동절기에 타설되는 대부분의 콘크리트 구조물에서 가설 초기단계에서의 양생방법의 선정은 매우 중요한 요소이다. 동절기에는 초기균열과 강도저하를 방지하기 위하여 열선과 조강시멘트를 이용한 발열양생방법을 주로 적용하게 된다. 하지만 그 적용기법의 단순화 및 경험적 판단에의 의존으로 인하여 대부분의 건설현장에서 최적의 양생방법을 선정하지 못하고 있는 실정이다. 이에 따라 본 논문에서는 비정상상태의 열전달 해법을 통하여 가장 적절한 열선의 가열온도, 기간, 열선 배치간격을 선정하는 평가 알고리즘을 개발하였다. 이를 위하여 관리 매개변수에 주안점을 둔 구조해석 시스템을 통한 사용자 중심의 OOP루틴을 적용하였다. 본 시스템에서는 입력모듈, DB모듈, DB저장 모듈, 해석모듈 및 결과분석모듈로 구분하였으며, 각 모듈간의 연계는 visual c# 루틴으로 처리하였다. 또한 그래픽 인터페이스와 DB 테이블은 사용자 편의성을 고려하여 개발하였다.
동절기에 타설되는 대부분의 콘크리트 구조물에서 가설 초기단계에서의 양생방법의 선정은 매우 중요한 요소이다. 동절기에는 초기균열과 강도저하를 방지하기 위하여 열선과 조강시멘트를 이용한 발열양생방법을 주로 적용하게 된다. 하지만 그 적용기법의 단순화 및 경험적 판단에의 의존으로 인하여 대부분의 건설현장에서 최적의 양생방법을 선정하지 못하고 있는 실정이다. 이에 따라 본 논문에서는 비정상상태의 열전달 해법을 통하여 가장 적절한 열선의 가열온도, 기간, 열선 배치간격을 선정하는 평가 알고리즘을 개발하였다. 이를 위하여 관리 매개변수에 주안점을 둔 구조해석 시스템을 통한 사용자 중심의 OOP 루틴을 적용하였다. 본 시스템에서는 입력모듈, DB 모듈, DB저장 모듈, 해석모듈 및 결과분석모듈로 구분하였으며, 각 모듈간의 연계는 visual c# 루틴으로 처리하였다. 또한 그래픽 인터페이스와 DB 테이블은 사용자 편의성을 고려하여 개발하였다.
For almost of concrete structures by placing in cold weather, it is very important that the selection of curing method at early aged construction stage. The Exothermic curing method with hot wire and rapid hardening cement is used mostly to prevent the initial cracks and the strength decrease. Most ...
For almost of concrete structures by placing in cold weather, it is very important that the selection of curing method at early aged construction stage. The Exothermic curing method with hot wire and rapid hardening cement is used mostly to prevent the initial cracks and the strength decrease. Most of the construction sites, however, have not been applied to the optimal curing method caused by the simple approaches and the empirical judgements. Therefore, this paper has proposed a evaluation algorithm of the exothermic curing method for representing heating temperature, period, position of hot wire by analyzing the transient heat transfer solution. This has been implemented, moreover, using an object oriented programming language to develop structural analysis system taking account risk parameters. This system is composed of input module, database module, database store module, analysis module, and result generation module. Linkage interface between the central database and each of the related module is implemented by the visual c# concept. Graphic user interface and the relational database table are supported for user's convenience.
For almost of concrete structures by placing in cold weather, it is very important that the selection of curing method at early aged construction stage. The Exothermic curing method with hot wire and rapid hardening cement is used mostly to prevent the initial cracks and the strength decrease. Most of the construction sites, however, have not been applied to the optimal curing method caused by the simple approaches and the empirical judgements. Therefore, this paper has proposed a evaluation algorithm of the exothermic curing method for representing heating temperature, period, position of hot wire by analyzing the transient heat transfer solution. This has been implemented, moreover, using an object oriented programming language to develop structural analysis system taking account risk parameters. This system is composed of input module, database module, database store module, analysis module, and result generation module. Linkage interface between the central database and each of the related module is implemented by the visual c# concept. Graphic user interface and the relational database table are supported for user's convenience.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 논문에서는 열선을 사용한 발열양생방법에 있어서의 시공진행과정을 시스템적으로 개발하고자 한다. 동절기의 외기온도에 따라 열선의 가열온도, 배치 간격에 대한 사전 시뮬레이션을 수행하여 피드백이 가능하도록 하며, 관련 설계기준에 따른 시공관리항목들을 만족하도록 하는 체계를 구축하고자 한다. 또한 구조해석에 필요한 자료들과 해석결과를 효율적으로 관리하기 위한 DB를 설계하고, 사용자가 편리하게 구조 해석을 실행할 수 있는 통합 구조해석 시스템을 개발하고자 한다.
