실험 결과를 이용해 예측을 하였으며 또한 투기계수에 따른 펌프 재가동 압력 도달시간의 관계도 산정하였다.
- 차량의 규모, 가이드웨이의 종류 및 상세, 단/복선 여부, 시공 상의 문제 등에 대한 연구가 선행된 후에야 진공튜브 구조물의 단면을 결정할 수 있기 때문에 이러한 사항들이 결정되지 않은 현재로서는 진공튜브의 단면을 가정하여 그에 대한 예비해석을 수행할 수밖에 없다. 따라서 본 연구에서는 튜브 구조물에 대하여 단면을 가정하여 해석을 수행하고자 한다. 가정 단면에 대해 해석을 수행할 경우 추후 실제 설계될 단면과는 격차가 있을 수도 있지만 진공튜브의 기밀성능 요건 및 펌프의 필요용량의 예측하는 데는 큰 문제가 없을 것으로 판단된다.
- 3과 같이 임의 형태의, 두께가 일정한 밀폐된 구조물이 있을 때 그 두께를 h, 내부 공간의 체적을 V, 구조물의 표면적을 A라 하고 구조물 내부의 압력을 Pt, 외부의 압력을 Pa라고 하자. 튜브 외부의 압력이 튜브 내부의 압력보다 크다고 가정하면 유체(공기)는 튜브 외부에서 내부로 유입될 것이다. 초고속 튜브의 경우 외부에서 내부로 흐르는 유체는 공기, 즉 기체가 되는데 기체는 압력에 따라서 부피가 변하는 압축성 유체이므로 위치에 따라 유량이 다르게 나올 수 있다.
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