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지지조건 변화에 따른 양개형 방폭문의 구조거동 유한요소해석
FE Analysis on the Structural Behavior of a Double-Leaf Blast-Resistant Door According to the Support Conditions 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.33 no.5, 2020년, pp.339 - 349  

신현섭 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) ,  김성욱 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) ,  문재흠 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) ,  김원이 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부)

초록
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외피 구조로서의 강박스와 내부의 철근콘크리트 슬래브로 구성되는 양개형 방폭문은 방호 및 대피 구조물의 출입구에 설치되는 구조체이다. 방폭문과 그 후면의 벽체 사이에는 일정의 설치 간격이 존재하게 되는데, 이로 인한 지지조건 및 구조거동의 변화는 방폭 해석 및 설계에 적절히 고려되지 않고 있다. 본 연구에서는 설치 간격에 의한 지지조건 및 폭압의 변화에 따른 방폭문의 구조응답 및 파괴거동을 유한요소 해석방법으로 비교·분석하였다. 해석 결과에 따르면, 설치 간격 및 폭압의 변화는 방폭문의 최대 처짐 및 영구 처짐과 같은 처짐 거동에 영향을 미치며, 설치 간격이 크고 작음에 따라 방폭문과 벽체의 충돌 접촉 정도 및 이에 의한 충격력이 크게 변화하는 것으로 나타났다. 또한, 방폭문에 작용하는 이와 같은 충격력의 변화는 슬래브의 전단파괴와 같은 파괴거동에 영향을 미치는 주요 요인으로 분석되었다. 설치간격 10mm 미만의 방폭문은 전단파괴에 취약해지고, 15mm 내외 수준인 경우가 휨성능 발현에 비교적 더 적합한 것으로 나타났다. 본 연구에서는 설치 간격 및 폭압과 같이 기본적인 조건의 변화에 한해서 비교 해석을 하였다. 향후, 부재 재원 및 강도변화, 전단설계 여부 등 다양한 변수에 따른 구조거동 변화에 대해 실험적 및 해석적 연구가 필요하다.

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Double-leaf blast-resistant doors consisting of steel box and slab are application-specific structures installed at the entrances of protective facilities. In these structural systems, certain spacing is provided between the door and wall. However, variation in the boundary condition and structural ...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 설치간격 및 폭발압과 같이 기본적인 조건의 변화에 한해서 비교 해석을 하였다. 포인트 및 선 지지가 복합된 구조시스템에서 지지조건의 변화가 방폭성능에 영향을 주는 주요 요소로 작용할 수 있음을 하나의 예로써 밝히고자 하였다.
  • 폭압의 크기(폭약량)에 따라 방폭문의 처짐량이 변화하게 되고, 이로 인해 방폭문이 벽체에 접촉되는 범위 및 지지조건에 변화가 발생할 것으로 예상할 수 있다. 본 연구에서는 이와 같은 복합적인 지지조건에 따른 방폭문의 구조응답 및 파괴거동의 변화를 분석해 보고자 하였다.
  • 설치간격 및 하중조건의 변화가 구조거동에 미치는 영향을 구체적으로 알아보고자 한다. Fig.
  • 지지부재의 제원이나 강도 등 기타 다른 조건의 변화와 관련해서는 무수한 변수가 존재하기 때문에, 대표적 예로서 충격력의 크기에 비교적 영향이 크다고 예상되는 설치간격을 변수로 설정하였다. 이를 통해 지지조건의 변화가 방폭문 구조의 응답 및 파괴정도에 어떠한 영향이 있는가를 예로서 제시하는 기본적인 연구를 하였다. 또한, 방폭문 및 지지부재의 구조적 거동은 기본적으로 폭압의 크기에 따라 다르므로 이를 변수로 설정하였다.
  • 본 연구에서는 설치간격 및 폭발압과 같이 기본적인 조건의 변화에 한해서 비교 해석을 하였다. 포인트 및 선 지지가 복합된 구조시스템에서 지지조건의 변화가 방폭성능에 영향을 주는 주요 요소로 작용할 수 있음을 하나의 예로써 밝히고자 하였다. 향후, 지지부재의 재원 및 강도 변화, 방폭문 슬래브 부재의 강도 및 전단설계 여부에 따른 구조거동의 변화에 대해 실험적 및 해석적 추가 연구가 필요하며, 좀 더 일반화된 결과의 유도가 필요할 것으로 사료된다.

가설 설정

  • 콘크리트 및 강재에 대한 감쇠비(damping ratio)는 5.0% 및 2.0%로 가정하였다. 관련 연구마다 다소 차이는 보이고 있지만, 조사된 문헌(Amiri and Yahyai, 2013; Kuda et al.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
강-콘크리트 양개형 방폭문이란 무엇인가? 강-콘크리트 양개형 방폭문(double-leaf blast-resistant door)은 외피 구조로서의 강박스(steel box)와 내부의 철근 콘크리트 슬래브로 구성되는 한쌍의 방폭문을 각각 양쪽에서 여닫을 수 있도록 제작되는 구조체이다(Anderson and Dover, 2003; Koh et al., 2003; NEMA, 2008).
강-콘크리트 양개형 방폭문은 어떤 경우 주로 적용되는가? , 2003; NEMA, 2008). 이 방폭문은 구조체의 강성 및 강도뿐만 아니라, 중량물로서 관성저항(inertial resistance) 또한 높기 때문에 외부로부터 구조체에 가해지는 폭압이 매우 높은 경우에 주로 적용되고 있다. 양개형 방폭문의 지지조건 및 기타 설치조건을 살펴보면, 전체 구조시스템의 좌측단 및 우측단에는 문의 개폐를 돕기 위한 힌지(hinge)가 설치되고, 상하단에는 걸쇠 역할을 하는 렛치(latch)가 설치된다.
양개형 방폭문의 지지조건 및 기타 설치조건은 무엇인가? 이 방폭문은 구조체의 강성 및 강도뿐만 아니라, 중량물로서 관성저항(inertial resistance) 또한 높기 때문에 외부로부터 구조체에 가해지는 폭압이 매우 높은 경우에 주로 적용되고 있다. 양개형 방폭문의 지지조건 및 기타 설치조건을 살펴보면, 전체 구조시스템의 좌측단 및 우측단에는 문의 개폐를 돕기 위한 힌지(hinge)가 설치되고, 상하단에는 걸쇠 역할을 하는 렛치(latch)가 설치된다. 또한, 외부 폭발시 발생하는 폭발압 및 화염이 방폭문과 벽체 사이의 틈을 통해 구조물 내부로 침투하지 못하도록 방폭문 테두리에는 고무 재질의 가스켓이 설치되고 있다. 이를 위한 설치 간격 외에도 방폭문의 강박스를 용접하여 제작할 때 변형이 발생하기 때문에 평탄성이 유지될 수 없는데, 이와 같은 제작 오차를 고려하기 위해서도 일정의 간격이 필요하게 된다. 이와 같은 이유로 방폭문과 벽체 간에는 보통 10mm 내외의 간격이 존재하게 되는 것은 사실이지만, 이 간격이 제작공정 및 방법에 따라 다르고 규정된 값은 없는 상태이다.
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