[논문]슬래브-기둥 접합부의 구속도 및 드롭패널에 따른 방폭 성능 평가

임광모; 이주하

doi:10.12652/ksce.2017.37.2.0451

슬래브-기둥 접합부의 구속도 및 드롭패널에 따른 방폭 성능 평가
Evaluation of Blast Resistance of Slab-Column Connections According to the Confinement Effects and Drop Panel 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.37 no.2, 2017년, pp.451 - 457

초록
AI-Helper

본 연구에서는 폭발하중을 받는 슬래브-기둥 접합부의 거동을 해석적으로 분석하였다. 슬래브-기둥의 거동을 분석하기 위해 유한요소해석프로그램 LS-DYNA를 사용하여 폭발해석을 수행하였다. 대상 접합부의 형태는 일반적인 내부기둥형태의 슬래브-기둥 접합부와 기둥주위에 드롭패널(drop panel)을 보강한 접합부로 설정하였다. 또한, 슬래브에 의한 기둥의 구속도에 따라 내부기둥, 외부기둥 그리고 모서리기둥 시험체를 모델링하여 비교분석이 수행되었다. 해석결과는 접합부의 파괴형상, 단위부재의 거동 등을 포함하고 있다. 해석결과 드롭패널을 보강한 경우 슬래브-기둥 접합부의 거동이 향상되는 것을 확인하였으며 슬래브에 의한 기둥의 구속도가 감소할수록 거동이 저하되는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The numerical analysis was conducted to evaluate the behavior of slab-column connection subjected to blast loads using LS-DYNA. The typical form of slab-interior column connection for analysis was considered as a reference specimen and the drop panel slab-interior column was designed to verify the effects of drop panel. The slab-column connections, which were composed of interior, edge and corner column, were additionally analyzed to compare their confinement effects of specimens. Analysis results were contained the failure shape of connection, behavior of member and so on. From the results, the blast-resistant capacities of slab-column connection would be enhanced by reinforcing the drop panel. In addition, the performance of connections could be improved, when the confinement effects were enhanced.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

접합부는 개구부, 모서리 등과 함께 응력교란구역(D-region)으로 명시되며 응력의 불연속성이 존재하여 보다 주의 깊은 설계가 요구될 것이다(Park, 2011). 따라서 본 연구에서는 슬래브-기둥 접합부의 방폭성능을 확인하였으며 drop panel의 보강 및 접합부의 구속도 변화에 따른 방폭 거동을 해석적으로 분석하였다.

제안 방법

본 연구에서는 폭발하중을 받는 슬래브-기둥 접합부에 대해서 일반적인 슬래브-내부기둥, drop panel이 보강된 슬래브-내부기둥, 슬래브-외부기둥 그리고 슬래브-모서리기둥으로 구분하여 해석을 수행하였다. 해석결과를 바탕으로 구조부재의 거동을 비교분석하였으며 그 결과는 다음과 같이 정리할 수 있다.
해석 종료시간을 시험체의 변형이 발생 후 충분한 시간 이후인 5000 msec로 설정하여 해석을 수행하였다. 시험체가 받는 최대 압력을 Fig.

대상 데이터

여기서 MCE는 military and commercial bomb로 대표적으로 TNT를 의미하며 HME는 homemade bomb로 수제폭탄을 의미한다. 본 연구에서는 Table 4에서 large briefcase에 상응하는 질량인 5 kg의 TNT를 선택하여 슬래브 상부, 기둥면으로부터 300 mm의 이격거리를 갖도록 모델링 하였다.

