미분변환을 이용한 조합하중을 받는 전단변형 등단면 기둥의 좌굴 후 거동 해석

김수언 安東大學校 大學院 2004 국내석사

일정축하중과 반복 횡하중을 동시에 받는 콘크리트 충진 원형 탄소섬유 튜브 기둥의 거동특성에 관한 실험적 연구

정진훈 경희대학교 대학원 2003 국내석사

조적끼움벽을 고려한 철근콘크리트골조 구조물의 내진성능평가 및 보강

김혜진 단국대학교 대학원 2011 국내석사

최근 들어 전세계적으로 지진의 발생빈도가 높아져가고 있으며, 우리나라도 과거 지진사례를 분석해 볼 때 그 발생빈도가 지속적으로 증가하고 있는 것으로 보고되고 있다. 하지만 국내 내진규정이 처음으로 제정된 것은 1988년이며 이전에 지어진 건축물에는 내진설계가 적용되지 않았다. 이후에도 내진규정이 엄격하지 않았으므로 내진설계가 적용되지 않은 건축물이 다수이다. 특히 학교건축물은 특정시간에 인구밀집도가 높고 주 이용대상이 10대 학생들이므로 자연재해 발생 시 어른들에 비해 상대적으로 대피능력이 떨어져 인명피해가 클 것으로 예상된다. 따라서 학교건축물의 내진설계는 더욱 시급하다고 할 수 있다. 학교건축물은 조적끼움벽이 있는 철근콘크리트 모멘트 골조(조적을 포함한 RC골조)로 이러한 골조는 오래 전부터 많은 부분에서 사용되었지만 구조해석모델에서 비구조재로 간주되어 조적끼움벽과 RC골조 사이의 구조적 상호작용은 무시되어왔다. 하지만, 실제로 조적끼움벽은 RC골조의 내진성능에 큰 영향을 주는 것으로 알려져 있으며, 이는 다양한 지진 피해사례 및 실험결과로부터 확인할 수 있다. 따라서, 조적을 포함한 RC골조로 이루어진 학교건축물의 내진성능평가방법에 대한 제안과 조적벽체에 대한 적절한 내진보강 방안이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 조적끼움벽을 고려한 학교건축물의 내진성능 평가를 수행하기 위한 기초자료를 제공하기 위하여 ① 기둥전단강도의 평가방법, ② 보강성의 차이, ③ 구조물에 작용하는 축력의 크기, ④ 조적끼움벽의 유무 등에 따른 RC골조의 비선형 정적(푸시오버)해석을 수행하여 각 변수의 역할을 분석하였다. 또한, 실제 학교 건물에 분석결과를 적용하여 조적끼움벽의 영향을 고려하는 경우와 고려하지 않는 경우의 구조물의 거동 및 내진성능에 따른 차이를 비교함으로써 기존 학교건물의 내진성능평가 기법을 제안하고자 하였다. 또한, 학교건물에 적절한 보강방법을 선정하여 보강방법에 따른 내진성능향상을 실험을 통하여 검증하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 기둥전단강도의 평가는 FEMA356에 제시된 식을 사용하였으며, k1과 k2값의 변화에 따른 각 모델들의 기둥전단강도를 평가하였다. RC골조모델과 조적채움벽을 가진 RC골조모델은 k1과 k2값의 변화의 유무에 따른 구조물의 거동의 차이가 없는 것으로 나타났다. 하지만, 조적허리벽을 가진 RC골조모델은 k1과 k2값의 변화에 따라 기둥에 모멘트파괴 또는 전단파괴가 발생하는 파괴 양상이 나누어진다. 전단파괴 발생 시 취성파괴되므로 변수 값에 따른 기둥전단강도의 평가에 따라 전체 골조의 거동에 큰 차이를 발생시켰다. 따라서, 조적끼움벽이 있는 RC골조모델의 경우 정확한 기둥전단강도의 평가가 중요하며, 기둥의 국부적인 전단파괴를 발생시킬 우려가 있으므로 정확한 내진성능평가와 이를 보완하기 위한 보강방안의 마련이 필요할 것으로 사료된다. 2) 보-기둥 강성비의 변화에 따라 RC골조모델과 조적허리벽이 있는 RC골조모델의 경우 초기강성과 항복강도가 보-기둥 강성비에 비례하는 것으로 나타났으며, 조적채움벽이 있는 RC골조모델은 초기강성이 조적벽의 강성에 의해 지배되므로 보강성에 따른 구조물의 거동의 변화는 거의 없는 것으로 나타났다. 3) 구조물에 작용하는 축력에 따라 RC골조모델과 조적채움벽이 있는 RC골조모델의 경우 적당한 축력은 기둥 강도를 증가시킨다. 따라서, P·Δ 효과를 발생시키지 않는 범위 내에서의 기둥에 작용하는 축력의 증가는 전체 골조의 거동에 긍정적인 영향을 발생시키는 것으로 나타났다. 반면, 조적허리벽이 있는 RC골조모델의 경우 축력의 증가는 기둥에 작용하는 전단력의 증가를 초래하기 때문에 전체 골조의 거동에 부정적인 영향을 발생시키는 것으로 나타났다. 4) RC골조모델에 비해 조적채움벽이 있는 RC골조모델과 조적허리벽이 있는 RC골조모델의 경우 골조 전체의 초기강성과 강도가 크게 증가되나 RC골조모델에 비해 연성도가 감소하여, 구조물의 급격한 파괴가 발생하는 것을 확인하였다. 5) 실제 학교 건축물의 내진성능평가를 수행한 결과 조적끼움벽을 고려하지 않았을 경우 안전하다고 판단되었던 건축물도 조적끼움벽을 고려하여 해석할 경우 붕괴 위험이 있는 것으로 판단되는 것을 확인하였다. 이처럼, 내진성능평가시 조적끼움벽의 유무를 고려하는 것이 평가 결과에 큰 차이를 초래하므로 조적끼움벽의 구조재 판정여부에 따라 평가결과에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 6) 학교건축물의 전형적인 형태인 조적허리벽이 있는 골조에 대하여 탄소섬유시트, 아라미드섬유스트립, 하니컴시스템을 이용한 보강을 수행한 후 일방향정적가력 시험을 수행한 결과 보강실험체의 강도, 강성, 연성이 모두 증가한 것으로 확인되었다. 하지만, 보강방법이나 보강부위의 선정 등에 따라 증가 정도가 다르므로 상황에 맞는 적절한 보강방법을 적용하는 것이 중요할 것으로 판단된다. 또한, 추가적으로 면외방향으로 발생하는 지진하중에 저항할 수 있는 보강성능에 관한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

