프리스트레스 손실량을 고려한 270,000kL급 LNG 저장탱크 외조의 비산물체 속도에 따른 충돌 거동 해석 Analysis Evaluation of Impact Behavior of 270,000kL LNG Storage Outer Tank from Prestress Force Loss원문보기
LNG 저장탱크의 외조는 콘크리트 부재로 수직 방향 및 원환 방향 프리스트레싱 벽체 구조인데, 저장탱크의 대형화가 이루어짐에 따라 프리스트레싱 구간이 길어지고 결과적으로 프리스트레스 손실량이 증가하고 있다. 본 연구는 주요 사회기반시설구조물의 하나인 LNG 저장탱크에 비행체 충돌과 같은 사고가 발생하였을 때 안전성 향상을 위하여 충돌 저항 성능에 대한 분석연구를 수행하였다. 해석은 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하여 270,000kL급 LNG 저장탱크 외조의 비산물체 충돌에 대한 거동을 평가해보고자 하며, 해석 시 LNG 저장탱크의 대형화로 인한 PS 텐던의 길이증가에 따른 프리스트레스 손실 또한 고려될 것이다. 또한 프리스트레스 손실의 적용 유무에 따른 비산 물체 충돌에 대한 PSC 구조물의 거동 비교를 통해 구조물의 안전성 및 사용성을 평가해보고자 한다. 이 연구의 결과를 통해 프리스트레스 손실량의 적용에 따른 구조물의 거동 변화를 확인하고, 설계시 안전성 기준 및 검토의 보조자료로 활용할 수 있도록 하고자 한다.
LNG 저장탱크의 외조는 콘크리트 부재로 수직 방향 및 원환 방향 프리스트레싱 벽체 구조인데, 저장탱크의 대형화가 이루어짐에 따라 프리스트레싱 구간이 길어지고 결과적으로 프리스트레스 손실량이 증가하고 있다. 본 연구는 주요 사회기반시설구조물의 하나인 LNG 저장탱크에 비행체 충돌과 같은 사고가 발생하였을 때 안전성 향상을 위하여 충돌 저항 성능에 대한 분석연구를 수행하였다. 해석은 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하여 270,000kL급 LNG 저장탱크 외조의 비산물체 충돌에 대한 거동을 평가해보고자 하며, 해석 시 LNG 저장탱크의 대형화로 인한 PS 텐던의 길이증가에 따른 프리스트레스 손실 또한 고려될 것이다. 또한 프리스트레스 손실의 적용 유무에 따른 비산 물체 충돌에 대한 PSC 구조물의 거동 비교를 통해 구조물의 안전성 및 사용성을 평가해보고자 한다. 이 연구의 결과를 통해 프리스트레스 손실량의 적용에 따른 구조물의 거동 변화를 확인하고, 설계시 안전성 기준 및 검토의 보조자료로 활용할 수 있도록 하고자 한다.
LNG storage outer tank is a vertically and horizontally prestressed concrete wall structure. Therefore, when the storage tanks become larger, prestressing tendons become longer and eventually the prestressing loss becomes larger. Also, recently, bomb terrors and accidental crashes have occurred freq...
LNG storage outer tank is a vertically and horizontally prestressed concrete wall structure. Therefore, when the storage tanks become larger, prestressing tendons become longer and eventually the prestressing loss becomes larger. Also, recently, bomb terrors and accidental crashes have occurred frequently on important infrastructures. Therefore, LNG storage tanks are also exposed to these dangerous scenarios, where they need to be evaluated and protected from these threats. Therefore, in this study, the behavior of 270,000 kL LNG storage outer tank impacted by a flying object is evaluated using implicit FEM code, LS-DYNA. In the analysis, the prestress loss due to the increased length of prestressing tendons from enlargement of outer tank is considered. A comparison study between the LNG tanks with and without prestress loss is performed to investigate the impact behavior and the effect of prestressing force change on the safety and serviceability prestressed concrete containment.
