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.
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.
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 ...
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 behavior due to this spacing are not properly considered in the explosion analysis and design. In this study, the structural response and failure behavior based on two variables such as the spacing and blast pressure were analyzed using the finite element method. The results revealed that the two variables affected the overall structural behavior such as the maximum and permanent deflections. The degree of contact due to collision between the door and wall and the impact force applied to the door varied according to the spacing. Hence, the shear-failure behavior of the concrete slab was affected by this impact force. Doors with spacing of less than 10 mm were vulnerable to shear failure, and the case of approximately 15-mm spacing was more reasonable for increasing the flexural performance. For further study, tests and numerical research on the structural behavior are needed by considering other variables such as specifications of the structural members and details of the slab shear design.
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 behavior due to this spacing are not properly considered in the explosion analysis and design. In this study, the structural response and failure behavior based on two variables such as the spacing and blast pressure were analyzed using the finite element method. The results revealed that the two variables affected the overall structural behavior such as the maximum and permanent deflections. The degree of contact due to collision between the door and wall and the impact force applied to the door varied according to the spacing. Hence, the shear-failure behavior of the concrete slab was affected by this impact force. Doors with spacing of less than 10 mm were vulnerable to shear failure, and the case of approximately 15-mm spacing was more reasonable for increasing the flexural performance. For further study, tests and numerical research on the structural behavior are needed by considering other variables such as specifications of the structural members and details of the slab shear design.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
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.
제안 방법
경계조건으로서 벽체는 테두리를 따라 고정조건, 힌지는 3 방향 모두 벽체에 고정, 렛치는 x 및 z 방향을 고정하였다. 렛치의 경우 걸쇠 구조 설계상 y방향은 구속되지 않는다.
대표적인 예로서 파괴양상이 비교적 가장 뚜렷하게 대별되는 하중조건 LC3의 SP5와 SP15에 대해서 방폭문에 발생한 응력을 비교하였다. Fig.
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.
고무 가스켓의 설치 및 제작 오차로 인해 방폭문과 벽체 간에는 일정 간격이 존재할 수밖에 없으나, 이로 인한 방폭문의 구조거동 변화는 국내의 경우 해석 및 설계에 고려되지 않고 있다. 또한, 폭압 크기를 변화시켜 각 경우에 있어서 방폭문 및 지지부재의 거동 변화를 비교하였다. 방폭문 제원 및 유한요소해석 모델의 적합성 검토를 위한 폭발시험 결과는 관련 문헌(Kim et al.
4에 나타내었다. 방폭문 내부의 콘크리트 슬래브 부재, 지지부재(힌지 및 렛치), 벽체 등은 Solid 요소를 사용하였고, 외피구조를 이루는 강박스는 Shell 요소, 철근은 1차원 선형 요소로 모델링하였다. 철근과 콘크리트 간에는 서로 인접한 절점을 rigid link로 일체화 하였다.
방폭문 지지조건(이하 ‘설치간격’) 및 폭압의 변화에 따른 전체적인 구조응답을 검토하기 위해 방폭문에 발생한 처짐-시간 이력곡선을 Fig. 6에 비교하여 놓았다.
본 연구에서는 양개형 방폭문을 대상으로 하여 지지조건 및 폭압의 크기(폭약량)에 따른 구조거동의 변화를 유한요소 해석방법으로 비교·분석하였다.
Table 1은 해석변수를 나타낸 것이다. 여기서, 설치간격(doorwall spacing)은 5mm, 10mm, 15mm로 설정하였다. 본 연구의 비교 분석을 위한 기준 모델(reference model)은 15mm의 설치간격을 갖는다.
본 연구에서는 양개형 방폭문을 대상으로 하여 지지조건 및 폭압의 크기(폭약량)에 따른 구조거동의 변화를 유한요소 해석방법으로 비교·분석하였다. 여기서, 지지조건의 경우 지지부재와 벽체 간의 하중분담 정도 및 방폭문과의 상호거동에 영향이 크다고 판단되는 방폭문-벽체 간의 설치간격을 해석변수로 하였다. 고무 가스켓의 설치 및 제작 오차로 인해 방폭문과 벽체 간에는 일정 간격이 존재할 수밖에 없으나, 이로 인한 방폭문의 구조거동 변화는 국내의 경우 해석 및 설계에 고려되지 않고 있다.
힌지/렛치의 변형 및 소성화 정도, 폭압을 받은 방폭문이 벽체와 충돌하면서 발생하는 충격력은 설치간격에 따라 비교적 큰 영향을 받을 것으로 예상된다. 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.