기존 철근콘크리트 구조물 내진성능의 효과적인 예비 및 상세평가법 제안

조원선 단국대학교 대학원 2013 국내석사

최근 들어 전 세계적으로 지진의 규모와 발생빈도가 높아져가고 있다. 우리나라는 환태평양 지진대에 위치하는 주변국보다 비교적 안전한 지역으로 인식되었으나, 최근 지진발생 빈도가 높고 진원지가 수도권 내륙인 경우도 있어 지진재해에 대한 우려가 고조되고 있다. 특히, 내진설계되지 않은 비율이 80% 이상인 학교건축물과 공동주택은 대규모의 인명피해를 집중적으로 유발시킬 수 있어 이에 대한 내진보강의 필요성이 대두되고 있다. 따라서 내진설계되지 않은 기존 건축물의 내진성능을 정확히 평가할 수 있는 내진성능평가법의 개발 및 이를 바탕으로 한 효과적인 내진보강 기법이 요구된다. 본 논문에서는 다수의 건축물의 내진성능평가를 효율적으로 수행하기 위해 건설연도, 부재형상, 조적채움벽의 높이 등의 건축물의 개략적인 정보만을 사용하는 예비평가 방법을 제안하였다. 이를 위해 연도별 기본 재료강도를 제시하였고, FEMA, ACI, 일본 등의 기둥 강도 산정식을 비교하여 국내 기존 RC 건축물의 내진성능평가에 사용하기 적절한 기둥유효전단응력값을 제안하였다. 예제구조물에 대한 예비평가법 적용 결과 제안 목적에 적합하게 비교적 보수적이면서도 정확한 평가결과를 보여, 비용과 시간이 많이 소요되는 상세한 비선형 해석 수행 전에 제안된 연도별 재료강도와 설계도서만을 통해 합리적이고 간략한 평가가 가능하다. 상세하고 정확한 내진성능평가를 위해 사용되는 비선형정적해석의 원리와 절차에 대해 설명하고, 구조부재 모델링에 사용되는 소성힌지설정의 영향요소를 파악하였다. 기둥의 모멘트힌지 설정 시 축력의 영향을 파악하였으며, 전단힌지와 모멘트힌지가 동시에 고려되는 경우 선행되는 파괴모드에 따른 거동을 보이는 것을 확인하였다. 따라서, 전단항복강도를 정확하게 산정하여 입력해야 하며, 소성힌지에 사용되는 관계는 양단부의 회전각이 아닌 층간변형을 부재길이로 나눈 이므로, FEMA356에서 제안하는 모델링 변수 중 소성회전각의 정확한 산정이 중요함을 확인하였다. 양단에 보가 걸려있는 벽체의 경우, 보의 전단력에 의한 커플모멘트로 인해 벽체에 걸리는 모멘트를 감소시켜 실제 벽체가 지지할 수 있는 모멘트를 증가시키는 효과가 있으며, 조적끼움벽은 대각압축부재로 작용하여, 구조물의 강성과 극한하중을 증가시키나 취성파괴의 경향을 보이며, 허리벽의 경우 기둥의 단주효과를 가져올 수 있어 이의 영향을 내진성능평가에 반드시 고려해야 함을 확인하였다. 이러한 영향요소에 따른 골조의 거동을 고려하여 부재 별 소성힌지 모델링 기법을 제안한 후, 3층 RC골조 구조물의 실물실험 결과와 비교하여 유효성을 평가하였다. 평가결과, 구조물의 이력거동에 의한 콘크리트 탄성계수의 저감에 따른 강성저하를 고려할 경우 구조물의 비선형 거동을 정확하게 예측할 수 있음을 확인하였다. 최종적으로, 제안된 예비평가방법과 비선형정적 해석을 사용하여 기존 학교건축물의 내진성능을 평가하고 조적채움벽의 영향, 기둥의 파괴모드 등을 분석하였다. 본 연구의 결과를 활용하여 기존건축물의 내진성능평가를 보다 빠르고 정확하게 수행할 수 있고, 이에 기초하여 내진보강 대상 건축물 및 보강량을 정확하게 결정할 수 있을 것으로 사료된다. 추후 국내 기존건축물에 많이 존재하는 T형, L형 등 비정형 벽체와 슬래브 등의 효과를 고려할 수 있는 보다 상세한 내진성능평가 기법의 개발이 요구된다. Recently, seismic damages of RC buildings have been frequently reported all over the world. Also, the number and magnitude of earthquakes have increased steadily in Korea. The seismic provision, however, had not been included in Korea Building Code before 1988, and most existing school buildings and apartment house are supposed to be very vulnerable to any small earthquake. As well, since the school buildings can be used as a shelter place when an earthquake occurs, it should be noted that the seismic evaluation and retrofitting of the existing school buildings are very important. In this study, preliminary evaluation method of seismic performance of the existing RC structures using the rough information on such as construction year, member shape, and elevation of the masonry infill walls, was presented. To this end, first, the default values of the material strength according to construction year were proposed, which could be used for preliminary evaluation before detailed field investigation on material properties. And the shear and flexural strengths of a RC column were evaluated by using Japanese code, ACI 318, and FEMA 356. The column failure modes according to the clear length were identified and the effective shear strength was presented. By multiplying the effective shear strength and the column area, the seismic capacity could be easily estimated in the preliminary evaluation stage. The parametric nonlinear static (push-over) analyses were performed for the detailed seismic performance evaluation. First, the effect of the plastic hinge properties on plastic behaviors of the structure was analytically evaluated. The effects of the axial force, masonry infill on the column strength and nonlinear behavior was studied and the interaction between the frame and wall was investigated. Also, the modeling methods for the walls with H-shape section were proposed and it was presented that the increases of strength and stiffness due to the flange wall section should be considered for the accurate seismic capacity evaluation of existing RC building structures. Finally. the effectiveness of the proposed preliminary and detailed evaluation methods was verified by conducting both numerical analyses and experimental tests. A school building was chosen as a numerical example, and the results form forced test on actual three story apartment structure was used. Both numerical and experimental results indicated that the proposed method could exactly estimate the seismic behaviors of the existing RC buildings. Further researches on the effects of atypical wall and slab are required for more detailed and accurate evaluation of seismic performance of the existing RC buildings.