LNG storage outer tank is a vertically and horizontally prestressed concrete wall structure. Therefore, when the storage tanks become larger, prestressing tendons become longer and eventually the prestressing loss becomes larger. Also, recently, bomb terrors and accidental crashes have occurred frequently on important infrastructures. Therefore, LNG storage tanks are also exposed to these dangerous scenarios, where they need to be evaluated and protected from these threats. Therefore, in this study, the behavior of 270,000 kL LNG storage outer tank impacted by a flying object is evaluated using implicit FEM code, LS-DYNA. In the analysis, the prestress loss due to the increased length of prestressing tendons from enlargement of outer tank is considered. A comparison study between the LNG tanks with and without prestress loss is performed to investigate the impact behavior and the effect of prestressing force change on the safety and serviceability prestressed concrete containment.
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문제 정의
3과 같다. PS 텐던과 철근의 배치는 벽체 내 배치 위치에 따라 달라지며 벽체 모델링 시 그 배치를 모두 반영하여 실제 벽체에 가까운 모델을 구현하고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 벽체에 충돌에 의해 발생한 최대 응력 σmax와 위에서 구한 바와 같은 충돌하중에 대한 한계허용응력(하중) #을 비교하여 비산 물체의 외부충돌하중에 대한 PSC 저장탱크 외조 벽체의 충돌 영향 평가를 실시하고자 하며, 그 결과를 Table 5에 명시하였다.
따라서 본 연구에서는 위와 같은 BS 7777 코드의 충돌 시나리오를 기준으로 해석을 수행하여 LNG 저장탱크의 충돌에 대한 전체 구조물의 거동을 살펴본 후, 충돌체의 속도 및 크기에 대한 구조물의 충돌 거동 변화를 추가적으로 살펴보기 위해 구조물의 충돌 안전성 평가를 위한 최대 하중을 선정하고자 한다.
본 연구에서는 설정한 가상 시나리오에 따른 저장탱크 외조의 거동분석을 동적 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA로 수행하였다[10]. 먼저 LNG 저장탱크와 비산물체의 크기 및 충돌속도에 따른 거동을 LS-DYNA를 이용한 유한요소 해석을 통해 평가하여 LNG 저장탱크의 안전성을 검토하고자 한다. 또한 270,000kL급 저장탱크의 대형화에 따른 프리스트레스 손실량 적용 유무에 따른 충돌 거동 해석을 통해 향후 프레스트레스 격납 구조물의 설계 시 안전성 기준 및 검토의 보조 자료로 활용할 수 있도록 하고자 한다.
본 연구에서 LNG 저장탱크 외조 벽체에 대한 비산물체 시뮬레이션을 수행하여 외조 벽체의 외부충돌하중에 대한 저항 성능을 평가하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 이와 같은 응력거동을 보이고 있는 구조물의 외부충돌하중 영향 평가를 다음과 같이 수행하고자 한다. PSC 저장탱크 구조물의 설계 시 외부충돌하중과 같은 극한한계상태에서는 콘크리트에 부분재료계수 1.
229이다. 실제 프리스트레스트 콘크리트에 작용하는 극한하중에 대한 강도증진효과는 콘크리트 뿐 만 아니라, 철근 및 텐던의 강도증진 효과가 발생할 것이나, 본 연구에서는 극한상황에 대해서 고려하기 위하여 콘크리트의 강도증진효과만을 고려하였다[13].
하지만 본 연구에서는 가스탱크의 용량이 증가함에 따라 텐던의 길이 증가에 따른 프리스트레스 손실을 도입함으로써, 이것이 구조물의 충돌 거동에 미치는 영향을 평가해 보고자 한다. 이때 한쪽 부벽으로부터 P0 로 설정하고 마찰에 의한 길이 방향의 손실을 모델링 시 도입하고자 한다.
