김유성
(Department of Civil Engineering, Chonbuk National Univ.)
,
박영준
(Department of Civil Engineering, Chonbuk National Univ.)
,
조대성
(Department of Civil Engineering, Chonbuk National Univ.)
,
방인황
(Department of Civil Engineering, Chonbuk National Univ.)
이 연구에서는 열 수송관로 직선부에서 마찰계수의 증가를 통해 관로의 최소 설치길이를 감소시켜, 현장 시공 시 매설깊이의 증가를 억제하고, 충분한 마찰력을 제공함으로써 신축이음관의 설치를 줄여 효율적인 시공이 가능토록 함과 동시에, 곡선부에서는 마찰계수의 감소를 통해 신축흡수재의 수명 연장을 도모하여 열 수송관로의 유지관리의 효율성을 향상시키고자 하는 목적으로, 현재 주로 사용되고 있는 되메움재인 강모래보다 큰 내부마찰각을 가진 되메움재와 작은 내부마찰각을 가진 되메움재를 개발하였다. 곡관부에 타이어 분말 혼합 되메움재를 사용할 경우, 관경이 커질수록 신축흡수재에 가해지는 마찰력의 감소 경향은 증가하고 있는 것으로 나타났고, 관경 900mm에서의 마찰력은 약 38% 감소를 보였다. 강모래+fly-ash 혼합 되메움재를 사용할 경우, fly-ash 혼합비 1.5%에서 최소 설치길이의 감소효과는 약 30%, fly-ash 혼합비 3%에서 최소 설치길이의 감소효과는 약 50%로 나타나고 있어, 열 수송관로의 효율적인 시공 및 유지관리가 가능할 것으로 판단된다.
이 연구에서는 열 수송관로 직선부에서 마찰계수의 증가를 통해 관로의 최소 설치길이를 감소시켜, 현장 시공 시 매설깊이의 증가를 억제하고, 충분한 마찰력을 제공함으로써 신축이음관의 설치를 줄여 효율적인 시공이 가능토록 함과 동시에, 곡선부에서는 마찰계수의 감소를 통해 신축흡수재의 수명 연장을 도모하여 열 수송관로의 유지관리의 효율성을 향상시키고자 하는 목적으로, 현재 주로 사용되고 있는 되메움재인 강모래보다 큰 내부마찰각을 가진 되메움재와 작은 내부마찰각을 가진 되메움재를 개발하였다. 곡관부에 타이어 분말 혼합 되메움재를 사용할 경우, 관경이 커질수록 신축흡수재에 가해지는 마찰력의 감소 경향은 증가하고 있는 것으로 나타났고, 관경 900mm에서의 마찰력은 약 38% 감소를 보였다. 강모래+fly-ash 혼합 되메움재를 사용할 경우, fly-ash 혼합비 1.5%에서 최소 설치길이의 감소효과는 약 30%, fly-ash 혼합비 3%에서 최소 설치길이의 감소효과는 약 50%로 나타나고 있어, 열 수송관로의 효율적인 시공 및 유지관리가 가능할 것으로 판단된다.
The objective of this paper is to minimize installation length of pipeline and to reduce burial depth for construction by increasing the friction coefficient caused by the interface between backfill material and pipeline. And then, the sufficient friction coefficient shortens the length of expansion...
The objective of this paper is to minimize installation length of pipeline and to reduce burial depth for construction by increasing the friction coefficient caused by the interface between backfill material and pipeline. And then, the sufficient friction coefficient shortens the length of expansion joint pipe and gives the life extension of expansion joint absorber for efficient procedure regarding maintenance and administration of construction. The backfill material which is developed in this study has larger and smaller friction angle than that of conventional backfill material (river sand). The backfill material with tire powder provides low friction angle at curved section when pipe diameter increases in size (38% reduction at pipe diameter in 900 mm). When using backfill material with river sand and fly-ash, the mixture mixed with 1.5% fly-ash has 30% and that with 3% fly-ash has 50% reduction effect for minimum installation length of expansion joint pipe.
The objective of this paper is to minimize installation length of pipeline and to reduce burial depth for construction by increasing the friction coefficient caused by the interface between backfill material and pipeline. And then, the sufficient friction coefficient shortens the length of expansion joint pipe and gives the life extension of expansion joint absorber for efficient procedure regarding maintenance and administration of construction. The backfill material which is developed in this study has larger and smaller friction angle than that of conventional backfill material (river sand). The backfill material with tire powder provides low friction angle at curved section when pipe diameter increases in size (38% reduction at pipe diameter in 900 mm). When using backfill material with river sand and fly-ash, the mixture mixed with 1.5% fly-ash has 30% and that with 3% fly-ash has 50% reduction effect for minimum installation length of expansion joint pipe.