기존철근콘크리트 구조물의 내진성능 보강에 관한 실험적 연구

박태원 檀國大學校 大學院 1999 국내석사

우리나라에서는 1978년 홍성지진이후 지진에 대하여 관심을 갖게 되었으나 후속조치의 부족으로 별다른 결과를 내어 놓지 못하였다. 이에 건설부에서는 대한건축학회에서 수행한 "건축물의 내진구조 및 방재에 관한 연구"를 기초로 내지설계를 위한 시행령을 제정하여 1988년 7월 1일부터 일정규모 이상의 건축물에 대하여 내진설계를 의무화 하도록 하였다. 그러나 우리나라의 경우 지진에 대한 경험이 많지 않았고 그간의 지진관련 연구도 미미하여 구조설계 실무자들이 실제 설계에 내진설계개념을 도입하는데에는 적지 않은 어려움이 있었다. 또한 1988년 7월 이전에 설계된 건축물은 지진에 대한 대책이 거의 이루어지지 않았으며 따라서 대도시 근방에 지진이 발생할 경우, 큰 피해를 입을 것으로 우려된다. 실제로 1995년 일본의 고베에서 일어났던 지진피해를 살펴보면 이러한 문제점이 심각하게 드러난다. 지진이후 수행된 일본 건축학회의 조사에 의하면 고베지진으로 피해를 입은 대부분의 구조물들은 일본 내진규준이 제정되기 이전에 설계된 구조물로서 철근콘크리트 구조물의 경우, 71년 이전에 건축된 건물의 경우 70%정도가 피해를 입은 것으로 드러났으며, 71년∼81년 사이에 설계된 건물은 35%정도, 81년 이후의 건물은 약 15%만이 피해를 입은 것으로 나타나, 그 피해의 정도는 다르지만, 새로운 내진규정을 적용한 81년 이후의 피해가 가장 적은 것으로 나타났다. 또한 저층의 일본 전통가옥들은 거의가 피해를 입었던 것으로 보아, 우리나라 저층건물에 주로 쓰이는 구법인 단순frame구조 및 조적조 건물 또한 지진에 대한 위험성을 갖고 있을 것으로 판단된다. 따라서 우리나라에서도 내진에 대한 규정이 도입되기 전에 설계 및 시공된 구조물과 내진설계가 의무화되지 않은 구조 시스템에 대해서는 이와 같은 지진이 발생할 경우 가공할만한 피해가 우려된다. 이 연구의 목적은 우리 나라에서 내진규정이 적용되기 이전에 설계된 구조물이나 88년 이후 설계되었던 구조물중 내진설계 의무 규정에서 제외된 저층 구조물과 골조 구조물에 대하여 저렴하고 시공이 용이한 내진성능 보강방법을 강구하고자 하는데 있다. 기존철근콘크리트 구조물의 내진성능 보강을 위한 실험결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 횡변위의 구속이 없는 기준시험체보다 와이어로 브레이싱 한 시험체는 35%, 시멘트 벽돌로 보강한 시험체는 147%, 강재로 X 형 브레이싱 보강한 시험체는 122%, K형 브레이싱 보강한 시험체는 46%, 단부헌치보강한 시험체는 12%의 최대내력의 증대를 나타내었다. 2. 부재별 최대 모멘트를 비교하여 보면 기둥과 보 모두 기준시험체보다 보강한 시험체가 최대모멘트가 증대된 것으로 나타났으며, X형 브레이싱 보강, 시멘트블록 보강, K형 브레이싱 보강, 와이어 브레이싱 보강, 단부헌치 보강법의 순으로 최대모멘트의 증대효과를 나타내었다. 3. 기준시험체와 보강시험체의 강성을 비교하여 보면 초기강성은 보강효과가 뚜렷하게 나타났으며, 시험체가 항복한 이후에도 모든 보강시험체가 기준시험체보다 높은 강성을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 6. 내진설계되지 않은 기존 건축구조물에 내진성능을 보강하기 위한 방법으로 와이어 브레이싱 공법, 시멘트 블록채움 공법, 강재를 이용한 브레이싱 공법(X형, K형) 단부헌치보강 공법은 모두 강도증진형 내진성능 보강공법으로서 적절한 것으로 판단된다. 7. 향후 연구과제로는 기존콘크리트 구조물과 보강재가 접합되는 부분의 상세와 지진으로 인한 피해가 발생한 후에 구조물을 보수·보강하는 방법에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다. This paper studied the efficiency of strengthening effect of reinforced concrete structure which was not designed to endure an earthquake. The earthquake in Kobe, Japan showed that there was a great possibility of having an earthquake even in big city and the damages were concentrated on mid or low story buildings which were not designed to be protected from an earthquake. Block-filling method wire-bracing method and steel bracing method were occupied to test the degree of efficiency of the methods in case of an earthquake. These methods could make the work simpler and lower the construction cost. Also, it is expected that retrofitting specimens could have higher ductility capacity against earthquake. Conclusions of this experiment which was compared at the point of structural behavior of the specimen structures strengthened with steel bracing (X, K, end - hunch type), wire bracing and cement bricks for horizontal restraint conditions due to specimen structure non-seismic detail are listed below. The conclusions are as follows. 1. Wire braced specimen had a 35%, the cement brick strengthened specimen had a 147%, steel bracing()(-type) specimen had a 122%, steel bracing(K-type) specimen had a 46% and steel bracing (end hunch type) specimen had a 12% higher maximum internal force increase than the standard specimen. 2. In comparison with the maximum moment capacity each and every member, it was appeared that braced specimen is superior to standard specimen. And following sign of inequalities shows that which method is superior in efficiency of enlargement in the "Maximum moment" E-X>E-B>E-K>E-W>E-H>E-N 3. In phase of stiffness reinforced specimen is definitely excellent in efficiency of strengthening at initial stiffness, in contrast to standard specimen. And then after yielding, all reinforced specimen keep higher stiffness than standard specimen. 4. As the method of reinforcing seismic resistance capacity of the existing building which are not designed to endure an earthquake, it seem that wire-bracing method, block-filling method, steel bracing method (X, K type) and steel bracing method(end hunch type) method are apt as the seismic resistancd capacity reinforcement method to improve stiffness.