강체로 비산물체를 모델링하였기 때문에 충돌이 매우 짧은 순간 발생하였다가 비산물체가 바로 튕겨나감에 따라 외부 충돌하중이 벽체 후면까지 충분히 전달되지 못해, 충돌하중에 비해 벽체에 발생한 변위가 충분히 발생하지 못한 것으로 보인다. 하지만 충돌에 의한 변위그래프가 구조물의 충돌 거동을 잘 반영하고 있다고 판단되는 바, 변위 자체의 크기보다는 변위의 변화 추이를 통해 PSC 저장탱크의 충돌 거동을 예측해 보고자 한다.
가설 설정
충돌 해석 시 프리스트레싱 하중은 초기 조건으로 설정하여야 하므로 LS-DYNA의 Initial_Stress_Beam 옵션을 통해 프리스트레싱 하중을 적용시켰다. Initial Stress Beam 옵션을 사용하는 경우 빔 요소(beam element)에 적용시킨 힘이 초기 조건으로 계산된 후 일정하게 유지된다고 가정된다.
충돌은 정상적인 가동상태에서 발생하는 것으로 가정하였으며, 정상가동 상태에서 LNG 저장탱크 외조는 자중, 프리스트레싱 하중, 내압 및 온도하중 등을 받고 있다. 이 중에서 정상가동시의 내압은 크기가 작고 또한 외부 충돌 하중에 대하여 역방향으로 작용하므로 무시하였다.
제안 방법
(2) 벽체 손상에 대해 자체적으로 충돌 영향 평가 기준을 설정하고, 이 손상에 관한 충돌 영향 평가를 실시하여 이를 만족시키는 수준에서의 비산물체의 최대 속도 및 크기를 도출함으로써 프리스트레스 손실을 도입한 경우에 대한 새로운 외부충돌하중 시나리오를 설정하였다.
4.2 장에서 텐던의 길이에 따른 프리스트레스 손실이 도입되지 않은 h=30m 충돌위치에서의 벽체 상부면에서의 충돌 영향 평가를 통해 PSC 저장탱크 외조 벽체의 손상에 관한 안전성을 만족하는 비산물체의 최대 속도 및 크기는 60 m/sec와 지름 2m으로 결정하였다. 즉, 본 충돌 해석에서는 저장탱크의 외조 벽체에 마찰에 의한 손실이 반영된 프리스트레스 하중을 도입하여 모델링하였으며, 질량 2000 kg, 지름 2 m, 속도 60 m/s을 가진 비산물체를 벽체에 수직으로 충돌시켜 구조물의 충돌 거동을 예측해 보았다.
3차원 모델링에서는 벽체 등에 대한 모델링을 쉘 요소(Shell element)의 2차원 요소를 사용할 수 있으나 이 경우 해석 시간이 비교적 빠른 장점을 갖지만 접합부에서의 강성 중복 문제 등 구조물의 이상화에 따른 문제점들을 해결해야 하는 등의 주의를 요하게 된다. 따라서 본 연구에서는 Hypermesh 11.0을 사용하여 콘크리트 단면을 입체 솔리드 요소(Solid element)로 모델링하였으며 콘크리트, 철근, 텐던 등의 재료의 실제 물성치 및 비선 형성을 모두 고려하였다.
또한 이번 해석의 목적은 국부적 충돌 거동인 아닌, 구조물의 전체적 거동을 확인하고자 하는 것이므로 철근의 자세한 모델링이 필요하지는 않다고 판단되었다. 따라서 철근은 하나하나 개별적으로 모델링하지 않고 분포시켜 이상화하였으며 분포된 철근은 철근의 직경, 간격, 콘크리트 두께상의 위치 등을 엄밀하게 고려하기 위해 쉘 요소(shell element)를 이용하여 콘크리트 요소 내에 묻는 방식을 사용하였다.
또한 콘크리트는 재료 특성상 콘크리트 구조물에 가해지는 하중에 대한 에너지를 흡수하므로 충돌 하중에 대한 변형량과 충격력 사이의 상관관계를 찾기 어렵다. 따라서 충돌 시나리오에서 제시한 직경 1.0m의 충돌 면적에 충격력을 가해주는 방법 대신, 직접 2000kg의 질량을 가진 직경 1.0m의 충돌체를 모델링 하고 해석 프로그램인 LSDYNA의 접촉 알고리즘(Contact Algorithm; Contact Automatic One Way Surface to Surface)을 이용하여 저장탱크 외조의 벽체와 충돌체 사이의 경계 면을 구성하였다.