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문제 정의
이외의 여러 가지 혼합재료을 시도하였으나, Fly-ash보다 저렴하고 내부마찰각 증가 효과가 Fly-ash만큼 효율적인 혼화재료는 없는 것으로 나타났다. 따라서 이하에서는 Fly-ash 혼합재료에 대해 검토한다. Table 5와 Fig.
이외의 여러 가지 혼합재료을 시도하였으나, 타이어 분말보다 내부마찰각이 감소되는 혼화재료는 없는 것으로 나타났다. 따라서 이하에서는 타이어 분말 혼합재료에 대해 검토한다. Table 3과 Fig.
, 2003). 본 연구에서는 기존 되메움재로 사용되고 있는 강모래의 마찰계수보다 높은 마찰계수를 가진 되메움재(직선부)와 낮은 마찰계수를 가진 되메움재(곡관부) 총 두 종류의 되메움재 개발을 위하여 강모래와, 혼화재의 종류와 혼합비 등을 달리한 혼합 되메움재에 대한 마찰특성을 분석하였다.
본 연구에서는 마찰계수의 상승를 통해 지역난방용 열 수송관로의 직선부 최소 설치길이 감소와 마찰계수의 감소를 통한 신축흡수재의 수명 연장의 목적으로 현재 주로 사용되고 있는 되메움재인 강모래의 내부마찰각보다 큰 내부마찰각을 가진 되메움재와 작은 내부마찰각을 가진 되메움재, 두 종류의 되메움재를 개발하기 위해 강모래에 혼화재를 혼합하여 혼화재 종류와 혼합비, 시험조건 등을 달리하여 내부마찰각의 변화를 검토하였다. 다만, 개발되는 되메움재의 사용이 침하 등 향후 유지관리에 악영향을 끼치지 말아야 한다는 전제조건이 있다.
본 연구에서는 열 수송관로 직선부에서 마찰계수의 증가를 통해 관로의 최소 설치길이를 감소시켜 현장 시공 시 매설깊이의 증가를 억제하고, 충분한 마찰력을 제공함으로써 신축이음관의 설치를 줄여 효율적인 시공이 가능토록 함과 동시에, 곡선부에서는 마찰계수의 감소를 통해 신축흡수재의 수명 연장을 도모하여 열 수송관로의 유지관리의 효율성을 향상시키고자 하는 목적으로 현재 주로 사용되고 있는 되메움재인 강모래보다 큰 내부마찰각을 가진 되메움재와 작은 내부마찰각을 가진 되메움재를 개발하였다. 개발된 두 종류의 되메움재에 대한 일련의 실험 및 실험결과 분석을 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
이 시험조건에서의 강모래의 내부마찰각은 40°로 나타났다. 이하에서는 강모래에 혼화재를 혼합한 혼합재료에의 내부마찰각의 변화추이를 통해 열수송관로의 최적되매움재에 대해 검토한다. Table 2에 대표적 으로 사용한 혼화재와 시험조건을 나타내었다.
제안 방법
시험에 사용한 강모래 시료는 수정다짐시험을 통하여 구한 최대건조단위중량(γdmax)과 최적함수비(OMC)에 맞추어 제작하였다.
대상 데이터
시험에 사용한 시료는 강모래 100%시료의 최대건조단위중량(γdmax)과 최적함수비(OMC) 에 맞추어 제작하였고 혼합비 및 시험결과는 Table 5에 정리하였다.
시험에 사용한 시료는 강모래100%시료의 최대건조단위중량(γdmax)과 최적함수비(OMC)에 맞추어 제작하였고 혼합비 및 시험결과는 Table 3에 정리하였다.
이 연구에서 사용된 강모래는 전북 임실군 오수면에서 채취한 것으로, 지역난방 수송관로 되메움재 외에도 시공 현장에서 다양한 목적으로 사용되고 있다. Table 1은 강모래의 물리적 특성이고, Fig.
성능/효과
(1) 침하 경향 등의 특성이 강모래에 비해 열악하지 않고, 내부마찰각이 강모래에 비해 작게 도출된 되메움재는 강모래+타이어 분말인 것으로 조사되었고, 혼합비가 증가함에 따라 내부마찰각은 선형비례 감소하는 경향을 보이나, 혼합비 15% 이상이 되면 다시 증가하는 경향을 보인다.
(2) 곡관부에 타이어 분말 혼합 되메움재를 사용할 경우, 관경이 커질수록 신축흡수재에 가해지는 마찰력의 감소 경향은 증가하고 있는 것으로 나타났고, 관경 900mm에서의 마찰력은 약 38% 감소를 보였다.