지지조건에 따른 방폭문의 구조거동 변화를 해석하기에 앞서 관련 연구내용을 조사하였다. Liao(2017)는 해양구조물에 설치되는 강재로 제작된 방폭 벽체를 단순히 엔드 플레이트(end plate)로 본 구조물에 용접 연결한 것(‘traditional design’)과 별도의 충격 흡수장치를 벽체의 끝단에 설치하여 연결한 것(‘proposed design’)에 대해 비교를 하였다.
방폭문 내부의 콘크리트 슬래브 부재, 지지부재(힌지 및 렛치), 벽체 등은 Solid 요소를 사용하였고, 외피구조를 이루는 강박스는 Shell 요소, 철근은 1차원 선형 요소로 모델링하였다. 철근과 콘크리트 간에는 서로 인접한 절점을 rigid link로 일체화 하였다. 또한, 강박스와 슬래브 부재 간의 접촉면, 그리고 방폭문과 벽체 프레임 간의 접촉면에는 Contact 조건을 부여하였다(Shin et al.
대상 데이터
여기서, 설치간격(doorwall spacing)은 5mm, 10mm, 15mm로 설정하였다. 본 연구의 비교 분석을 위한 기준 모델(reference model)은 15mm의 설치간격을 갖는다. 또한, 방폭문에 작용하는 폭발압은 35.
후측의 벽체와 맞닿는 방폭문 테두리에는 고무 재질의 가스켓이 설치되기 때문에 이로 인해 방폭문-벽체 간에는 설치간격이 존재한다. 주요 부재의 재료강도는 외피 구조를 이루는 강박스의 경우 항복강도 275MPa, 내부의 콘크리트의 압축강도는 50MPa이고, 배근된 철근의 항복강도는 500MPa이다.
해석 대상의 양개형 방폭문 구조시스템의 한쪽 방폭문 크기는 mm 단위로 1,200(W)☓2,100(H)☓220(D)이며, 구조형상은 Fig. 2와 동일한 구조를 취하고 있다. 방폭문의 주요 제원은 관련 문헌(Kim et al.
데이터처리
위와 같은 유한요소 모델의 적합성을 검증하기 위해 타 연구의 폭발시험 결과(Kim et al., 2016)와 비교하였다. 방폭문 제원은 3.
이론/모형
또한, 강재에 사용된 재료모델은 PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY 모델(LSTC, 2017)을 사용하였으며, 강재의 소성거동 및 변형률 속도에 따른 동적 경화(재료강도 증가) 현상이 모사될 수 있다. LS-DYNA에서는 정적 항복응력과 동적 경화계수의 곱으로 동적 항복응력을 구하고 있는 Cowper-Symonds에 의해 제안된 식(Cowper and Symonds, 1957)을 사용하고 있다(Shin et al., 2019a). 강재의 동적경화 현상 및 관련 상수값과 관련해서는 Choung 등(2011)에 의한 연구를 참고하였다.
, 2019a). 강재의 동적경화 현상 및 관련 상수값과 관련해서는 Choung 등(2011)에 의한 연구를 참고하였다.
폭약량의 크기에 따라 폭발압이 구조체에 도달하는 시간은 다르나, 비교상 같은 원점을 기준으로 나타냈다. 구조체에 입사하는 폭발압력은 Friedlander equation(Friedlander, 1946)에 기초하여 CONWEP 프로그램(Hyde, 1988)에 적용되어 있는 경험식을 사용해서도 구할 수 있다. LS-DYNA 프로그램에서는 이 경험식을 Load_ Blast_Enhanced라고 하는 폭발 하중 모델에 도입하였다.
, 2019a). 또한, 강재에 사용된 재료모델은 PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY 모델(LSTC, 2017)을 사용하였으며, 강재의 소성거동 및 변형률 속도에 따른 동적 경화(재료강도 증가) 현상이 모사될 수 있다. LS-DYNA에서는 정적 항복응력과 동적 경화계수의 곱으로 동적 항복응력을 구하고 있는 Cowper-Symonds에 의해 제안된 식(Cowper and Symonds, 1957)을 사용하고 있다(Shin et al.