볼트조립형 U형 합성보와 포밍앵글 선조립 기둥의 설계 및 구조성능평가

김형섭 단국대학교 대학원 2023 국내박사

현재 건설현장에서는 공사기간과 공사비용 뿐 아니라 안전사고를 줄이기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 선조립 합성구조는 현장에서 작업이 주로 이루어지는 비계공사, 철근작업, 고소작업 등을 최소화하여 안전사고의 위험을 줄이기 위해 개발된 구조시스템이다. 여기서 합성구조란 건축구조시스템 중 SRC(철골 철근 콘크리트) 구조에 해당하지만 단면이 기존과는 다른 변형된 형태의 좁은 의미를 말한다. 합성구조 다양한 장점으로 인해 다양한 형태의 합성구조가 연구 및 개발되고 있고, 많은 합성구조로 건설된 건축물들이 준공되어 사용되고 있다. 하지만 지금까지는 합성구조를 설계하는데 있어 기존의 건축구조기준으로는 안전성 판단의 근거가 불명확했고, 새로운 형태의 합성구조에 대한 검증 및 인증시스템도 명확하지 않았다. 또한 학회 및 관련단체의 적용방식 및 기준이 다르기 때문에 건축물에 합성구조를 적용함에 있어 많은 혼선이 있었다. 최근에“건축물 강-콘크리트 합성구조설계기준(KDS 41 40 10: 2022)”이 기준에 추가되면서 합성구조의 검증 절차에 대한 명확한 기준을 제시하였다. 이에 본 연구에서는 기준에서 제시하는 합성구조의 검증 절차(KDS 41 40 10, 4.5.2 검증 절차)에 따라 볼트조립형 U형 합성보(CG 합성보)와 포밍앵글 선조립기둥(FAC 기둥)으로 이루어진 합성골조에 대해 구조성능 평가 및 기준적합 여부를 검토하고 설계방법을 제시하였다. CG 합성보는 볼트조립형 U형 합성보로 보 내부에 콘크리트가 충진되어 진동 및 처짐에 우수하지만, H형강 노출형 합성보와는 다른 설계 시 검토사항들이 있다. CG 합성보의 구조성능 확인을 위해 정⋅부 휨강도 실험, 전단강도 실험, 그리고 빔-거더 접합부 휨강도 실험을 수행하였다. 강재의 판폭두께비에 따라 약간의 다른 특성을 보였지만, 현 기준에서 요구하는 강도 이상의 성능과 파괴시까지 매우 높은 연성능력을 보유하고 있음을 확인하였다. 특히, 기준에서 요구하는 전단강도보다 약 2.0배의 강도를 가지고 있었으며, 그 외 설계 시 고려사항들을 파악하였다. FAC 기둥 실험은 P-M 상관도를 기준으로, 휨이 없는 중심 압축강도실험, 압축력이 없는 순수 휨강도실험, 그리고 3단계의 축력작용하에서 횡하중 반복가력실험을 수행하였다. 압축강도실험과 휨강도 실험에서는 현행 건축구조기준을 만족하는 결과를 얻을 수 있었고, 특히 휨강도 실험에서는 매우 우수한 연성능력을 확인할 수 있었다. 횡하중 반복가력실험에서는 축력비가 작을수록 매우 우수한 연성능력을 보였으며, 축력이 높아질수록 취성적 파괴양상을 보였다. 모든 실험에 대해 H형강 SRC 기둥과 비교 실험을 진행하였는데, FAC 기둥은 H형강 SRC 기둥과 동일한 강재량을 사용하더라도 압축강도와 휨강도가 증가하였으며, 연성능력도 많이 증가하였다. CG 합성보와 FAC 기둥으로 이루어진 합성골조의 내진접합부 성능검증을 위해, 내부 접합부와 외부 접합부로 나눠서 내진성능검증을 진행하였고, 두 접합부 모두 건축구조기준에서 제시하는 합성특수모멘트골조의 성능을 만족하는 것을 확인하였다. 결론적으로, CG 합성보와 FAC 기둥은 현행 건축물 구조설계기준(KDS 41 30 20 건축물 강합성구조 설계기준 & KDS 41 40 10 건축물 강-콘크리트합성구조 설계기준)에 따른 성능평가 및 구조설계가 가능함을 확인하였다.

Evaluation on the Fire Resistance Properties of Ultra High Strength Fiber Reinforced Concrete Member