충돌 하중은 비대칭 하중이므로 구조물 전체의 거동을 확인하기 위해서는 풀 모델링이 필요하다. 따라서 충돌 해석을 위해 Hypermesh 11.0을 이용하여 3D 풀 모델을 구현하였으며 더욱 정확한 예측을 위해 콘크리트를 3D 입체 요소인 솔리드 요소(solid element)로 모델링하였다.
PS 텐던의 경우 철근만큼 밀집된 형태는 아니므로 개개의 텐던을 요소처럼 모델링하는 것이 바람직하다. 따라서 텐던은 1D 요소를 사용하여 콘크리트 내에 텐던의 배치 및 규격을 고려하여 묻는 방식으로 모델링하였다. 충돌 해석 시 프리스트레싱 하중은 초기 조건으로 설정하여야 하므로 LS-DYNA의 Initial_Stress_Beam 옵션을 통해 프리스트레싱 하중을 적용시켰다.
바닥판 슬래브는 수직방향 텐던이 벽체로부터 내려와 고정되는 위치이므로 벽체와 바닥판을 고정시켜 모델링하였다. 또한 바닥판은 말뚝기초에 의해 지지되므로 경계조건으로 바닥판 슬래브를 모두 고정(fix)시킨 후 해석을 수행하였다.
바닥판 슬래브는 수직방향 텐던이 벽체로부터 내려와 고정되는 위치이므로 벽체와 바닥판을 고정시켜 모델링하였다. 또한 바닥판은 말뚝기초에 의해 지지되므로 경계조건으로 바닥판 슬래브를 모두 고정(fix)시킨 후 해석을 수행하였다.
또한 해석 수행 시 콘크리트의 재료 설계에 동적하 중에 대해 변형률 속도에 대한 강도증진계수를 적용해 주었기 때문에 비산물체 충돌하중에 대한 한계허용응력(하중) #은 재료의 한계허용응력(재료) σa에 강도증진계수 γf를 곱한 값을 사용하여 충돌하중에 대한 벽체의 안전성을 평가하고자 한다. 본 연구에서는 김호진(2007)의 연구에서 사용한 강도증진계수를 사용하였는데, 이 증진계수는 실험결과에 기초하여 적용된 강도증진계수를 고충격의 경우 높은 변형률 속도까지 나타낼 수 있도록 연장시킨 것이다. 최대 변형률 속도는 0.
이 밖에 현재까지 다양한 충돌 해석이 수행되었지만, 비산물체 충돌에 대한 LNG 저장탱크의 해석적 거동에 대한 연구는 국내외적으로 찾기 힘들다. 본 연구에서는 설정한 가상 시나리오에 따른 저장탱크 외조의 거동분석을 동적 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA로 수행하였다[10]. 먼저 LNG 저장탱크와 비산물체의 크기 및 충돌속도에 따른 거동을 LS-DYNA를 이용한 유한요소 해석을 통해 평가하여 LNG 저장탱크의 안전성을 검토하고자 한다.
본 연구에서는 주변 환경에 대한 영향을 배제하고, 구조물에 가장 큰 손상을 초래할 것으로 예측되는 충돌부위 및 기존 충돌관련 연구 등을 종합적으로 참고하여 그 위치를 선정하였다.
하지만 본 연구에서는 가스탱크의 용량이 증가함에 따라 텐던의 길이 증가에 따른 프리스트레스 손실을 도입함으로써, 이것이 구조물의 충돌 거동에 미치는 영향을 평가해 보고자 한다. 이때 한쪽 부벽으로부터 P0 로 설정하고 마찰에 의한 길이 방향의 손실을 모델링 시 도입하고자 한다. 손실 후의 최종긴장력을 초기 긴장력 P0 로 설정하였을 때 한쪽 부벽으로부터 α각 만큼 떨어진 곳의 긴장력은 식 (1)로 계산하여 도입한다[12].