또한, 폭압 크기를 변화시켜 각 경우에 있어서 방폭문 및 지지부재의 거동 변화를 비교하였다. 방폭문 제원 및 유한요소해석 모델의 적합성 검토를 위한 폭발시험 결과는 관련 문헌(Kim et al., 2016)을 참고하였으며, 해석에 사용된 프로그램은 충돌해석이나 폭발해석 등에 범용적으로 사용되고 있는 LS-DYNA(LSTC, 2017)이다.
2와 동일한 구조를 취하고 있다. 방폭문의 주요 제원은 관련 문헌(Kim et al., 2016)을 참고하였다. 방폭문 구조시스템의 좌우 측단에 개폐 시의 회전을 위한 힌지(hinge)가 설치되어 있고, 상하단에는 걸쇠 구조로서 밀폐를 돕는 렛치(latch)가 설치된다.
K & C 모델은 폭발하중과 같이 부재에 변형률 속도(strain rate)가 크게 증가하는 경우에 범용적으로 사용되고 있다. 여기서, 변형률 속도에 따른 재료강도 변화는 동적증가계수에 의해 고려되며, Ross 등(1995) 및 Malver과 Ross(1998)에 의해 제안된 계수를 입력값으로 사용하였다(Shin et al., 2019a). 또한, 강재에 사용된 재료모델은 PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY 모델(LSTC, 2017)을 사용하였으며, 강재의 소성거동 및 변형률 속도에 따른 동적 경화(재료강도 증가) 현상이 모사될 수 있다.
재료모델로서 콘크리트의 경우, Fig. 5 및 식 (2)~(4)에서와 같이 주응력 공간에서의 3축 거동 모사와 항복(Yy), 최대압축(Ym), 잔류응력(Yr) 등의 파괴포락선에 의해 응력상태를 판단할 수 있는 Karagozian and Case 모델(K & C model)(Crawford et al., 2012)을 사용하였다.
성능/효과
6(a)의 하중조건 LC1에 대한 결과에 의하면, 설치간격에 따른 최대처짐의 크기 변화는 거의 없는 것으로 나타났으나, Fig. 6(b) 및 (c)와 같이 폭압이 커질수록 설치간격이 좁은 경우에서 최대처짐이 증가하는 것을 알 수 있었다. 폭압이 작은 경우 방폭문-벽체 간의 설치간격에 비해 방폭문에 발생한 처짐의 크기가 비교적 작다.
별도로 전단철근이 배근되지 않는 슬래브 부재로 방폭문이 제작되고(회전연성도 2도 이하의 성능목표에 대해 전단설계 미고려), 벽체와 10mm 미만의 간격으로 설치된다면, 방폭문의 슬래브는 전단파괴에 취약해지는 것으로 나타났다. 10mm 이상, 적절하게는 15mm 내외 수준의 간격으로 설치하는 것이 더 적합할 것으로 분석되었다.
Figs. 8~10에 나타난 결과를 종합해 보면 설치간격이 15mm인 SP15의 경우 대부분의 폭압을 힌지 및 렛치로 지지하게 되는데, SP5에 비해 상대적으로 연성적인 지지조건을 형성함으로써 비교적 더 많은 에너지를 흡수할 수 있게 되고, 이로 인해 폭압에 의해 발생하는 충격력을 큰 폭으로 감소시키고 있음을 알 수 있었다. 이는 간단한 예를 들어 연성의 스프링이 지점으로 설치된 유리판과 강체의 지점이 설치된 유리판에 동일 중량물을 낙하시킬 때 스프링이 설치된 유리판에 더 작은 충격력이 발생하는 것과 유사하다 할 수 있다.
0kg의 TNT를 지면에 근접하여 폭발시킨 것이다. Table 2의 비교 결과에 따르면, 최대처짐은 약 9%, 회전연성도(edge rotation)는 약 8% 정도 해석 결과가 더 큰 것으로 나타났다.
이에 비해 SP15의 경우 힌지 및 렛 치의 변형(충격 흡수)으로 인해 방폭문에 가해지는 충격력이 크게 감소하게 되며, 이로 인해 전단파괴 및 강성저하가 비교적 작았고 SP5에 비해서 더 큰 휨강도가 발현될 수 있었던 것으로 판단된다. 결과적으로 앞서 처짐응답 비교에서 분석한 내용과 연관시켜 보면 SP15의 경우 폭압에 의한 전단파괴 정도가 상대적으로 크지 않았고, 이로 인해 SP5에 비해서 최대 처짐량은 약 77% 수준이며, 영구처짐 또한 약 67% 수준으로서 더 작게 나타났다.
