[논문]해일표류물의 충돌에 의한 철근콘크리트 건축물의 응답특성에 관한 실험적 연구

최호

doi:10.14190/jrcr.2020.8.4.590

해일표류물의 충돌에 의한 철근콘크리트 건축물의 응답특성에 관한 실험적 연구
Experimental Study on Response Characteristics of Reinforced Concrete Buildings Due to Waterborne Debris Impact Loads 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.8 no.4, 2020년, pp.590 - 595

최호 (일본 시즈오카 이공과대학 건축학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 해일표류선박의 충돌이 해일피난건물로 선정된 철근콘크리트 건축물의 안전성에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 충돌속도, 선박의 질량 및 선박의 길이를 변수로 한 진자를 이용한 축소 충돌실험을 실시하여, 건축물의 응답에 영향을 미치는 최대 충돌력, 충돌시간, 충돌파형 형상, 반발계수 등에 대한 기본적인 물리량 변동추이를 상세히 평가하였다. 그 결과, 충돌파형 형상은 대부분의 실험결과에서 삼각형 분포가 나타났으나, 충돌실험체의 길이의 증가에 따라 사다리꼴에 가까워지는 것을 알 수 있었다. 이는 건축물의 응답에 영향을 미치는 충격량 (충돌력 파형의 면적)을 산정함에 있어 매우 중요한 결과이다. 또한 반발계수는 충돌속도의 대소에 관계없이 일정하나, 충돌체의 질량 및 길이에 의해 변화하며, 단위길이당 질량으로 정리하면 반발계수의 변동이 평가가능함을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the small-scale collision experiments using a pendulum principle were carried out to evaluate the safety of the reinforced concrete building selected as a tsunami evacuation building due to the collision of the waterborne debris represented by ships. The experimental parameters were set as impact velocity, mass and length of the drifted ship. In this paper, the maximum impact force, impact duration, impact waveform and restitution coefficient affecting building response were investigated in detail. As a result, the impact force waveforms were distributed as a triangle in most of the experimental results, but became closer to a trapezoid as the length of the collision specimen increased. This is the very important result in calculating the momentum (impact waveform area) affecting building response, Furthermore, the restitution coefficients were constant regardless of the impact velocity, but they varied depending on the mass and length of the waterborne debris. However, the restitution coefficient for the mass per unit length of the waterborne debris can be evaluated.

주제어

표/그림 (14)

그림 Photo 1. Drifted ship
그림 Photo 2. Damaged building due to the ship collision
표 Table 1. Similarity law of each parameter
그림 Photo 3. Tsunami debris specimens
그림 Fig. 1. Reference building(unit: mm)
그림 Fig. 2. Test setup for collision tests
그림 Photo 4. Photographing using high speed camera
그림 Photo 5. Tracing mark attached on tsunami debris specimen
그림 Fig. 3. Definitions of measurement data
표 Table 2. Experimental parameters
그림 Fig. 4. Test results of Case 1
그림 Fig. 5. Test results of Case 2
그림 Fig. 6. Test results of Case 3
그림 Fig. 7. Restitution coefficient due to mass per unit length

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 표류선박의 충돌이 철근콘크리트 건축물에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 충돌속도, 선박의 질량 및 선박의 길이를 변수로 한 진자를 이용한 축소 충돌실험을 통하여, 건축물의 응답에 영향을 미치는 최대 충돌력, 충돌시간 및 반발계수 등에 대한 기본적인 물리량 변동추이를 상세히 평가하고자 한다.
본 연구에서는 해일에 의한 표류선박과 철근콘크리트 건축물의 충돌 현상을 상정한다. 먼저 식 (1)에 나타낸 바와 같이 외력이 작용하지 않는 경우에는 충돌 전후의 운동량은 일정하게 유지된다.
본 연구에서는 해일표류선박의 충돌이 철근콘크리트 건축물에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 진자를 이용한 축소 충돌실험을 실시하여, 최대 충돌력, 충돌시간 및 반발계수 등에 대한 기본적인 물리량 변동추이를 상세히 평가하였다. 본 연구에서 얻은 결과는 다음과 같다.