이태규 忠南大學校 大學院 2014 국내박사

최근, 건축구조물의 (초)고층화, 대형화에 따라 국ㆍ내외에서는 높이 200m급 또는 그 이상의 구조물들이 다수 계획되어지고 있다. 주요 핵심기술은 초고강도콘크리트로서 약 1cm2당 800~1,000kg의 하중에 내력을 갖는 강도 80~100MPa의 콘크리트가 적용되어지고 있으며, 최근에는 200MPa급의 초고강도콘크리트가 일부 적용되고 있다. 이러한 초고강도 콘크리트의 고성능화 기술은 크게 3가지 항목 즉 콘크리트의 배합기술, 구조성능, 내화성능을 들 수 있으며, 이중 내화성능은 주로 인위적인 영향요소가 큰 항목으로 대규모의 인적ㆍ물적 피해를 일으킬 수 있는 위험성이 있다. 한편, 고강도 콘크리트는 화재 등과 같은 고온에 노출되면 초기에 폭렬(explosive spalling)현상이 발생할 수 있으며, 폭렬이 방지된 상태에 있어서도 압축강도 및 탄성계수의 저하, 크리프변형, 열팽창 변형 등이 발생할 수 있고, 급격히 구조적인 내력을 상실한다는 문제가 제기되고 있다. 이에 많은 연구자들은 콘크리트의 열적특성과 고층건축물의 구조/화재안전성의 대책으로 폭렬방지 등의 내화대책을 강구하고 있다. 이에, 국외에서는 콘크리트 건축구조물의 내화성능을 평가하기 위해서 실험규준을 제시하고 있으며, 실험규준은 국제표준으로 인정되고 있는 RILEM Committee 129-MHT(Test Methods for Mechanical Properties of Concrete at High Temperatures)의 소형공시체를 활용한 내화시험방법과 실 부재를 사용한 시험방법인 ASTM E119, ISO 834, JIS A 1304 등이 있다. 국내에서도 고강도콘크리트를 사용한 구조물의 내화성능에 관한 법률을 규정하는 등 건축법의 성능규정화에 따라 건축구조물의 내화성능을 달성하기 위하여 KS F 2257 (건축구조 부재의 내화시험방법)과 ISO 834(Fire-resistance tests. Elements of building construction) 등의 시험방법을 제시하고 있다. 이는 시방규정으로부터 성능규정으로의 변환이 이루어지고 있다고 할 수 있으며, 건축주 및 사용자의 건축적 요구성능에 대한 인식이 향상되어 건축구조물의 안전성능, 사용상의 성능 등에 대하여 명확하게 이해하고자 하는 요구가 대두되고 있는 실정이다. 또한, 콘크리트구조물은 사용목적에 따라 상이한 역학적 특성, 열적특성, 환경조건을 고려해야 하며 장기간 고온에 노출된 콘크리트는 일반 콘크리트구조물과 상이한 거동특성을 나타내므로 이에 대한 평가방법이 필요하다. 최근에는 실제 환경에서의 열적특성을 고려한 화재안전성에 대한 관심이 고조되고 있어 이에 대한 평가방법 및 부재의 성능향상기법에 관한 연구들이 진행되고 있지만 주로 법적기준을 만족시킬 수 있는 기술이 대부분을 차지한다. 또한 독자적인 기술발전보다는 현상을 해결하는데 급급한 경우가 대부분을 차지하고 있어 체계적인 정립이 필요하다. 초고강도콘크리트는 일반콘크리트에 비해 내부조직이 치밀하여 화재발생에 의한 고온하에서 콘크리트부재의 표층이 박리ㆍ비산하는「폭렬현상」발생이 현저하기 때문에 고강도콘크리트를 사용한 구조물은 화재시 단면손실에 의해 부재 내부로 온도의 확산이 촉진되어 일반콘크리트 구조물에 비해 더 큰 위험성을 잠재하고 있다. 이에 정부에서는 고온의 가열을 받을시 고강도콘크리트구조물의 안전성에 대한 검토를 의무시하기 위해「고강도 콘크리트 기둥․보의 내화성능 관리기준 제정」등의 성능규준화에 따른 정책들을 만들어 고강도콘크리트의 화재에 대한 안전 및 방지대책을 강구하고 있다. 화재시 급격한 온도상승으로 인해 표면부가 박리·비산하는 고강도콘크리트의「폭렬현상」을 방지하기 위한 대책으로서는 국내ㆍ외에서 많은 연구들이 이루어지고 있다. 이와 같은 다양한 내화성능 향상 방안 중 부재에 내화피복을 실시하는 방법과 유기섬유 또는 합성섬유를 콘크리트 내에 혼입하여 내폭렬 성능을 향상시키는 방법이 주로 사용되어 지고 있다. 내화피복을 실시하는 방법은 콘크리트부재 외부에 추가적인 피복시공을 실시함으로서 근본적으로 부재가 열에 노출되는 것을 막는 것이다. 유기섬유 또는 합성섬유를 혼입하는 방법은 콘크리트 내부에 미리 섬유를 혼입하여 화재 시 발생하는 열에 의해 용융되어 콘크리트에 미세한 공간을 만들어주며, 이 공간이 표층의 열팽창 응력 또는 내부에서 팽창한 기체의 압력을 완화하는 역할을 하여 콘크리트 표층의 박리ㆍ비산을 방지한다. 내화피복에 의해 내화성능을 향상 시킬 경우 기둥의 직경이 5%정도 증가하여 거주공간이 축소되며, 공기와 공비도 증가된다. 따라서 일반적으로 직경 0.012~0.2mm, 길이 5~20mm의 합성섬유를 콘크리트 부피에 대하여 0.10~0.35% 혼입하여 고강도 콘크리트의 내화성능을 향상시키는 방안을 주로 사용하고 있다. 한편 콘크리트구조물은 사용목적에 따라 상이한 역학적 특성, 열적특성, 환경조건을 고려해야 하며 장기간 고온에 노출된 콘크리트는 일반 콘크리트구조물과 상이한 거동특성을 나타내므로 이에 대한 평가방법이 필요하다. 또한 실제 환경에서의 열적특성을 고려한 화재안전성에 대한 관심이 고조되고 있어 이에 대한 평가방법 및 부재의 성능향상기법에 관한 연구들이 진행되고 있지만 주로 건축법의 성능기준화에 따라 법적기준을 만족시킬 수 있는 기술이 대부분을 차지한다. 또한 독자적인 기술발전보다는 현상을 해결하는데 급급한 경우가 대부분을 차지하고 있어 체계적인 정립이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트부재의 내화성능을 평가 및 향상시키기 위한 연구의 일환으로써 고강도콘크리트 부재의 내화성능설계 시스템을 바탕으로 폭렬을 효과적으로 평가할 수 있는 기법과 초기폭렬뿐만 아니라 20℃~800℃ 온도범위, 혹은 그 이상에서의 콘크리트의 특성에 대한 전문적인 지식이 필요하며, 초고층구조물에 사용이 증대되고 있는 초고강도 콘크리트 영역(100~200MPa)에서의 고압축강도, 탄성계수, 열팽창변형, 크리프와 같은 재료특성을 측정하기 위한 시험방법 및 예측모델이 필요하며 이에 대한 시험방법 및 평가기법을 제안하고자 한다. 부재의 내화성능을 평가 및 향상시키기 위한 연구의 일환으로써 100, 150, 200MPa의 초고강도 콘크리트를 대상으로 폭렬을 효과적으로 평가할 수 있는 기법과 초기폭렬뿐만 아니라 20℃~800℃ 온도범위, 혹은 그 이상에서의 콘크리트의 특성에 대한 전문적인지식이 필요하며, 초고층구조물에 사용이 증대되고 있는 초고강도 콘크리트 영역(100~200MPa)에서의 고압축강도, 탄성계수, 열팽창변형, 크리프와 같은 재료특성을 측정하기 위한 시험방법 및 예측모델이 필요하며 이에 대한 시험방법 및 평가기법을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 선행연구를 바탕으로 초고강도 콘크리트의 내화성능을 평가 및 향상시키기 위한 일환으로써 폭렬방지성능을 기초로 사용자가 요구하는 성능에 따른 내화성능평가 및 향상기법에 관한 연구를 수행하고자 하며, 이를 요약하면 다음과 같다. 제 1장은 본연구의 서론으로서 초고강도 콘크리트의 사용배경과 고온을 받을 경우 폭렬 및 역학적 특성의 저하의 원인에 대하여 서술하고 이를 개선하기위한 기존의 방법들에 대하여 서술하였다. 또한 기존의 내화성능평가 방법의 문제점에 대하여 분석하고 체계적인 평가 및 향상기법에 대하나 필요성을 바탕으로 본연구의 내용 및 범위에 대하여 기술하였다. 제 2장은 고강도 콘크리트의 내화성능 평가 및 향상 기법에 관한 문헌적 고찰로서 고강도 콘크리트의 폭렬억제 방안 및 평가를 위한 국내외 연구동향을 파악하고 고온역학적 특성을 평가하기 위한 방법을 분석하여 본연구를 수행하기 위한 기초자료로 제시하였다. 제 3장은 폭렬을 효과적으로 제어하기 위하여 섬유혼입공법에 대한 배합에 대한 기초실험과 내부 공극분포에 대한 폭렬성상, 내부수증기압, 섬유공극분석 등을 통하여 초고강도 콘크리트의 폭렬을 방지할 수 있는 섬유, 혼입률에 대하여 실험을 실시하고 최적 조건에 대하여 분석하였다. 제 4장은 재하조건에 따른 초고강도 콘크리트의 고온역학적 특성을 평가한 것으로 ∅100mm×200mm 공시체를 사용하여, 하중을 0.0fcu, 0.25fcu, 0.4fcu 재하한 상태에서 각각의 온도에서 응력-변형, 잔존압축강도, 잔존탄성계수, 열팽창변형, 고온 크리프변형(Transient creep strain)등을 평가하여 고온에서 초고강도 콘크리트의 내력을 분석하고 기둥부재의 설계를 위한 기초자료로 제시하였다. 제 5장은 재료특성 평가결과를 바탕으로 비재하가열 및 재하방법에 의한 초고강도 콘크리트 부재의 폭렬성상, 온도이력, 수축변형량, 잔존강도를 평가함으로서 내화성능프로세스의 적용성을 확인하였다. 제 6장은 열해석에 의한 소형시험체의 섬유손실량 분석 및 철근콘크리트 부재의 내화시간, 잔존강도를 분석하였다. 또한 최적배합, 열해석 분석 결과를 활용하여 실기둥부재를 제작하여 내화성능평가를 행함으로써 내화성능설계기법의 적합성을 확인하였다. 제 7장은 본논문의 종합결론으로서 재료성능설계, 섬유용융 및 기화량 평가, 부재실험등의 결과를 요약한 것으로 초고강도 콘크리트의 내화성능설계를 위한 프로세tm를 체계적으로 정리하고 향후 부재의 내화성능 평가를 위한 가이드 라인을 제시하였다.