그리고 SP15의 경우 슬래브 우측단에 0.23%의 상대적으로 작은 전단변형만이 발생한 상태에서 휨압축 변형률이 2.2‰에 도달하는 것으로 나타났고, 취성적인 전단거동 보다 휨거동이 상대적으로 더 지배적으로 나타났다.
하중조건 LC1과 같이 폭압이 작아서 방폭문에 발생한 처짐이 크지 않은 경우, 외부하중은 힌지 및 렛치에 의해 주로 지지되고, 방폭문 테두리를 통한 벽체로의 하중전달 및 이로 인한 상호거동의 영향이 없거나 상대적으로 매우 작다. 방폭문-벽체 간의 설치간격이 변화하더라도 지지 조건의 변화가 거의 없고, 결과적으로 구조거동에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
설치간격이 크고 작음에 따라 방폭문과 벽체 간에 발생하는 충격력에 차이가 발생하게 되며, 이는 방폭문의 최대 및 영구 처짐 등과 같은 처짐응답과 휨전단 파괴거동에 영향을 미친다. 별도로 전단철근이 배근되지 않는 슬래브 부재로 방폭문이 제작되고(회전연성도 2도 이하의 성능목표에 대해 전단설계 미고려), 벽체와 10mm 미만의 간격으로 설치된다면, 방폭문의 슬래브는 전단파괴에 취약해지는 것으로 나타났다. 10mm 이상, 적절하게는 15mm 내외 수준의 간격으로 설치하는 것이 더 적합할 것으로 분석되었다.
, 2019b). 이로 볼 때, 양개형 방폭문에 대한 유한요소 모델이 구조거동 특성 파악 및 설계 변수의 변화에 따른 비교 분석에 적합한 것으로 판단되었다.
이에 따르면 SP5의 경우는 휨변형률이 2.2‰(압축파괴 변형률)에 도달하기 이전에 이미 3.0%에 가까운 전단변형률이 발생하고, 최종적으로 약 4.2%에 도달하는 것으로 나타났다.
Liao(2017)는 해양구조물에 설치되는 강재로 제작된 방폭 벽체를 단순히 엔드 플레이트(end plate)로 본 구조물에 용접 연결한 것(‘traditional design’)과 별도의 충격 흡수장치를 벽체의 끝단에 설치하여 연결한 것(‘proposed design’)에 대해 비교를 하였다. 이에 따르면, Fig. 1에서와 같이 약 1.5bar의 폭압이 작용할 때 충격 흡수장치를 사용한 벽체에서 최대처짐이 약 47% 정도 감소하는 것으로 나타났고, 영구처짐도 약 30% 수준으로 감소하는 것으로 나타났으며, 이와 같은 결과를 벽체의 단면설계에 반영한 바 있다.
Amadio와 Bedon(2014) 및 Wang 등(2018)은 방호 벽체에 연성적인 연결부나 에너지 흡수가 가능한 지점을 설치함으로써 구조물에 가해지는 폭발압을 감소시키고자 하였다. 이에 의하면, 지지구조가 소성거동을 함으로써 에너지를 흡수하게 되면 방호 벽체에 가해지는 충격하중은 감소하게 되어 손상 정도를 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
이에 비해 하중조건 LC3에서는 영구처짐이 매우 크게 증가하여 상당한 소성변형이 발생한 것으로 볼 수 있다. 특히, 하중조건 LC3에서 SP5와 SP15에서 발생한 영구처짐의 상대적인 크기를 비교해 보면 SP5의 경우가 약 48% 더 큰 것으로 나타났다. 이와 같이 설치간격이 좁을수록 최대처짐 및 영구처짐이 더 크게 발생하였기 때문에 방폭문의 소성화 정도 및 파괴수준에 하나의 주요 변수로 작용하고 있음을 알 수 있었다.
7을 검토해 보면 폭압이 증가함에 따라 최대처짐 및 영구처짐이 증가하고 있다. 하중조건 LC1에서 LC3까지 폭압이 커짐에 따라 최대처짐이 증가하는 것은 자명하나, 하중조건 LC2 및 특히, LC3의 경우 설치간격이 가장 작은 SP5의 최대처짐은 SP15 보다 30% 더 크게 나타났다. 한편, 영구처짐을 검토해 보면 하중조건 LC1의 경우 0.
후속연구
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.
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.
참고문헌 (44)
Al-Rifaie, H., Sumelka, W. (2017) Numerical Analysis of Reaction Forces in Blast Resistant Gates, Struct. Eng. & Mech., 63(3), pp.347-359.
