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열전달 해석을 통한 케이블교량 화재 시 케이블의 온도변화 분석
Investigation of Temperature Variation of Bridge Cables under Fire Hazard using Heat Transfer Analysis 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.32 no.5, 2019년, pp.313 - 322  

정철헌 (단국대학교 토목환경공학과) ,  최현성 (단국대학교 토목환경공학과) ,  이정휘 (단국대학교 토목환경공학과)

초록
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교량에서의 화재는 최근까지도 빈번하게 발생되고 있으며, 특히 케이블교량에서 화재가 발생될 시 케이블에 높은 온도상승으로 인해 케이블에 손상 및 파단이 발생될 수 있다. 본 연구에서는 케이블교량에서 발생될 수 있는 화재 시나리오를 설정하였다. 또한 실물차량 화재실험 결과를 토대로 화재강도모델을 제안하여 대상교량 케이블의 열전달 해석을 수행하였다. 해석 결과 단면적이 작은 케이블에서 더 높은 온도상승이 발생되며, 유조차를 제외한 차종의 경우 내화 성능 기준을 초과하지 않는 결과를 나타내었다. 유조차 화재의 경우 갓길에서 발생될 때 최소 단면적 케이블에서 내화 성능 기준을 초과하는 결과를 보이며, 기준을 초과하는 케이블의 높이는 약 14m로 나타나 이에 따른 대책 및 내화 보강의 필요성을 확인하였다. 본 연구결과를 통해 케이블교량에서 화재가 발생될 때 케이블의 온도변화에 대한 간접적인 평가가 가능한 것을 확인하였으며, 향후 화재 발생 시 바람에 영향을 고려한 열전달 해석과 케이블의 온도상승 시 교량의 사용성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, there have been frequent occurrences of bridge fires. Fires in cable-supported bridges can damage and brake cables due to high temperatures. In this study, fire scenarios that can occur on cable-supported bridges were set up. In addition, based on the results of vehicle fire tests, a fire ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 케이블교량에서 발생되는 화재 시 케이블에 발생되는 온도변화를 검토하였다. 이를 위해 케이블교량에서의 화재를 적절히 모사할 수 있는 화재강도모델을 제안하였다.

가설 설정

  • 화재 진압을 위한 현장 도착 시간은 약 20분 이내로 추정이 가능하지만, 진압시간과 진화 조건 등에 따라 화재지속시간은 편차가 클 것으로 판단되어 1시간까지 화재가 지속된다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PTI에서 제시하는 케이블의 내화성능은 어떠한가? 일반적으로 케이블부재는 고강도강재로써 높은 인장강도를 가진다. PTI(2012)에서는 케이블의 내화성능을 300℃에 도달하는데 걸리는 시간으로 평가하며, 표면의 온도가 300℃ 상승하는데 최소 30분 이상 소요되어야 한다고 제시하고 있다. ACI Committee 216(1989)에서는 고강도강재에 300℃의 온도상승이 발생될 때 상온에서의 극한강도에 비해 약 20~30%의 강도저하가 발생된다고 제시하였다.
케이블교량의 화재를 평가하기 위해 복사열에 의한 온도 또는 열방출율이 필요한 이유는 무엇인가? 위와 같이 제시된 기준의 경우 건축기준 또는 터널화재의 기준이기 때문에 케이블교량에서의 화재를 평가하기에 적합하지 않다. 특히 터널 화재의 경우 폐쇄형 화재이기 때문에 대류와 복사열이 함께 고려된 온도 또는 열방출율이 제시되고 있어 개방형 화재인 케이블교량에서의 화재를 모사하기에 적합하지 않다. 따라서 케이블교량에서의 화재를 적절하게 평가하기 위해서는 개방형 화재 시 온도상승의 주요한 원인이 되는 복사열에 의한 온도 또는 열방출율이 필요하다.
화염의 형상계수란 무엇인가? 식 (1)에서F12는 화염의 형상계수이며 한 면에서 유입되는 열에너지와 다른 한 면에서 방출되는 열에너지의 비율을 의미한다. 따라서 형상계수는 열이 전달되는 목표물과 화염의 거리에 따라 0에서 1사이의 값을 가진다.
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참고문헌 (25)

  1. ABAQUS (2016) ABAQUS v2016 User's Manual, Dassault Systems, Simulia Corporation, Providence, Rhode Island, USA. 

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  23. PTI (2012) PTI DC45.1.1-12: Recommendations for Stay-Cable Design, Testing, and Installation. PTI, Farmington Hills, MI. 

  24. Shokri, M., Beyler, C.L. (1989) Radiation from Larger Pool Fires, SFPE J. Fire Prot. Eng., 4, pp.141-150. 

  25. Yoo, Y.H., Kim, H.Y., Shin, H.J. (2007) A Study on the Vehicle Fire Property Using the Large Scale Calorimeter, J. Korean Tunn. & Undergr. Space Assoc., 9(4), pp.343-349. 

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