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문제 정의
- 철근의 열전도율이나 비열 등의 열적 특성은 콘크리트의 열적 특성에 비해 상당히 큰 값을 가진다. 따라서, 본 연구에서는 철근 콘크리트 구조물에서 배근 된 철근이 수화열의 발생과 분포에 어떤 영향을 미치는지에 대해서 유한요소 해석을 통해 검토를 수행하였다. 이를 통하여 실제 구조물에 근접하는 수화열의 분포와 온도 응력을 산정하고자 한다.
- 따라서, 본 연구에서는 철근 콘크리트 구조물에서 배근 된 철근이 수화열의 발생과 분포에 어떤 영향을 미치는지에 대해서 유한요소 해석을 통해 검토를 수행하였다. 이를 통하여 실제 구조물에 근접하는 수화열의 분포와 온도 응력을 산정하고자 한다.
- 재료의 열적 특성은 수화열의 발생 정도를 지배하는 가장 주요한 요인이다. 본 연구에서 최종적으로 얻고자 하는 목적이 철근비에 따른 수화열의 분포 양상과 이로 인한 온도 응력의 변화를 확인하는 것이므로, 재료적 특성은 본 연구에서는 변수로 고려하지 않았다. 따라서, 임의의 열적 특성을 선정하고, 이를 철근비에 따른 각각의 해석에 동일하게 적용하도록 하였다.
- 따라서 본 연구에서도 압축응력보다도 인장응력에 대한 검토를 집중적으로 수행하였다. 유한요소 해석 결과 철근을 고려하지 않는 단면의 표면 부 최대 인장응력은 60시간에서 57.
- 철근의 열적 특성값이 콘크리트의 열적 특성값에 비교해 보았을 때, 대단히 상이한 특징을 갖고 있다는 사실에도 불구하고 이에 대한 고려가 이루어지지 않는다는 것은 실질적인 온도분포를 정확하게 예상하지 못하고 있다는 의미이다. 따라서, 본 연구에서는 수화열에 의해 발생되는 온도분포와 온도웅 력의 해석에 있어서, 구조물에 배근 된 철근이 어떤 영향을 주는지에 대한 검토를 수행하였다. 이를 위해 교각 기초부에 대한 2차원 유한요소 해석을 이용하였으며, 철근을 전혀 고려하지 않은 모델과 철근비를 점차 중가시킨 모델에 대해서 동일한 방법으로 해석을 수행하였다.
가설 설정
- 초기 조건은 비정상 해석(transient analysis)에 있어서 반드시 입력해야 할 값이며, 수화열 해석에 있어서 초기 조건은 굳지 않은 콘크리트의 타설 온도 및 각 재료의 온도, 그리고 마지막으로 주변 대기의 온도가 초기 온도 값으로 입력된다. 콘크리트의 타설 온도는 Ti.c=20℃ 철근의 초기 온도는 Ts,t = 20℃로 가정하였다. 또한 기초부가 타설되는 지반 암의 초기 온도는 Ti.
- c=20℃ 철근의 초기 온도는 Ts,t = 20℃로 가정하였다. 또한 기초부가 타설되는 지반 암의 초기 온도는 Ti.t = 10℃, 대기의 온도는 Tair = 17℃로 가정하였다.
- 그림 1에서, 윗면(AB) 온 콘크리트가 최초 타설되는 시점으로부터 완전 경화 시까지 대기 중에 완전 노출된 상태로 설정하였고, 측면(BD)는 최초 타설 시에는 거푸집을 설치하고, 이후 7일(168 hr) 뒤에 거푸집을 제거하여 대기 중에 노출되는 것으로 설정하였다. 기타 대칭면과 암반의 표면 부는 열의 전달이 전혀 없는 단열 조건으로 가정하였다. 또한 교각의 기등 부의 압축 철근도 윗면과 동일하게 외부에 완전 노출된 상태로 설정하였다.
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