Amadio, C., Bedon, C. (2014) FE Assessment of Dissipative Devices for the Blast Mitigation of Glazing Facades Supported by Prestress Cables, Struct. Eng. & Mech., 51(1), pp.141-162.
American Society of Civil Engineers (ASCE) (2011) Blast Protection of Buildings, ASCE/SEI 59-11, New York, U.S.
Amiri, M.M., Yahyai, M. (2013) Estimation of Damping Ratio of TV Towers Based on Ambient Vibration Monitoring, Struct. Des. Tall & Spec. Build., 22, pp.862-875.
Anderson, M., Dover, D. (2003) Lightweight, Blast Resistant Doors for Retrofit Protection Against the Terrorist Threat, 2nd International Conference on Innovation in Architecture Engineering and Construction, Loughborough University, UK, pp.23-33.
Andersson, S., Karlsson, H. (2012) Structural Response of Reinforced Concrete Beams Subjected to Explosion, Master Thesis, Chalmers University of Technology, Goteborg, Sweden.
Bai, X., Zhu, L., Yu, T.X. (2017) Saturated Impulse for Pulse-loaded Rectangular Plates with Various Boundary Conditions, Thin-Walled Struct., 119, pp.166-177.
Cao, V.V., Ronagh, H.R., Ashraf, M., Baji, H. (2014) A New Damage Index for Reinforced Concrete Structures, Earthq. & Struct., 6(6), pp.581-609.
Chen, W., Hao, H. (2013) Numerical Simulations of Stiffened Multi-Arch Double-Layered Panels Subjected to Blast Loading, Int. J. Prot. Struct., 4(2), pp.163-188.
Choung, J.M., Shim, C.S., Kim, K.S. (2011) Plasticity and Fracture Behaviors of Marine Structural Steel, Part I: Theoretical Backgrounds of Strain Hardening and Rate Hardening, J. Ocean Eng. & Technol., 25(2), pp.134-144.
Conrath, E.J., Krauthammer, T., Marchand, K.A., Alakar, P.E. (1999) Structural Design for Physical Security; State of Practice, American Society of Civil Engineer, ASCE, Reston, VA.
Cowper, G.R., Symonds, P.S. (1957) Strain Hardening and Strain Rate Effects in the Impact Loading of Cantilever Beams, Technical Report, No.C11-28, Brown University, U.S.
Crawford, J.E., Wu, Y., Choi, H.J., Magallanes, J.M., 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, U.S.
Draganic, H., Varevac, D. (2018) Analysis of Blast Wave Parameters Depending on Air Mesh Size, Shock & Vibr., 2018, pp.1-18.
Ergun, E., Gokkaya, I. (2016) The Effect of the Boundary Conditions on the Impact Behaviors of Stitched Composite Lap Joints, Adv. Compos. Lett., 25(1), pp.1-8.
Friedlander, F.G. (1946) The Diffraction of Sound Pulses, I. Diffraction by A Semi-infinite Plate, Proc. Royal Soc. London A, 186(1006), pp.322-344.
Huang, X., Ma, G.W., Li, J.C. (2010) Damage Assessment of Reinforced Concrete Structural Elements Subjected to Blast Load, Int. J. Prot. Struct., 1(1), pp. 103-124.
Hyde, D.W. (1988) User's Guide for Microcomputer Programs CONWEP and FUNPRO, Department of the Army, Mississippi, U.S.
Kim, N.H., Park, K.J., Lee, K.O. (2016) A Study on Structural Stability of Blast Door by Blast Pressure, J. Korean Soc. Saf., 31(3), pp.8-15.
Kim, S.B., Baik, S.H., Lee, J.H., Min, A.S., Koh, Y.C. (2016) Three Companies Producing CBR Facilities; Explosion Test on the Six Blast-Resistant Doors, Institute of HwaRangDae.
Koh, C.G., Ang, K.K., Chan, P.F. (2003) Dynamic Analysis of Shell Structures with Application to Blast Resistant Doors, Shock & Vib., 10(4), pp.269-279.
Kristensson, R., Carlsson, M. (2012) Structural Response with Regard to Explosions - Mode Superposition, Damping and Curtailment, Master Thesis, Lund University, Lund, Sweden.
Kuda, F.N., Ucak, S., Osmancikli, G., Turker, T., Bayraktar, A. (2015) Estimation of Damping Ratios of Steel Structures by Operational Modal Analysis Method, J. Construct. Steel Res., 112, pp.61-68.