모듈러 구조물의 이중보 시스템 구조성능 평가

박현진 단국대학교 2008 국내석사

냉간성형강은 중량비 강도가 일반 열간성형강에 비해 매우 우수하여 구조물의 전체 무게를 감소시킬 수 있으며, 사용자의 요구대로 사용 목적에 맞게 그 단면형상과 크기를 설계 및 제작이 가능하다. 또한 형상의 조합을 통하여 요구되는 강도를 쉽게 얻어 낼 수 있는 장점을 가지고 있어 냉간성형강을 이용한 모듈러(Modular) 건축 공법은 선진국에서는 활용도가 높다. 국내에서도 박스형의 공장 생산된 모듈러 유닛을 현장으로 운반, 조립하여 건축물을 완성하는 철골조 모듈러 건축 공법에 대한 수요가 점점 증가하고 있으며 모듈러 건축의 적용성 확대를 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 그러나 고가의 제작원가와 과도하게 소요되는 물량은 모듈러 건축의 한계로 인식되어왔다. 과도한 제작원가를 줄이기위해 비대칭 바닥판 형상을 가지고 비교적 스팬이 짧은 모듈러 건축물의 용도에 적합한 롤포밍(roll-forming) 방식의 신형상보(Modular Construction Optimized Beam; MCO Beam)가 개발되었으나 현장조립의 용이성 및 경량화, 대경간화를 추구하다보니 기둥에 비해 보 부재의 춤이 상대적으로 큰 강한 보, 약한 기둥 시스템이 되어 구조적 불합리성이 나타나고 있다. 특히, 완성된 모듈이 그 자체로서 하중을 지지할 수 있어야 하는데 공장에서 생산된 모듈러 유닛은 천장 및 바닥에 모두 보가 설치어 독립된 유닛으로서는 큰 문제가 없으나 다층 건물로 조립하다 보니 하부 모듈의 천정보는 모듈 조립 후에는 구조적 기능이 거의 없어지게 되고 층고 및 하중만을 증가시켜 모듈러 구조의 경제적 장점을 희석시키게 되었다. 따라서 본 연구는 이러한 천정보의 구조적 기능을 활용하기 위하여 상부 모듈의 바닥보와 하부 모듈의 천정보를 볼트접합을 통해 강판으로 연결하여 구조적 안정성을 검토였다. 연결재를 중심으로 상?하?좌?우 대칭으로 연결된 신형상 단면의 합성보를 대상으로 가력실험을 수행하여 보 단면의 치수, 연결재의 치수, 볼트 개수, 상?하 보 간격의 영향을 조사하고 강도 평가를 수행함으로써 보다 작은 단면을 사용하여 물량을 감소시키고 층고를 줄일 수 있는지 확인하고 다음과 같은 결론을 얻었다. (1)연결재의 전단 변형을 고려한 수치해석 모델을 통하여 연결재의 최적위치는 단부에서 경간의 20%지점이며 연결재의 최적개수는 2개임이 확인 되었다. 이를 바탕으로 실험을 수행한 결과 이중보 시험체는 하중의 증가에 따라 연결재-보 사이에 슬립이 발생하고 최종적으로는 단부의 용접부에서 소성힌지가 형성되어 파괴되었으며 하중 재하의 중심과 좌우로 연결된 시험체 중심의 불일치로 인한 시험체 전체적인 비틀림이 발생하였다. 또한 시험체 별 연결재-보 접합부의 조기 슬립이 발생한 시험체의 하중은 LL와 DL+LL수준으로 나타났다. (2) 이중보의 하중-변위 관계를 살펴보면 재하 초기에는 단부 지그의 변위를 고려한 수정지지 조건의 이중보 해석모델과 유사한 성능을 보였으나 하중이 증가하면서 연결재의 슬립이 발생하여 한계상태에서는 축력만 전달 가능한 링크로 연결된 모델로 접선강성이 수렴해 감을 확인할 수 있었다. (3) 강도평가를 위해 유한요소 해석프로그램인 Ansys(Version 9.0)을 사용하여 이중보의 구조적 거동을 살펴보았다. 우선, 해석용 모델의 신뢰성을 확인하기위해 실험결과 유한요소 해석 결과의 휨 모멘트를 비교한 결과 실험결과와 유사함을 확인 하였으며, 가상일의 원리를 적용한 소성 설계식의 값과 실험값 그리고 해석값을 비교해 본 결과 설계값과 해석값은 6~8%, 설계값과 실험값은 13.7%정도의 차이가 발생하였다. 따라서 설계식을 적용할 경우 안전을 고려하여 설계식의 값보다 약 15% 낮게 설계하는 것이 바람직 할 것으로 사료된다. The self-weight of the whole structure could be reduced by using the cold-formed steel, because it has high weight-strength ratio than the square steel tube. The cold-formed steel could be designed and produced through the section shape and size corresponding to the requirement of user and the purpose of use. Because the CFS has the advantage of producing the required strength easily through the combination of the shape, it is widely used on the modular construction which consists of the CFD in many developed countries. The steel framed modular construction has the modular unit which is made in a factory, transported to and set up in a construction site is increasing demand, in domestic construction market. However, it has been recognized that the extremely required costs of production and the quantity of materials in the limit of the steel framed modular construction. For reducing the extremely required costs of production, the Modular Construction Optimized Beam (MCO Beam) with an asymmetry floor shape has been developed by the roll-forming method in order to use the modular construction with short span comparatively. However, because it is required the light weighting in seismic design and the long span for space design due to producing the workability in construction, the modular unit becomes having irrationality such as a strong beam and a weak column system, relatively. Especially, the constructed modular structure which is connected the floor and the ceiling with beams in a factory should have capacity to resist the gravity load. As a singular unit, the ceiling beam has the capacity to resist the gravity load, but as a multiply connected unit, it has the lower performance in becoming only dead load component and making the useless space because the ceiling beam located below the floor beam can not participate the structural member. So the ceiling beam make the modular unit construction system have not an economical profit in a multistory modular unit structure system. Therefore, in this study, to make the best use of the ceiling beam, coupled beams which consist of the floor beam of the upper unit and the ceiling of the lower unit that are connected by steel plates with bolts. The structural reliability of the coupled beam was investigated experimently. Through the implementing of monotonic loading tests of the MCO section coupled beam which connected symmetrically in up, down, left and right of the coupling plate, the effects of the beam section dimensions, coupling plate dimensions, number and shape of bolts, and clearance between upper and lower beams are investigated. Also, the structural reliability of the coupled beam in this study was figured out through the comparing the strength of implementing the experiment, the plastic analysis and the finite element analysis using ANSYS. The conclusions from this study is as follows; (1) It was figured out that the optimal position and number of the coupling plates in the coupled beam was the 20% point from the end of the beam length and two point in the beam, respectively. From experimental results, the slip phenomenon was occurred between the coupling plate and the beam and the plastic hinge was occurred in the end of the beam in the specimen of the coupled beam. On the other hand, the local buckling was occurred in the flange of the single beam and global torsion was occurred due to discordance between the center of the load and the specimen. (2) Also, in the specimens, the first slip loads which was observed in the earlier slipped specimen and in the other specimen were the live-load and sum of the live-load and the dead-load, respectively. From the load-displacement relation, it was observed that the result of the coupled beam specimen from the earlier loading condition shows the similar performance with the numerical model of the modified boundary condition which considered the displacement of the end jig of the beam specimen, but the result of the coupled beam specimen from the increasing loading condition shows the convergence of the tangent stiffness to the numerical model which linked only to transfer the axial forces due to the slipping phenomenon of the coupling plate. (3) The comparison results between the measured bending moments from the test and the calculated bending moments from the ANSYS analysis shows the reasonably agreement. Comparing between the ultimate fracturing load of the plastic design from the test result which is applied to the virtual work method and that of the measured bending moments from the test, the fracturing mode was figured out in the center of the upper beam and the ultimate fracturing loads from the plastic design was overestimated about 13.7%. Therefore, it is the more reasonable that the strength of the member could be designed about 15% lower applying to the plastic design.

