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FRP 소화수조의 부재간 결속으로 슬로싱 방지를 위한 구조해석 연구
허동필(Heo, Dongpil),민세홍(Min, Sehong) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.2
소방시설의 내진설계 기준의 개정으로 소화수조 본체의 내진 안전성을 반드시 검증하게 되었다. 그럼에도 불구하고, 소화수조로 지금까지 현장에 많이 설치된 물성이 취약한 FRP 물탱크는 구조 안전성을 확인할 수 있는 방법이 없다는 현실에 직면하고 있다. 본 연구에서는 FRP 물탱크의 구조적 안전성 확보를 위한 FRP의 물리·화학적 특성 인자 값에 대해 국가공인시험기관을 통해 데이터를 추출 및 축적함으로서 구조해석의 신뢰성 제고에 대해 연구하였다. 또한 물성이 취약한 FRP 물탱크의 내진 안전성을 보강하는 방법을 외부 보강 방법이 아닌, 물탱크 부재간의 결속을 통한 자체 구조 개선으로 물탱크의 파손 원인을 제공하는 슬로싱 및 물탱크 하부 유체 유동 현상을 저감할 수 있음을 확인하였으며, 이로 인해 ｢지진에 의한 슬로싱 방지 구조를 갖는 물탱크｣를 개발하였다. 더불어 개발된 소화수조를 Solidworks Simulation 해석을 통해서 내진 안전성이 향상되었음을 검증하였다. 이러한 결과로 소화수조의 내진 안전성을 개선함으로써, 물성이 취약한 FRP 소화수조를 내진 소화수조로 사용하기 위한 기초연구 자료로 사용하고자 한다. The seismic safety of a fire extinguishing water tank must be verified because of the revision of the seismic design standard of fire protection systems. Although, the FRP water tank has weak physical properties, it is often used as a fire extinguishing water tank, confronting the reality that there is no way of checking its structural safety. This study focuses on a reliable structural analysis by extracting and accumulating data on the physical and chemical characteristics of FRP through the National Certification Testing Agency to ensure the structural safety of an FRP water tank. It has been found that sloshing causes the breakage of a water tank and the fluid movement in the lower part of a water tank can be reduced not by using the external reinforcement method but by improving the internal structure through binding of the water tank members. This method can be employed for reinforcing the seismic safety of an FRP water tank with weak physical properties. Accordingly, a water tank with a structure that prevents sloshing caused by an earthquake has been developed. The improvement in the seismic safety of the developed fire extinguishing water tank has been verified through a Solidworks simulation analysis. Therefore, the proposed strategy for the improvement of the seismic safety of a fire extinguishing water tank can be employed as the basic study material for using an FRP water tank with weak physical properties as the seismic fire extinguishing water tank.
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SMC 소화수조의 지진안전성 설계 시 구조해석에 의한 체크리스트 적정성 연구
김길중,허동필,오흥규,정석환,민세홍 한국화재소방학회 2023 한국화재소방학회논문지 Vol.37 No.1
Recently, in seismic design analysis, some non-structural elements have been defined and analyzed as rigid bodies, whichmakes it difficult to ensure the safety of non-structural elements against earthquakes. In the recently revised “Seismic DesignStandards for Fire-Fighting Facilities,” the seismic design of fire-fighting facilities for seismic load and structural safetyprioritizes the seismic design of each connection. In particular, in a tank vibrating due to an earthquake, pressure from fluidflow is exerted on the tank wall due to the interaction between the liquid and structure; in fact, this pressure may increasethe stress of the tank and cause structural damage. In addition, the frequency of the water tank and connecting pipe is different,which may alter each other’s wavelength. The water tank is crucial for supplying water, which acts as a fire-extinguishingagent, to