Liao, J.J. (2017) A Novel Offshore Platform Blast Wall Design with Energy Absorption Mechanism, Master Thesis, University of Western Australia.
Luo, X., Qian, X., Zhao, H., Huang, P. (2012) Simulation Analysis on Structure Safety of Refuge Chamber Door under Explosion Load, Proc. Eng., 45, pp.923-929.
Malver, L.J., Ross, C.A. (1998) Review of Strain Rate Effects for Concrete in Tension, ACI Mater. J., 95(6), pp.735-739.
Moon, J.H., Shin, H.S., You, Y.J., Kim, W.W., Kim, S.W. (2019) Development of Protective Structure Applied with High-Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites, Final Report, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology(KICT).
Nam, J.W., Kim, H.J., Kim, S.B., Byun, K.J. (2007) HFPB Analysis of Concrete Wall Structure Subjected to Blast Loads, J. Korean Soc. Civil Eng., 27(3), pp.433-442.
National Emergency Management Agency (NEMA) (2008) A Study on the Standards and Utilization Plan of CBR Facilities, Policy Research Report, Republic of Korea.
Protective Design Center (PDC) (2008) Single Degree of Freedom Structural Response Limits for Anti-Terrorism Design, PDC TR-06-08, Omaha, NE: U.S. Army Corps of Engineers.
Rezaei, S.H.C. (2011) Response of Reinforced Concrete Elements to High-Velocity Impact Load, PhD Thesis, Purdue University, West Lafayette, Indiana, U.S.
Ross, C.A., Tedesco, J.W., Kuennen, S.T. (1995) Effects of Strain Rate on Concrete Strength, ACI Mater. J., 92(1), pp.37-47.
Shim, K.B., Lee, J.Y., Lee, J.H., Seong, Y.S., Lee, T.S. (2018) Performance Evaluation and Structural Proposal of Sliding Door under Explosive Load, Proceeding of Annual Conference, The Korean Society of Mechanical Engineering, pp.24-29.
Shin, H.S., Kim, W.W., Kim, S.W., Moon, J.H. (2019a) Design Sensitivity Analysis of a Steel-Concrete Double-leaf Blast-resistant Door to Determine the Steel Ratio, J. Korean Soc. Hazard Mitig., 19(4), pp.165-177.
Shin, H.S., Kim, W.W., Park, G.J., Lee, N.K., Moon, J.H., Kim, S.W. (2019b) FE Analysis on the Structural Behavior of the Single-leaf Blast-Resistant Door According to Design Parameter Variation, J. Korea Acad. Ind. Cooper. Soc., 20(11), pp.259-272.
Standards Australia (2011) Australian/New Zealand Standards, Structural Design Actions - Part 2, Wind Actions, AS/NZS 1170.2:2011; Standards Australia: Sydney, Australia.
Tavakoli, H.R., Kiakojouri, F. (2014) Numerical Dynamic Analysis of Stiffened Plates under Blast Loading, Lat. Am. J. Solids & Struct., 11(2), pp.185-199.
U.S. Department of Defense (U.S. DoD) (2008) Unified Facilities Criteria; Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions, UFC 3-340-02.
Veeredhi, L.S.B., Rao, R. (2015) Studies on the Impact of Explosion on Blast Resistant Stiffened Door Structures, J. Inst. Eng., 96(1), pp.11-20.
Wang, Y., Zhai, X., Yan, J., Ying, W., Wang, W. (2018) Experimental, Numerical and Analytical Studies on the Aluminum Foam Filled Energy Absorption Connectors under Impact Loading, Thin-Walled Struct., 131, pp.566-576.
Yang, K.H., Chung, H.S. (2001) The Shear Behavior of Reinforced High-Strength Concrete Deep Beams Without Shear Reinforcement, J. Archi. Inst. Korea, Struct & Constr., 17(11), pp.11-18.
Zhang, X., Zhao, X., Zhang, Y., Li, Z. (2012) A One-Point Quadrature Element Used in Simulation of Cold Ring Rolling Process, Materials Science Forum, Vols.704/705, Trans Tech Publications, Switzerland, pp.165-171.
Zhu, L., He, X., Chen, F.L., Bai, X. (2017) Effects of the Strain Rate Sensitivity and Strain Hardening on the Saturated Impulse of Plates, Lat. Am. J. Solids & Struct., 14, pp.1273-1292.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.