따라서 본 논문에서는 열선을 사용한 발열양생방법에 있어서의 시공진행과정을 시스템적으로 개발하고자 한다. 동절기의 외기온도에 따라 열선의 가열온도, 배치 간격에 대한 사전 시뮬레이션을 수행하여 피드백이 가능하도록 하며, 관련 설계기준에 따른 시공관리항목들을 만족하도록 하는 체계를 구축하고자 한다.
동절기의 외기온도에 따라 열선의 가열온도, 배치 간격에 대한 사전 시뮬레이션을 수행하여 피드백이 가능하도록 하며, 관련 설계기준에 따른 시공관리항목들을 만족하도록 하는 체계를 구축하고자 한다. 또한 구조해석에 필요한 자료들과 해석결과를 효율적으로 관리하기 위한 DB를 설계하고, 사용자가 편리하게 구조 해석을 실행할 수 있는 통합 구조해석 시스템을 개발하고자 한다. 개발된 시스템은 사용자에게 편리하도록 GUI 환경을 제공하기 위하여 통합 프로그래밍 개발도구를 사용하였다.
본 논문에서는 동절기 콘크리트 구조물의 타설 시 발 생되는 초기균열, 강도저하 및 차기 작업 시 안전한 작업환경을 유지하기 위한 각종 위험요소를 토대로 하여 건설현장에서 보다 효율적으로 열선을 사용한 발열양생 작업방식을 선정하여 수행할 수 있도록 하는 발열양생 평가시스템을 개발하였다.
본 논문은 동절기에 콘크리트 구조물의 초기타설 이후 품질관리를 목적으로 하므로 품질안전 관리항목으로서 수화열이 가장 중요하다. 이에 따라 초기양생의 과정에 있어서 콘크리트표준시방서의 한중 콘크리트 적용 시 반드시 고려해야 하는 기준을 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
또한 구조해석에 필요한 자료들과 해석결과를 효율적으로 관리하기 위한 DB를 설계하고, 사용자가 편리하게 구조 해석을 실행할 수 있는 통합 구조해석 시스템을 개발하고자 한다. 개발된 시스템은 사용자에게 편리하도록 GUI 환경을 제공하기 위하여 통합 프로그래밍 개발도구를 사용하였다.
개발된 해석모듈의 신뢰성을 검증하기 위하여 먼저 2.0×2.0×0.2 m 슬래브를 타설하는 실물모형실험을 수행하였다.
개발하는 시스템은 콘크리트 구조물의 초기양생 해석 프로그램이며, 특히 동절기에 열선을 사용하는 발열 양생에 따른 콘크리트의 품질관리에 대한 평가가 이루어져야 하므로 구조물에 대한 시간의존적 비정상 열전달 해석(transient heat transfer analysis)[2]을 수행하여야 한다. 시스템의 구조는 [그림 2]와 같이 입력모듈, DB 모듈, DB 저장모듈, 해석모듈, 그리고 결과분석모듈로 구성되어 있다.
구조물은 2층 구조로 200 mm 두께의 슬래브를 넓은 면적에 걸쳐 일체로 타설하며, 동절기 신속양생을 위하여 조강시멘트를 적용하고, 콘크리트 배합조건은 [표 4]와 같다. 대류조건은 측면으로는 대류가 발생하지 않으며 상하부로만 대류가 발생하도록 하여 [표 5]와 같이 설정하였으며, 관리 매개변수는 균열등급 C, 강도 등급 C, 온도등급 A로 설정하였다.
실제 구조물 타설에 적용하기 위하여 [표 6]과 같이 기본 해석조건을 설정하고, 외기온도 –5℃와 –10℃에 대하여 열선 배치간격을 조정하면서 [표 6]의 조건을 만족시키는 결과가 도출될 때까지 계속적으로 피드백을 수행하였다.
해석모듈에서 수행된 해석결과들은 DB모듈을 통하여 저장되며 저장된 결과들을 사용자가 접근할 수 있도록 일정한 양식을 갖춘 파일로 생성하는 역할을 수행한다. 이를 통하여 사용자는 [그림 7]과 같이 한컴오피스나 Microsoft Office 등의 각종 에디트 프로그램을 통하여 연계된 추가 작업을 할 수 있으며, [그림 8]과 같이 화면에서 직접 결과들을 보면서 분석할 수도 있도록 구현하였다.
이에 따라 실제 구조물에서는 외기온도 –5℃ 이상에서 타설하도록 하였으며, 열선 배치간격은 900 mm로 설정하여 시공을 실시하였다.
해석모듈에서 사용된 프로그램은 앞서 언급된 바와 같이 국내외 여러 건설현장에서 적용되어 그 신뢰성이 입증된 HeatCon을 적용하여 발열양생 평가루틴을 추가하였으며, 해석모듈의 전체적인 흐름도는 [그림 5]와 같다.