제안 방법

Photo 4에 나타낸 바와 같이 고속 카메라를 충돌 상황이 파악 가능한 위치에 설치하여, 10000 프레임/s의 촬영속도로 충돌 직전부터 직후까지의 양상을 촬영하였다. 이때 Photo 5에 나타낸 바와 같이 충돌 실험체에 추적 마크를 부착하여, 화상해석으로부터 변위 이력 파형을 얻었다.
이때 Photo 5에 나타낸 바와 같이 충돌 실험체에 추적 마크를 부착하여, 화상해석으로부터 변위 이력 파형을 얻었다. 단, 이 파형에는 화상해석 정도에 기인한 추적 오차에 의한 노이즈를 포함하고 있기 때문에, 1000Hz의 로패스 필터(Low pass filter)로 평활화하였다. 본 논문에 나타낸 실험 결과는 모두 파형처리 후의 데이터에 의한 결과이다.
8kg(300t×1/40³), 길이 1000mm (40m×1/40)의 실험체를 기본으로, 질량 및 길이를 변화시킨 Photo 3에 나타낸 총 5개의 충돌 실험체를 제작하였다. 또한 충돌 현상을 재현하기 위하여 각 실험체의 충돌면에는 동일한 곡률을 상정하였다.
3(a) 참조). 또한 충돌개시 시각 및 충돌종료 시각에 대한 속도를 충돌직전 속도 및 충돌직후 속도로 정의하여 반발계수를 산출하였다(Fig. 3(b) 참조).
본 실험에서는 Table 2에 나타낸 바와 같이 충돌실험체의 충돌속도(Case 1), 질량(Case 2) 및 길이(Case 3)의 변화에 의한 최대충돌력, 충돌시간 및 반발계수의 변동을 조사하였다. 각 케이스에 대한 충돌력 이력파형 및 각 케이스의 변수와 반발계수와의 관계를 Fig.
실험변수는 Table 2에 나타낸 세 개의 케이스로 설정하여, 각계 측 케이스에 대한 충격량의 대소 및 반발계수가 어느 정도 변화하는지 검토하였다. Table 2에 나타낸 바와 같이, Case 1은 4, 762g 의 질량 및 1,000mm의 길이를 갖는 충돌실험체를 대상으로 충돌속도를 변수로 한 경우이다.
축소 실험체는 실험실 여건을 종합적으로 고려하여 1/40 스케일로 계획되었고, 축소 충돌실험은 건축물의 응답에 영향을 미치는 최대 충돌력, 충돌시간, 충격량의 특성 및 반발계수를 파악하기 위해 실시되었다. 축소실험 계획 시, 반발계수의 속도의존 가능성을 고려하여 속도는 축소하지 않고 실스케일로, 즉 속도의 목표상사율을 1로 설정하여 각 물리량의 상사율을 설정하였다.
실시되었다. 축소실험 계획 시, 반발계수의 속도의존 가능성을 고려하여 속도는 축소하지 않고 실스케일로, 즉 속도의 목표상사율을 1로 설정하여 각 물리량의 상사율을 설정하였다. 본 연구에서 설정한 각 물리량의 상사율을 Table 1에 나타낸다.

대상 데이터

대상 선박은 강철제의 배수량(질량) 300t으로 상정하였다. 선박의 길이 및 선수 곡률반경은 각각 40m 및 2.
대상건물은 일본의 해일 피난건물의 설계지침을 토대로 설계된 총질량 5, 356t(단위 바닥면적당 중량: 12kN/m²)의 6층 철근콘크리트 공동주택의 설계 예를 참고하였다(NILIM 2012). 대상건물의 평면도 및 입면도를 Fig.
2015). 본 실험에서 사용한 충돌 실험체의 재질(밀도 및 영계수 E)는 동일하므로 전 )는 동일하며, 충돌속도의 변화는 길이의 변화 파속도(_에 의한 것이라고 판단된다. 또한 충돌력 파형은 Case 1 및 Case 2에서는 대부분 삼각형 분포를 나타냈으나, Case 3에서는 길이가 증가함에 따라 삼각형으로부터 사다리꼴에 가깝게 변화하는 것을 알 수 있었다.
5m로 상정하였다 (Shoji and Takabayashi 1999). 충돌 실험체(선박)의 질량 및 길이가 최대 충돌력, 충돌시간 및 반발계수 등에 어떤 영향을 미치는가를 조사하기 위하여 질량 4.8kg(300t×1/40³), 길이 1000mm (40m×1/40)의 실험체를 기본으로, 질량 및 길이를 변화시킨 Photo 3에 나타낸 총 5개의 충돌 실험체를 제작하였다. 또한 충돌 현상을 재현하기 위하여 각 실험체의 충돌면에는 동일한 곡률을 상정하였다.
Table 2에 나타낸 바와 같이, Case 1은 4, 762g 의 질량 및 1,000mm의 길이를 갖는 충돌실험체를 대상으로 충돌속도를 변수로 한 경우이다. 충돌속도는 기존의 문헌(NILIM 2012) 을 참조하여 1.0∼6.0m/s를 대상으로 하였다. Case 2는 충돌속도는 3m/s로 고정하고 1,000mm 길이를 갖는 질량이 다른 3종류의 충돌 실험체를 대상으로 한 경우이다.