전단벽-슬래브댐퍼 시스템을 이용한 저층구조물의 진동제어

김현진 단국대학교 2009 국내석사

전 세계적으로 학교건축물의 지진피해가 많이 보고되고 있다. 특히 지난 2008년 발생한 쓰촨성 지진에서 수많은 학생들이 학교건축물의 붕괴로 사망하면서, 학교건축물의 지진취약성 및 내진보강에 대한 관심이 국내외적으로 증대하고 있다. 학교건축물은 재난 발생 시 피난시설로 이용되기 때문에 자연재해에 더욱 안전하게 설계되어야 하나, 국내 학교건축물은 내진설계기준이 재정된 1988년 이전에 준공된 건물이 대부분이며, 이후에 지어진 경우에도 대부분 5층 이하여서 2005년 이후에나 비로소 내진설계 되기 시작하였다. 따라서, 국내 학교 건축물은 지진과 같은 횡 하중에 대한 저항능력이 매우 부족하여 실제 지진 발생 시 엄청난 인명피해가 발생할 수 있다. 학교건축물의 경우 수직 및 수평증축과 함께 내진보강이 수행되는 경우가 많고, 공사 중 수업이 진행되어야 하는 관계로 건축물 내부공사를 최소화하고 외부공사를 위주로 진행되는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 이러한 제한사항을 고려하여 수평증축을 고려한 전단벽-슬래브 댐퍼 시스템을 제안하였다. 전단벽-슬래브댐퍼 시스템은 증축 전단벽과 기존 구조물의 접합부에 강재이력 댐퍼(damper)를 설치하여 전단벽과 기존구조물간의 변위응답차에 의한 강재이력댐퍼의 에너지 소산을 통하여 구조물의 안전성을 확보하는 시스템이다. 본 연구에서는 전단벽-슬래브댐퍼 시스템의 진동제어성능 확인에 앞서, 기존 학교 건축물의 내진성능을 일본 내진성능평가법과 응답스펙트럼법, 비선형정적해석법 등을 이용하여 평가하였다. 평가결과, 대부분의 국내 학교건축물은 내진성능이 부족한 것으로 나타났고, 층수가 높아질수록 건물의 내진성능은 낮아짐을 확인하였다. 비선형 정적해석 및 응답스펙트럼 해석결과 저층부 기둥에 전단응력과 변형이 집중되는 전단파괴 양상을 보였다. 또한 평면상의 비정형에 의해 나타나는 강성불일치는 건물의 변위가 증폭되는 결과를 낳는 것으로 확인 되었다. 전단벽-슬래브댐퍼 시스템의 진동제어 성능의 검토를 위하여 수치해석을 수행하였다. 강재이력댐퍼의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 항복강도의 변화에 따른 구조물의 거동을 수치해석을 통해 확인하고 댐퍼의 최적의 항복강도의 범위를 설정하였다. 또한 슬래브댐퍼의 변위제어 성능뿐만 아니라 증축되는 전단벽의 안전성 확인을 위하여 댐퍼의 설계변수 변화에 따른 전단벽의 층 전단력의 변화를 확인하였다. 해석결과, 댐퍼의 항복강도를 밑면전단력의 10∼100%로 변화시킴에 따라 항복강도가 20%일 때, 구조물의 변위가 가장 크게(약 50%) 감소하는 것으로 나타났다. 또한 전단벽의 층 전단력 확인결과 전단벽과 기존골조를 강체로 연결한 기존골조-전단벽 시스템에 비해 층전단력을 최대 60% 감소시키는 것을 확인하였다. 소형 2층 구조물을 이용하여 전단벽-슬래브댐퍼 시스템의 진동제어 성능 검증을 위한 진동대 실험을 수행하였다. 실험결과 댐퍼 설치 위치에 관계없이 기존구조물의 응답이 감소하여 댐퍼의 진동제어 성능을 확인하였다. 본 실험 결과를 통해 기존골조와 신설 전단벽을 연결하는 슬래브에 수평으로 강재이력 댐퍼를 설치함으로써 기존 구조물에 발생하는 지진에너지를 슬래브 댐퍼에 집중시켜 기존구조물의 피해를 최소화 시킬 수 있을 것으로 판단된다.

