비선형 폭발해석에 의한 콘크리트 구조물의 손상도 평가

Abstract

일반적으로 구조물에 폭발, 충돌, 지진과 바람 등과 같이 짧은 시간에 큰 하중이 작용하게 되면 구조물은 국부적으로 재료의 대변형(large deformation), 대회전(large rotation), 대변형률(large strain)등이 발생하게 된다. 이와 같은 현상을 해석하려면 전산연속체 역학에 기초하여 유체-구조물 상호작용 등을 고려할 수 있는 하이드로코드(Hydrocode)의 도움이 필요하다. 또한, 폭발로 인해 발생되는 순간 동역학적인 폭발 메커니즘은 매우 복잡하기 때문에 폭발실험을 병행하여 거동을 예측하는 것이 합리적인 방법이지만 막대한 비용과 시설이 요구되므로 한계가 있는 것도 사실이다. 따라서 본 논문에서는 하이드로코드인 AUTODYN을 사용하여 폭발해석한 결과를 기수행된 철근콘크리트 슬래브의 폭발실험 결과와 비교하여 폭발해석 방법의 타당성을 검토하였고, 동일한 폭발해석 모형에 대하여 철근 배근간격, 피복두께의 변화 및 수직철근 유무에 따른 폭발 손상도를 비교검토하였다. 검토한 결과, 철근의 배근간격에 대한 철근콘크리트 슬래브 두께의 비가 커질수록, 지름이 큰 철근보다 지름이 작은 철근을 많이 사용할수록, 마지막으로 수직철근을 배근할수록 콘크리트 구조물의 내폭성능이 향상됨을 알 수 있었다. In general, the large loads which are applied from explosion, impact, earthquake and wind at a short time caused the materials of structures to large deformations, rotations and strains locally. If such phenomena will be analyzed, hydrocodes which can be considered fluid-structure interaction under computational continuum mechanics are inevitably needed. Also, the explosion mechanism is so complicated, it is reasonable that the behaviors of structure are predicted through explosion analyses and experiment at the same time. But, unfortunately, it is true that explosion experiments are limited to huge cost, large experiment facilities and safety problems. Therefore, in this study, it is shown that the results of explosion analyses using the AUTODYN are agreed with those of existing explosion experiments for reinforced concrete slabs within reasonable error limits. And the explosion damage of the same reinforced concrete slab are assessed for quite different reinforcement arrangement spacings, concrete cover depths, and vertical reinforcements. From the explosion analyses, it is known that the more the ratio of slab thickness to reinforcement arrangement spacing is increased, and small-diameter reinforcements are used than large-diameter reinforcements on the same reinforcement ratio, and vertical reinforcements are used, the more the anti-knock capacities are improved.