이론/모형

MM-ALE방법을 사용한 폭발해석은 대기층을 유체로 모델링 함으로써 폭압에 의한 주변 영향 및 폭압의 흐름을 파악하기에 이점이 있다(Bae and Zakki, 2011; Zahra and Jeffery, 2012). 본 연구에서는 폭발하중의 모델링을 위해 ConWep (Conventional Weapon effects)을 기반으로 정의된 LBE (Load_Blast_enhanced)옵션 사용하였다(LSTC, 2013a). LBE옵션은 ConWep의 database를 활용하여 폭발물질의 질량 및 위치 등을 입력하면 구조물에 가해지는 폭압을 계산하여 직접작용 시키도록 정의되어있다.
본 연구에서는 폭발 및 충돌 등의 해석에 주로 사용되는 프로그램 LS-DYNA를 사용하여 연구를 수행하였다. 콘크리트의 모델링을 위해 폭발하중과 같은 높은 변형률 속도에서 적합하다고 알려져 있는 Mat_072R3를 사용하였다(Brannon and Leelavanichkul, 2009; Crawford et al., 2012; LSTC, 2013b). 콘크리트 요소의 크기는 기존 타 연구자의 연구결과를 참고하여 실험대비 해석결과의 정확성 확보를 위해 25 mm의 정방형 요소로 모델링 하였다(Foglar and Kovar, 2013).

성능/효과

(1) Drop panel의 보강은 슬래브-기둥 접합부의 방폭성능을 향상시키는 것을 확인하였다. Drop panel이 보강된 시험체는 일반 슬래브-내부기둥 시험체와 비교하여 파괴형상, 변위 및 지점회전각에서 모두 우수한 거동을 보이고 있다.
(2) 내부기둥, 외부기둥 그리고 모서리 기둥으로 접합부의 구속도가 낮아 질 수 록 변위, 파괴형상 등의 거동이 저하 되는 것을 확인하였다. 지점회전각을 기준으로 비교한 경우 내부기둥을 기준으로 외부기둥 모서리 기둥의 지점회전각은 각각 약 1.
(3) ASCE 및 DoD에서 제안하고 있는 성능평가요소 기준인 지점회전각 단독으로 전체적인 방폭성능을 평가하기에는 어려움이 있을 것으로 판단된다. 지점회전각 기준을 만족하는 시험체에서도 슬래브 부재 전체적으로 상당한 파괴가 발생하고 있었다.

후속연구

지점회전각 기준을 만족하는 시험체에서도 슬래브 부재 전체적으로 상당한 파괴가 발생하고 있었다. 따라서 구조물의 방폭 성능을 평가하기 위해서는 지점회전각 이외에 추가적인 평가요소가 요구될 것으로 판단된다.
특히, 구속도가 가장 낮은 모서리 기둥 시험체는 해석결과를 종합하여 볼 때 전체구조시스템이 기능을 손실했다고 판단할 수 있었다. 따라서 슬래브-기둥 접합부가 적용되는 방폭 설계 시 접합부 형상에 따라 적절한 보강 방안이 요구될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	RC구조물의 특징은 무엇인가?	폭발하중을 받는 구조물은 높은 에너지 흡수율과 충분한 연성을 보유하고 있어야 할 것이다. RC구조물은 콘크리트에 의한 에너지 흡수율과 철근보강으로 인한 연성으로 적합한 건설재료로 고려되어 왔다(William, 2010; Dusenberry, 2010). 특히, 폭발하중을 받는 접합부의 설계는 축력, 전단력, 휨 모멘트 등 다양한 하중 및 상호작용을 고려한 설계가 수행되어야 할 것이다(Cormie et al.
	Drop panel의 보강이 고려되는 이유는 무엇인가?	접합부에서 폭발하중에 의해 발생하는 과도한 변형을 효과적으로 저항하기 위하여 접합부는 일체형접합부(Monolithic connections)로 설계되는 것이 유리한 것으로 알려져 있다(Dusenberry, 2010). 또한, 슬래브-기둥 접합부의 안전성을 향상시키기 위한 방법의 일환으로 drop panel보강이 고려될 수 있다. Drop panel의 보강은 접합부의 성능을 향상시켜 폭발하중에서도 안전성을 확보 할 수 있을 것이다(ASCE/SEI, 2011; William, 2010).
	폭발하중을 받는 접합부의 설계는 무엇을 고려해야 하는가?	RC구조물은 콘크리트에 의한 에너지 흡수율과 철근보강으로 인한 연성으로 적합한 건설재료로 고려되어 왔다(William, 2010; Dusenberry, 2010). 특히, 폭발하중을 받는 접합부의 설계는 축력, 전단력, 휨 모멘트 등 다양한 하중 및 상호작용을 고려한 설계가 수행되어야 할 것이다(Cormie et al., 2009).