(3) 강모래+Fly-ash 혼합 되메움재를 사용할 경우, Fly-ash 혼합비 1.5%에서 최소 설치길이의 감소효과는 약 30%, Fly-ash 혼합비 3%에서 최소 설치길이의 감소 효과는 약 50%로 나타나고 있어, 열 수송관로의 호율적인 시공 및 유지관리가 가능할 것으로 기대된다.
14는 곡관부에 타이어 분말 혼합 되메움재를 사용할 경우 마찰력의 감소 경향을 나타낸 것이다. 관경이 커질수록 마찰력의 감소 경향은 증가하고 있는 것으로 나타나고 있고, 관경 900mm에서의 마찰력은 약 38% 감소를 나타내고 있다. 타이어 분말 혼합 되메움재 대신에 내부마찰각이 작은 점토를 사용할 경우에는 Fig.
그림에서 Fly-ash를 3%정도 혼합에 의해 내부 마찰각이 25%정도 증가하고 있음을 알 수 있다. 이외의 여러 가지 혼합재료을 시도하였으나, Fly-ash보다 저렴하고 내부마찰각 증가 효과가 Fly-ash만큼 효율적인 혼화재료는 없는 것으로 나타났다. 따라서 이하에서는 Fly-ash 혼합재료에 대해 검토한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
열 팽창력에 의한 신축을 해소하는 방법은 어떻게 나눌 수 있는가?
열 팽창력에 의한 신축을 해소하는 방법에는 Fig. 2와 같이 신축을 허용하는 방법과 신축을 억제하는 방법 두 가지로 나눌 수 있다. 신축을 허용하는 방법은 신축이음관(Expansion joint)을 설치 하여 관로의 팽창과 수축을 자유롭게 함으로써 열 팽창력에 의한 신축을 해소시키고, 신축을 허용하지 않는 방법은 되메움재와 관로 표면사이의 마찰력을 이용하여 신축을 억제 시키게 된다(Kim, 2004).
마찰계수가 관로표면과 되메움재 사이의 마찰력의 고려에 있어서 가장 중요한 이유는?
4와 같이 설치한다. 그러나 신축흡수재 역시 반복 적인 온수의 운동에너지와 그에 따른 신축흡수재 표면과 되메움재 사이의 마찰로 인해 탄력을 잃고 본연의 기능을 상실하가 때문에 결국 곡관부 표면이 파손되거나 변형되기 전에 교체해주어야 한다(Kim, 2011). 이러한 이유로 관로표면과 되메움재 사이의 마찰력은 대한 고려가 매우 중요하고 이러한 관로표면과 되메움재 사이의 마찰력의 고려에 있어서 가장 중요한 것은 마찰계수(μ)이다.
신축을 허용하는 방법이란?
2와 같이 신축을 허용하는 방법과 신축을 억제하는 방법 두 가지로 나눌 수 있다. 신축을 허용하는 방법은 신축이음관(Expansion joint)을 설치 하여 관로의 팽창과 수축을 자유롭게 함으로써 열 팽창력에 의한 신축을 해소시키고, 신축을 허용하지 않는 방법은 되메움재와 관로 표면사이의 마찰력을 이용하여 신축을 억제 시키게 된다(Kim, 2004). 현재 한국지역난방공사에서 열 팽창력에 의한 신축을 해소하는 방법은 지중매설을통해 신축을 허용하지 않는 방법으로써 신축이 허용되지 않기 위해서는 관로표면과 되메움재 사이의 마찰력과 관로의 열 팽창력이 서로 같거나 관로표면과 되메움재 사이의 마찰력이 더 커야 한다.
참고문헌 (6)
Arbeitsgemeinschaft fur Fernwarme e.V. (1991), The Plastics which It uses from District Heating-The Combination PE Tube, Korea District Heating Corporation.
Kim, J. H. (2004), "The Relief Method of Thermal Stress induced by Temperature Change of District Heating Water in underground Pre-insulated Pipe", The Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, Vol.2004, pp.224.
Kim, J. Y., Kim, H. B., Ko, H, I., An, Y. M., Cho, C. D. (2009), "Design Validation and Improvement of District Heating Pipe Using FE Simulation", The Korean Society of Mechanical Engineers, Vol.33, No.4, pp.337-345.
Kim, J. Y. (2011) A Study on the Reinforced Bends with Transverse Load Carrying Capacity for Pre-Insulated Bonded Pipes in District Heating, Ph.D. Thesis, Inha University Graduate school.
Lee, H., Kim, Y. H. (1999), "District Heating Networks Maintenance", The Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, Vol.1999, pp.59-77.
Namkoong, C. K., Shin, B. K. (2003) "A Study on the Power of Friction on the Underground Piping for the District Heating", Korean Society of Machine Tool Engineers, Vol.2003, pp.68-72.
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