2 장에서 텐던의 길이에 따른 프리스트레스 손실이 도입되지 않은 h=30m 충돌위치에서의 벽체 상부면에서의 충돌 영향 평가를 통해 PSC 저장탱크 외조 벽체의 손상에 관한 안전성을 만족하는 비산물체의 최대 속도 및 크기는 60 m/sec와 지름 2m으로 결정하였다. 즉, 본 충돌 해석에서는 저장탱크의 외조 벽체에 마찰에 의한 손실이 반영된 프리스트레스 하중을 도입하여 모델링하였으며, 질량 2000 kg, 지름 2 m, 속도 60 m/s을 가진 비산물체를 벽체에 수직으로 충돌시켜 구조물의 충돌 거동을 예측해 보았다. Fig.
충돌 각도는 BS 7777 코드에서 요구하는 가장 큰 충돌 효과가 나타나는 벽체에 직각방향의 충돌 각도를 설정하였다.
따라서 텐던은 1D 요소를 사용하여 콘크리트 내에 텐던의 배치 및 규격을 고려하여 묻는 방식으로 모델링하였다. 충돌 해석 시 프리스트레싱 하중은 초기 조건으로 설정하여야 하므로 LS-DYNA의 Initial_Stress_Beam 옵션을 통해 프리스트레싱 하중을 적용시켰다. Initial Stress Beam 옵션을 사용하는 경우 빔 요소(beam element)에 적용시킨 힘이 초기 조건으로 계산된 후 일정하게 유지된다고 가정된다.
하지만 본 연구에서는 유한요소해석 프로그램을 사용한 시뮬레이션을 통해 직접 외조 구조물 벽체에 충돌하중을 가해주었으므로 부분재료계수를 적용하여 콘크리트 강도를 감소시킬 필요가 없다고 판단되었으므로 재료의 설계 강도인 fck = 40 MPa 그대로를 재료의 한계허용응력(재료) σa로 설정하였다.
미국전력연구소 EPRI(2002)는 원자력 플랜트의 전격납타입을 대표하는 컨테이너에 대하여 충돌 해석을 수행하였다. 해석은 항공기의 국소 충돌과 「전체적인 충돌」을 평가하는 해석을 수행하였다[6-8].
대상 데이터
본 연구에서 충돌 해석 시 사용한 구조물은 270,000 kL급 LNG 저장탱크 외조로 바닥 슬래브부터 돔형 지붕까지 그 높이가 59.659m이고 벽체와 링빔만 그 높이가 약 48.28m이다. 저장탱크 외조의 내부 반지름은 46.
이론/모형
또한 국내에서는 신상섭 등(2011)이 RC(Reinforced Concrete), SC(Steel-Plate Concrete) 격납구조에 대한 대형 민항기 충돌에 관한 응답해석을 Hydrocode인 Autodyn-3D를 통해 수행하였다[9].
성능/효과
(3) 프리스트레스 손실의 도입 결과 텐던의 배치가 비교적 넓은 벽체 상부면의 충돌 거동에 대해서는 프리스트레스 손실의 도입 유무가 큰 영향을 미치지 않았다. 하지만 텐던의 배치가 매우 촘촘한 벽체 하부면에 대해서는 프리스트레스 손실의 도입 시 텐던의 긴장력 약화로 인해 벽체의 강성이 작아져 변위는 증가하고 응력은 감소하는 불안정한 거동을 보여주었다.
(4) 프리스트레스 손실을 도입함으로써 더욱 정확한 구조물의 충돌 거동을 예측할 수 있었으며, 특히 충돌하중에 취약성을 나타내는 벽체의 하부에 있어서는 그 효과가 증대될 것으로 예상된다.