참고문헌 (23)

ACI (American Concrete Institute) Committee 318 (2014). ACI318-14 : Building code requirements for structural concrete & commentary, American Concrete Institute, Michigan, US.
ACI/ASCE (American Concrete Institute-American Society of Civil Engineers) Committee 352 (2012) ACI352.1R-11 : Guide for design of slab-column connections in monolithic concrete structures, American Concrete Institute, Michigan, US.
ASCE/SEI (American Society of Civil Engineers/Structural Engineering Institute) (2011). ASCE/SEI 59-11 : Blast protection of building. ASCE, Virginia, US.
Bae, D. M. and Zakki, A. F. (2011). "Comparisons of multi material ALE and single material ALE in LS-DYNA for estimation of acceleration response of free-fall lifeboat." Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 48, No. 6, pp. 552-559.

원문보기 상세보기
Bianchini, A. C., Woods, R. E. and Kesler, C. E. (1960). "Effect of floor concrete strength on column strength." ACI Journal Proceedings, Vol. 56, No. 5, pp. 1149-1170.
Brannon, R. M. and Leelavanichkul, S. (2009). Survey of four damage models for concrete, Sandia National Laboratories, SAND2009- 5544, California, US.
Crawford, J. E., Wu, Y., Choi, H. J., Magallanes, J. M. and Lan, S. (2012). Use and validation of the release III K&C concrete material model in LS-DYNA, Karagozian&Case Technical Report TR-11-36.5, California, US.
Department of Defense (2008). UFC 3-340-02 : Structures to resist the effects of accidental explosions. Department of Defense, California, US.
Dusenberry, D. O. (2009). Handbook for blast resistant design of buildings. WILEY, US.
Foglar, M. and Kovar, M. (2013). "Conclusions for experimental testing of blast resistance of FRC and RC bridge decks." International Journal of Impact Engineering, Vol. 59, pp. 18-28.

상세보기
Gamble, W. L. and Klinar, J. D. (1991). "Tests of high-strength concrete columns with intervening floor slabs." Journal of Structural Engineering-ASCE, Vol. 117, No. 5, pp. 1462-1476.

상세보기
Jang, I. H. (2007). Sloshing response analysis of LNG carrier tank using fluid-structure interaction analysis technique of LS-DYNA3D, Master's thesis, Korea Maritime and Ocean University (in Korea).
LSTC (Livermore Software Technology Corporation) (2013a). LSDYNA keyword user's manual volume I, Livermore Software Technology Corporation, California, US.
LSTC (Livermore Software Technology Corporation) (2013b). LSDYNA keyword user's manual volume II material models. Livermore Software Technology Corporation, California, US.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT) (2010). Design guidelines of building to prevent the terrorism (in Korea).
Ministry of National Defense (MND) (2009). DMFC 4-40-50 Design criteria of blast-resistant facility (in Korea).
Park, J. Y. (2011). Modern Protective Structures, CIR.
Shi, Y. and Stewart, M. G. (2015). "Damage and risk assessment for reinforced concrete wall pannels subjected to explosive blast loading." International Journal of Impact Engineering, Vol. 85, pp. 5-19.

상세보기
Thiagarajan, G., Kadambi, A. V., Robert, S. and Johnson, C. F. (2015). "Experimental and finite element analysis of doubly reinforced concrete slabs subjected to blast loads." International Journal of Impact Engineerings, Vol. 75, pp. 162-173.

상세보기
William, L. B. (2010). Design of blast-resistant building in petrochemical facilities. American Society of Civil Engineering, US.
Yandzio, E. and Gough, M. (1999). Protection of buildings against explosions, The Steel Construction Institute, Ascot, UK.
Yoon, Y. S. (2013). Mechanics & design of reinforced concrete. CIR (in Korea).
Zahra S. T. and Jeffery S.-V. (2012). "A comparion between three different blast methods in LS-DYNA : LBE, MM-ALE, Coupling of LBE and MM-ALE." 12th International LS-DYNA Users Conference, Detroit, US.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증