the fire-extinguishing facility. In terms of earthquake damage to the water tank, the risk increases when water cannotbe supplied during a fire due to damage to the continuous section of the tank wall and damage to the pipe connectorconnected to the tank. In this study, criteria for review items are presented such that the “Structural Safety Checklist forSeismic Design of Water Tanks” can be reviewed and compared by item in a structural review of the water tank duringseismic design. Structural calculation via numerical calculation cannot adequately account for the structure of the water tank. Therefore, calculations for the structure are verified, a quantitative design that addresses the limitations of numerical calculationis considered, and a three-dimensional design that includes the relative displacement of connections is established. Structuralsafety is confirmed by examining the structural members and connections through modeling and structural analysis simulation. 최근에 내진설계 해석에서 비구조요소의 일부를 강체로 규정하고 해석하는 경우가 있으며, 이에 비구조요소의 지진에 대한 안전성을 확보하기 어렵다. 근래에 개정된 ‘소방시설의 내진설계기준’에서 소방시설의 지진하중과 구조안전성에 대한 내진설계에서 각 연결부위에 대한 내진설계를 중요시하고 있는 추세이다. 특히, 지진으로 인해 진동하는 수조는 액체와 구조물의 상호작용으로 수조 벽체에 유체유동의 압력이 작용하며, 이러한 압력은 수조의 응력을증가시키고 구조적인 손상을 일으키는 원인이 될 수 있다. 또한 수조와 연결배관 등의 주파수가 상이하여 서로의파장에 의한 원인으로 손상을 초래할 수 있다. 수조는 소화설비에 물이라는 소화약제를 공급하기 위한 설비로서 중요성이 있다. 이러한 수조에 대한 지진피해 사례로는 수조 벽체 연속부위의 파손 및 수조와 연결된 배관 커넥터 등의파손으로 화재 시 수원을 공급할 수 없는 경우가 발생하여 위험성을 증가시켰다. 본 연구에서는 내진설계 시 수조의구조검토에서 ‘수조의 내진설계를 위한 구조적 안전성 체크리스’를 항목별로 검토 및 비교할 수 있도록 검토 항목의기준을 제시하였다. 수계산에 의한 구조계산은 수조의 충분한 구조적 보완이 어려우므로 구조계산에 대한 검증과수계산에 대한 한계를 보완한 정량적인 설계를 고려하고, 연결부위에 대한 상대변위를 포함한 설계를 할 수 있도록3D Modelling과 구조해석 시뮬레이션을 통하여 구조부재와 연결을 검토하여 구조안전성을 확인하였다.
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화재통계적 인과관계를 이용한 화재발생 시나리오 도출을 위한 연구
이수행(Lee, Suhaeng),허동필(Heo, Dongpil),민세홍(Min, Sehong) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.4
2019년 국토교통부 통계에 의하면 전국 건축물의 약 40%가 준공 후 30년 이상된, 노후 건축물인 것으로 집계되었다. 이러한 노후 건축물은 90년대 대거 개정된 소방법의 적용을 받지 않아 화재안전성능 관련 제도의 사각지대에 놓여있는 실정이다. 그 중 다중밀집시설의 대형화재가 사회적으로 큰 인명피해를 발생시키고 있으며, 이에 대응하기 위하여 화재안전성능 확보를 위한 용도별 건축물의 화재발생 유형 및 화원의 시나리오를 정립하는 연구를 진행하였다. 기존 화재시나리오 도출방법과의 차별성을 제시하기 위하여, 세부통계요인간의 인과관계를 분석하고 화재발생 시나리오를 도출하여 화재예방 및 대응과 성능위주 소방설계 시나리오 작성을 위한 기반자료를 제시한다. According to the statistics obtained by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport in 2019, approximately 40% of the buildings in the nation are buildings aged 30 or more years after completion. The Framework Act on Firefighting Services does not apply to old buildings, and they fall into a blind spot of the fire safety performance system. A large fire in a multi-dense facility causes heavy social casualties. This study therefore aimed to establish the type of fire occurrence and fire source scenario of a building for securing fire safety performance. The current fire scenario derivation method, which was identified as a causation factor among other detailed statistical factors, was analyzed to allow for differentiation from the proposed method. The base data were analyzed to establish fire response and prevention and for developing a performance-based fire-fighting design scenario by deriving a fire occurrence scenario.
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