성능/효과

(1)1/40 스케일로 실시한 축소충돌실험으로부터, 충돌력 파형은 대략 삼각형으로 분포하였으나, 충돌실험체의 길이가 길어지면 파형의 형상은 사다리꼴에 가까워지는 것을 알았다. 또한 충돌실험체의 길이는 충돌시간에도 영향을 미치는 것을 알았다.
(2)반발계수는 충돌속도의 대소에 상관없이 일정하나, 충돌체의 질량 및 길이에 의해 변화하며, 단위길이당 질량을 변수로 설정하면 반발계수의 변동이 평가가능하다.
6(b)). 또한 충돌속도와 반발계수와의 관계에 대해서, Case 2 및 Case 3의 실험체를 사용하여 충돌속도(1.0m/s 및 6.0m/s)를 변수로 한 실험을 실시하였고, 질량 또는 길이가 상이하더라도 앞서 언급한 바와 같이 반발계수는 충돌속도의 대소와는 무관하게 일정하다는 것을 확인하였다. 한편 기존의 연구에 따르면 충돌에 의한 충돌실험체의 압축응력도 _는 밀도 , 전파속도 _ 및 충돌속도 _로 결정되기 때문에 (), Case 2 및 Case 3에서는 , _ 및 _가 동일하므로 압축응력도가 같게 되고, 압축력은 단면적에 비례하게 된다(Naito et al.
알았다. 또한 충돌실험체의 길이는 충돌시간에도 영향을 미치는 것을 알았다. 이 결과는 건축물의 응답에 영향을 미치는 충격량(충돌력 파형의 면적)을 구함에 있어 매우 중요한 파형 형상을 파악하였다는데 의의가 있다.
이에 대해서는 별도검증을 실시하여 동일 위치에 계속하여 충돌시키면 반발계수가 증가하는 것을 확인하였다(Fig. 6(b)).

후속연구

본 연구결과를 바탕으로, 금후에 실험결과의 실제 스케일로의 환산 및 실제 충격량의 평가를 실시하여, 비선형 이력 응답해석을 통하여 표류선박의 충돌에 의한 철근콘크리트 건축물의 응답평가를 실시할 예정이다.

참고문헌 (6)

Arikawa, T., Ohtsubo, D., Nakano, F., Shimosako, K., Ishikawa, N. (2007). Large model tests of drifting container force due to surge front tsunami, Proceedings of Coastal Engineering, Japan Society of Civil Engineers, 54, 846-850.
Asai, T., Nakano, Y., Tateno, T., Fukuyama, H., Fujima, K., Sugano, T., Haga, Y., Okada, T. (2012). Tsunami load evaluation based on field investigations of the 2011 great east Japan earthquake, Proceedings of the 15th World Conference on Earthquake Engineering(15 WCEE), Lisbon, Portugal.
Naito, N., Maeda, K., Konno, H., Ushiwatari, Yiji, Suzuki, K., Kawase, R. (2015). The loading rate dependency of sand cushion focused on stress wave velocity using DEM, Journal of Japan Society of Civil Engineers, 71(2), I_557-I_566.
Nakano, Y. (2014). Structural design requirements for tsunami evacuation buildings in Japan, Proceedings of 1st ACI/JCI Joint Seminar, Hawaii.
NILIM/National Institute for Land and Infrastructure Management, Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, Japan. (2012). Practical Guide on Requirement for Structural Design of Tsunami Evacuation Buildings, Technical Note of National Institute for Land and Infrastructure Management, 673, http://www.nilim.go.jp/lab/bcg/siryou/tnn/tnn0673pdf/ks0673.pdf.
Shoji, K., Takabayashi, T. (1999). Effect of ship dimensions on calculation formula for bow collision strength, The Journal of Japan Institute of Navigation, 101, 201-209.

상세보기

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