콘크리트 타설에 따른 LNG 저장탱크 Steel Roof 거동 특성에 대한 연구

김기범 공주대학교 대학원 2004 국내석사

국문초록 콘크리트 타설에 따른 LNG 저장탱크 Steel Roof 거동 특성에 대한 연구 공주대학교 대학원 건축공학과 건축구조전공 김기범 액화천연가스 (Liquefied Natural Gas)는 메탄을 주성분으로 하는 저분자 탄화수소의 혼합물에서 천연가스를 액화한 것으로, 대기압에서 비등점이 -162°C인 액체로 존재하며 이때의 체적은 가스 상태의 1/600로 축소되어 수송 및 저장시에 우수한 특징을 가지고 있다. 천연가스 중에 함유되어 있는 탄산가스 유화수소와 같은 불순물은 액화정제 공정에서 제거되어 LNG는 부식성이 없으며 기화가스의 연소제는 Co2와 Nox의 발생이 낮은 청정 에너지로서 도시가스용 원료 및 발전용 등의 연료로서 널리 사용되고 있어 사회적 경제적으로 중요한 역할을 담당하고 있다. 우리 나라는 1986년부터 LNG 저장탱크가 건설되어 운전 및 사용이 시작된 이래 그 수요가 증가추세에 있으며 수요 증가에 따른 저장기지의 건설 및 저장설비의 확충이 계획되고 있으나 아직까지는 외국의 설계기술에 상당 부분을 의지하고 있다. LNG 저장탱크는 내조?벽체?루프로 구성된 원통 쉘 구조로서 일반 건축 구조물과는 달리 내부에 LNG를 -162°C의 액체 상태로 저장해야 하므로 액체압은 물론 극저온 온도에 따른 영향에 대하여 충분한 안전성을 요구하는 특수 구조물이다. LNG와 직접 접촉하는 내조는 9% Ni강 형식과 멤브레인 형식으로 나뉘어 지며 각각의 형식에 따라 단열 방식과 내조 설계 방법이 달라져 고유의 설계기술이 필요하다. 초기의 LNG저장탱크의 경우 외조 벽체부를 탄소강 재료를 사용하여 구성하였으나 저장탱크 용량이 대형화됨에 따라 안전성을 확보 하기 위하여 원통 쉘 구조의 측벽과 원판 형태의 바닥판에서 프리스트레스 철근 콘크리트로 시공 건설된다. 루프는 돔 형상을 갖는 구조물로서 벽체 정상부에 지지되어진 강판의 구형 쉘 구조로 구성되며 루프 프레임에 고정 지지된 서스펜디드 데크 상부에 단열재를 설치하여 단열 하는 방식이 주로 사용된다. 루프 또한 초기 LNG저장탱크에는 Steel 루프만으로 시공되었으나 외부의 충격등에 대비하여 Steel 루프 상부를 콘크리트로 타설 시공된 복합구조로 안전성을 확보하고 있다. 루프의 구조는 그 형상 및 여러 가지 하중조건이 벽체에 비해 상대적으로 복잡하나 이에 대한 설계기술 수행 자체가 아직은 미비한 실정이다. 또한 루프는 재료 형태, 하중조건, 시공방법의 다양성으로 인하여 전체 LNG 저장탱크 구조요소 중 해석이나 설계가 상대적으로 어려운 부분이다. LNG 저장탱크는 국제규격을 기준으로 하여 각각의 하중 조건에 대하여 구조 계산을 통한 설계서를 작성한다. 특히 유한요소 해석 프로그램을 이용한 구조 해석과 실제 건설 과정의 하중 조건하에서의 실험을 이러한 구조 계산값의 신뢰성을 확보 하고있다. 이중 실험 데이터의 경우 각 설계사 별로 자체적으로 시행하여 가지고 있는 결과 값으로 공개되기보다는 자체적인 know-how로서 가지고 있다. 본 연구에서는 LNG 저장탱크의 주요 부위인 Steel 루프를 실제적으로 해석하고 설계할 수 있는 기술을 구체적으로 개발하여 향후 건설될 저장탱크에 대한 안정성을 확보할 수 있는 근거를 마련하고 해석 및 설계기술의 국산화를 위한 근거를 마련하기 위한 구체적인 단계로서 유한요소 해석법을 이용한 대용량 LNG 저장탱크 Steel 돔 Roof의 설계 기술을 개발하고자 한다. 이를 위하여 실제로 시공 건설된 LNG 저장탱크의 Roof의 변형 거동을 측정하였으며 이 측정값을 유한요소 해석 결과와 비교하였다. 본 논문에서는 지하식 LNG 저장탱크 Roof 구조의 콘크리트 타설 시공시의 거동에 대한 해석 및 측정을 하여 분석을 하였으며 이를 이용한 설계변수에 따른 구조계의 거동 해석을 하였다. 설계변수로 Roof에 적용되는 H형강, Steel Roof 플레이트 두께, 콘크리트 타설시 부하 되는 내부압력 변화를 선정하였으며 각각의 설계변수의 변화에 따른 대상 구조물의 수직 변위값 및 응력값 그리고 벽체에 고정되고 Steel Roof 플레이트와 용접 연결되어 전체 Steel Roof를 고정 지지하는 Compression Ring Plate에 대하여 범용 해석 프로그램인 LUSAS를 이용해 수행하였다. 이러한 일련의 작업을 통해 측정과 해석으로 얻은 결과 그리고 설계변수가 구조물의 거동에 미치는 영향에 대해 살펴보았으며 이에 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 저항식 온도센서를 이용하여 중요부위의 콘크리트 수화열 온도를 측정한 결과, 콘크리트 두께 중 중앙부에서 최대 온도가 발생하였으며 Roof 중앙부 보다는 벽체부에 가까워질수록 온도가 증가하였다. 측정 온도와 대기 온도를 고려한 결과 콘크리트 타설에 의한 수화열 발생이 Steel Roof 구조물에 미치는 영향은 미비할 것으로 예측되었다. 2. Air Support 및 콘크리트 타설 작업이 이루어지는 동안의 Roof의 변형 거동을 광파기를 이용한 측정값과 해석값을 비교한 결과 안정적인 거동 특성을 나타냈다. 그러나 Roof 최상부에서는 해석과는 달리 수직 변위의 처짐 값이 크게 나타났다. 이는 해석 모델링시 Roof 최상부의 응력 특이점 제거를 위해 실제 모델링이 되지 않은 점이 주 요인으로 정확한 해석이 이루어지기 위해서는 이에 대한 고려가 필요하다. 3. Steel Roof 두께의 변화가 Roof 거동에 미치는 영향에 대한 분석 결과, Steel Roof의 두께를 감소시킨 경우, 큰 H형강의 사용에 의해 수직 변위 및 응력값을 감소시키는 효과를 얻었을 수 있었다. 5. 내부 압력 변화가 Roof 거동에 미치는 영향에 대한 분석 결과, 압력을 감소시킨 경우에는, H형강의 증가에도 변위 및 응력이 감소하지 않아 압력에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 6. Compression Ring 플레이트는 초기 콘크리트 타설시엔 Step 1~2까지는 수직 처짐 변위가 증가하였으나 Step 3 이후 전체적인 콘크리트 타설이 이루어지며 안정화를 이루어 수직 처짐의 변위 값이 감소하는 현상을 보였다. 7. 설계변수의 변화에 의한 Compression Ring 플레이트의 거동을 분석한 결과, Roof 플레이트 두께 변화시엔 H형강의 크기 증대에 의한 변위 및 응력 감소가 이루어 졌으나 압력 변화시엔 그런 현상이 나타나지 않았다. Roof 플레이트와 용접 연결되어 있어 Compression Ring 플레이트의 자체적인 거동보다는 Roof 플레이트와 연동되는 것으로 나타났다. ABSTRACT Study on the Steel Roof Behavior of LNG Storage Tank during Concrete Pouring Ki-Beom Kim Department of Architectural Engineering Graduate School, Kong Ju National University Kong Ju Korea (Supervised by Professor Woo-Bum Kim) This paper presents the behavior of the steel roof structure in the in-ground LNG storage tank during concrete pouring. When designing the steel roof, it should be required to confirm a stable behavior under many load conditions and combinations of them. We have analyzed the steel roof behavior during concrete placing by FEM and experimental measurements. We could obtain the vertical displacement and equivalent stress according to the various load cases using the finite element method program LUSAS 13.4, and could measure the vertical displacement by the total station. All measured data have been compared with numerical results from the FEM analysis for verification. On the basis of analysis results and measured data, we could expect the various steel roof behaviors according to the changes of design variables. Design variables are H frame, the thickness of the steel roof plate and the pressure loaded on the inner shell. On the basis of results obtained from this study, a more accurate design method for the steel roof of the LNG storage tank has been established.