11에서 볼 수 있듯이 프리스트레스 손실을 도입한 경우와 도입하지 않은 경우가 거의 비슷한 거동을 하고 있으며 최대 변위 및 최대 응력 역시 매우 흡사하게 나타났다. 길이에 따른 마찰 손실을 적용하여 텐던에 도입된 최대 및 최소 프리스트레스의 차이는 약 25% 정도로, 비산물체가 충돌하는 위치에 최소 프리스트레스가 적용되도록 모델링이 되었으므로 PSC 저장탱크 외조 벽체의 충돌에 대한 저항성이 약화되어 충돌 시 프리스트레스 손실이 도입 안 된 경우에 비해 더 큰 변형이 발생될 것으로 예상되었다. 하지만 충돌 해석 수행 결과 시간이력에 따른 변위 및 응력 변화 그래프를 보았을 때 프리스트레스 손실의 도입 유무에 관계없이 매우 유사한 충돌 거동 양상을 보이고 있음을 확인할 수 있었다.
을 비교하여 비산 물체의 외부충돌하중에 대한 PSC 저장탱크 외조 벽체의 충돌 영향 평가를 실시하고자 하며, 그 결과를 Table 5에 명시하였다. 위에서 살펴본 바와 같이 BS 7777 코드의 외부충돌하중 시나리오에 따라 유한요소해석을 실시해 본 결과 충돌 당시 벽체에 순간적으로 발생한 최대 응력은 41.59 MPa로 콘크리트의 한계허용응력인 49.16 MPa보다 작으므로 벽체의 충돌 영향 평가에서 손상에 대해 안전측으로 평가할 수 있다. 이렇게 국부적으로 발생한 집중응력은 구조물 전체로 충격파 형태로 전파되어 벽체의 반발거동에 의해 소실되며, 전파되는 응력은 충돌시의 집중응력에 비해 현저히 작으므로 벽체에 큰 변형을 일으키지 않을 것으로 판단된다.
11(b)을 통해 확인할 수 있었다. 즉, 프리스트레스 손실에 의해 벽체 하부면의 강성이 감소되며 비산물체 충돌 시 벽체에 발생하는 충돌 응력은 감소하였지만 충돌 변위는 증가하는 거동을 보이고 있으므로 결과적으로 프리스트레스 손실은 구조물의 외부충돌하중에 대한 저항성을 약화시킨 것으로 판단된다.
표에서 볼 수 있듯이 비산물체의 충돌 속도 60m/s까지는 충돌 영향 평가 시 LNG 저장탱크 외조 벽체의 손상에 대해 안전측으로 판단할 수 있지만, 그 이상의 속도에서는 최대 응력 값이 외벽의 손상에 대한 한계허용응력 값을 상회하였다. 따라서 지름 2 m 비산물체의 충돌 해석 시 LNG 저장탱크 외조 벽체의 손상에 관해 안전성이 확보되는 수준은 60m/s로 정할 수 있다.
길이에 따른 마찰 손실을 적용하여 텐던에 도입된 최대 및 최소 프리스트레스의 차이는 약 25% 정도로, 비산물체가 충돌하는 위치에 최소 프리스트레스가 적용되도록 모델링이 되었으므로 PSC 저장탱크 외조 벽체의 충돌에 대한 저항성이 약화되어 충돌 시 프리스트레스 손실이 도입 안 된 경우에 비해 더 큰 변형이 발생될 것으로 예상되었다. 하지만 충돌 해석 수행 결과 시간이력에 따른 변위 및 응력 변화 그래프를 보았을 때 프리스트레스 손실의 도입 유무에 관계없이 매우 유사한 충돌 거동 양상을 보이고 있음을 확인할 수 있었다. 이것은 충돌 높이 30m의 위치에는 약 90cm 정도의 넓은 간격으로 텐던이 배치되어 있으며 충돌 시 그 영향이 매우 국부적으로 나타나는 경향으로 미루어 보아 프리스트레스 손실에 의한 충돌 저항성 약화가 충돌 거동에 큰 영향을 미치지 않은 것으로 판단된다.