대상 데이터
적용하고자 하는 대상 구조는 충남 소재 S사의 디스 플레이 생산 공장으로서 동절기 타설로 계획되어져 있다[11]. 구조물은 2층 구조로 200 mm 두께의 슬래브를 넓은 면적에 걸쳐 일체로 타설하며, 동절기 신속양생을 위하여 조강시멘트를 적용하고, 콘크리트 배합조건은 [표 4]와 같다. 대류조건은 측면으로는 대류가 발생하지 않으며 상하부로만 대류가 발생하도록 하여 [표 5]와 같이 설정하였으며, 관리 매개변수는 균열등급 C, 강도 등급 C, 온도등급 A로 설정하였다.
이론/모형
시스템의 구조는 [그림 2]와 같이 입력모듈, DB 모듈, DB 저장모듈, 해석모듈, 그리고 결과분석모듈로 구성되어 있다. 본 논문의 해석시스템의 개발툴은 Microsoft Visual Studio C# 통합개발도구를 사용하여 구현하였으며, 발열양생 평가 프로그램은 국내외 여러 건설현장에서 적용되어 그 신뢰성이 입증된 HeatCon 프로그램[3]을 적용하였고, 데이터베이스는 Microsoft Access 2000의 DBMS(data base management system) 을 사용하였다.
성능/효과
이를 해석결과와 비교하면 [그림 10]과 같이 거의 유사한 온도분포를 보이고 있음을 알 수 있다. 따라서 본 해석모듈에 의한 결과는 실제 실험결과와 비교해 볼 때 신뢰성을 확보하고 있는 것으로 나타났다.
이러한 발열양생 평가시스템에 의하여 도출된 방식을 적용하여 현장에서 실제로 구조물을 타설하여 양생을 한 결과 극소수의 부분적인 미세균열만 일부 존재하는 것으로 나타나 당초 계획하였던 균열지수 1.0(균열 등급 C) 기준 및 강도기준에 모두 부합하고 있어 본 시스템의 신뢰성을 입증할 수 있었다.
평가시스템의 결과에 따르면 외기온도 –5℃일 경우 열선 배치간격 800 mm 및 1,000 mm에서 모두 기본 해석조건을 만족하는 것으로 나타났으며, 외기온도 –10℃일 경우에는 배치간격을 600 mm로 설정해야 기본 해석조건을 만족시키는 것으로 나타났다.
후속연구
다만 아직까지는 시스템이 개발되어 DB 축적 초기단계에 있기 때문에 DB자료의 활용성은 다소 떨어지지만, 향후 많은 건설공사에 적용되어 어느 정도 DB가 축적되고 나면 더욱 더 체계적이고 신뢰성 높은 시스템이 완성될 수 있을 것이다.
이에 따라 본 논문에서 제시한 관리 매개변수로부터 수행되는 발열양생 평가시스템은 아직까지 실제 건설 현장에서 정량적이고 체계적인 평가 및 선정시스템이 존재하지 않는 현 시점에서 볼 때 보다 안전하고 체계적으로 구조물을 건설할 수 있는 시공방식에 대한 가이드라인이 될 것이며, 또한 모든 구조물에서 가장 기본이 되는 자료들을 DB화하는 전산관리시스템을 도입하여 활용할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콘크리트의 특징은 무엇인가?
콘크리트는 토목, 건축을 망라하는 모든 건설 구조물에 폭넓게 적용되어 사용되고 있으며, 다른 구조물들과 마찬가지로 콘크리트 구조물 역시 일반적으로 사용성 (serviceability), 안전성(safety), 내구성(durability)을 만족시키는 조건에서 설계와 시공을 진행하게 된다. 특히 시공 시에는 건설공사 도중 작업자의 안전한 작업환경을 유지시켜야 하며, 구조물이 완공된 이후 발생되는 유지관리(maintenance) 및 내구성(durability)의 측면을 고려하여 시공 초기에 발생되는 균열 등에 대한 관리의 중요성이 높아지고 있는 상황이다.
온도균열지수란 무엇인가?
온도균열지수는 일반적인 콘크리트 구조물에서 수화열에 따른 양생의 적절성 및 적합성을 평가하는 가장 중요한 요소로 평가되고 있으므로 균열 등급의 선정은 온도균열지수의 값으로 구분하고자 하며, 콘크리트표준시방서[1]에 근거하여 [표 1]과 같이 5등급으로 구분한다.
콘크리트표준시방서의 한중 콘크리트 적용 시 반드시 고려해야 하는 기준은 무엇인가?
1) 콘크리트 타설시 타설온도는 최소 5℃ 이상으로 함
2) 소요 압축강도인 5 MPa이 도달할 때까지 콘크리트는 5℃ 이상을 유지
3) 소요 압축강도에 도달한 후 최소 2일간 콘크리트는 0℃ 이상을 유지
참고문헌 (11)
한국콘크리트학회, 콘크리트표준시방서, 국토해양부, 2009.
이태규, "매트기초 건설을 위한 양생방법 선정시스템," 한국콘텐츠학회논문지, 제12권, 제8호, pp.366-372, 2012.
S. W. Park and Y. R. Kim, "Interconversion between Relaxation Modulus and Creep Compliance for Viscoelastic Solids," Journal of Materials in Civil Engineering, Vol.11, No.1, pp.76-82, 1999.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.