후속연구
먼저 LNG 저장탱크와 비산물체의 크기 및 충돌속도에 따른 거동을 LS-DYNA를 이용한 유한요소 해석을 통해 평가하여 LNG 저장탱크의 안전성을 검토하고자 한다. 또한 270,000kL급 저장탱크의 대형화에 따른 프리스트레스 손실량 적용 유무에 따른 충돌 거동 해석을 통해 향후 프레스트레스 격납 구조물의 설계 시 안전성 기준 및 검토의 보조 자료로 활용할 수 있도록 하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내 LNG 저장탱크의 설계 및 해석에 대한 연구의 주체는?
특히 국내 LNG 저장탱크의 설계 및 해석에 관한 연구는 한국가스공사 연구개발원과 대우건설 등의 탱크 시공사, 관련 대학 등에 의해 주로 이루어졌다. 한국가스공사연구개발원 등(2001)은 “LNG 저장탱크 지붕 해석 및 설계기술 개발”에서 지붕에 대한 안전기준을 조사, 분석하여 LNG 저장탱크 지붕의 철골구조물 및 콘크리트 구조물의 구조해석을 통한 설계시스템을 구축하였다[2].
우리나라는 세계에서 몇 번째로 LNG 저장탱크 설계 기술을 개발했는가?
세계적으로 LNG 저장의 수요가 증가함에 따라 LNG 저장탱크의 설계와 시공이 건설업계에서도 주목 받고 있으며 우리나라 역시 2001년 세계에서 5번째로 LNG 저장탱크 설계(140,000kL급) 기술을 국산화하였다[1]. 이후 국제적 추세인 저장탱크의 대용량화에 대응하고 LNG 저장탱크의 대형화를 통한 원가절감 및 경쟁력 제고를 위해 2005년 200,000 kL급 LNG 저장탱크 설계 기술을 개발하였으며 현재 270,000kL급 LNG 저장탱크 기술개발에 힘쓰고 있다[1].
LNG 저장탱크 외조 벽체에 대한 비산물체 시뮬레이션의 결과는?
(1) 한국가스공사에 채택하고 있는 BS 7777 코드의 외부충돌하중 시나리오를 바탕으로 구조물의 상부 및 하부에 대한 충돌 해석을 수행한 결과 발생한 응력에 비해 변위는 매우 미소한 크기로 발생하였는데 이는 비산물체를 강체로 모델링하였기 때문에 매우 짧은 순간 충돌이 발생하여 충격력이 벽체 후면까지 전달되지 못했기 때문으로 판단된다.
(2) 벽체 손상에 대해 자체적으로 충돌 영향 평가 기준을 설정하고, 이 손상에 관한 충돌 영향 평가를 실시하여 이를 만족시키는 수준에서의 비산물체의 최대 속도 및 크기를 도출함으로써 프리스트레스 손실을 도입한 경우에 대한 새로운 외부충돌하중 시나리오를 설정하였다.
(3) 프리스트레스 손실의 도입 결과 텐던의 배치가 비교적 넓은 벽체 상부면의 충돌 거동에 대해서는 프리스트레스 손실의 도입 유무가 큰 영향을 미치지 않았다. 하지만 텐던의 배치가 매우 촘촘한 벽체 하부면에 대해서는 프리스트레스 손실의 도입 시 텐던의 긴장력 약화로 인해 벽체의 강성이 작아져 변위는 증가하고 응력은 감소하는 불안정한 거동을 보여주었다.
(4) 프리스트레스 손실을 도입함으로써 더욱 정확한 구조물의 충돌 거동을 예측할 수 있었으며, 특히 충돌하중에 취약성을 나타내는 벽체의 하부에 있어서는 그 효과가 증대될 것으로 예상된다.
참고문헌 (13)
한국가스공사 연구개발원, LNG 저장탱크 국산화 개발 및 상용화, 12-28, (2004)
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신현묵, "프리스트레스 콘크리트", 동명사, (2008)
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