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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 신진원
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 가톨릭관동대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수10
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2024
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현재 국내에서는 경주 및 포항지진 발생으로 인하여 필로티 건축물에 대하여 CFRP를 통한 내진보강이 이루어지고 있다. 또한 CFRP(Carbone Fiber Reinforced Plastics)는 화재에 취약하다는 단점을 가지고 있기 때문에 CFRP 보강된 필로티 기둥의 구조성능평가가 필요한 시점이다.
따라서 본 연구에서는 CFRP 보강된 필로티 건축물 기둥의 내화성능을 평가하기 위하여 실험 및 화재해석을 통하여 기둥의 내화성능을 평가하였다. 먼저 화재해석을 위하여 FDS(Fire Dynamic Simulator)를 사용하여 실증실험기반 화재실험 데이터를 토대로 검증을 진행한 후에 화재시나리오를 계획하여 화재시나리오 해석을 진행하였다. 이후 차량 화재실험을 참고하여 열전대를 통하여 얻은 온도데이터를 토대로 화재해석과 비교하였다. 이후 유한요소해석프로그램인 Abaqus를 이용하여 열-응력해석을 진행하여 CFRP 보강된 기둥의 내화성능평가와 내화재료를 보강하여 내화재료의 두께 및 종류에 따른 기둥의 내화성능을 평가하였다. 위와 같이 화재해석 및 열-응력해석을 진행한 결과 도출된 결과는 아래와 같이 나타났다.
실증실험기반 화재실험 데이터를 토대로 화재해석을 진행한 결과 최대온도 및 화재의 지속시간은 유사하게 발생하였으나, 온도 그래프의 양상에서는 큰 차이가 발생하였다. 이는 실제 실험이 개방형 주차장에서 진행하여 발생한 외부 요인으로 인해 차이가 발생한 것으로 판단된다. 이에 화재해석 모델을 진행할 경우 바람 등과 같은 외부 요인을 고려하여 해석을 진행하여야 하는 것으로 판단된다.
필로티 건축물의 차량 화재실험을 참조하여 화재해석을 진행한 결과 높이 2.5m ~ 3.0m 지점에서의 최대온도 및 그래프 양상은 비슷하게 유추하였으나, 2.0m ~ 1.0m 지점의 낮은 지점과 화재 온도 중심 부분의 온도에서는 차이가 큰 것으로 나타났다. 이에 실험 결과와 해석결과의 정확한 비교를 위하여 화재해석 모델을 좀 더 실제 실험 조건과 유사하게 모델링 하여 화재해석을 진행하였다. 해석결과 기존 해석결과에 비해 중앙 및 천장 부근에서 온도는 유사하게 예측되었으나 기둥 아랫부분에서는 온도 차이가 크게 발생하였다. 하지만 최대온도 기준으로 비교하였을 경우 기둥 아래 부분에서 발생한 온도는 상대적으로 상당히 낮은 온도를 보여 발생한 온도 차이는 영향이 적을 것으로 판단된다.
CFRP 보강된 기둥이 화재로 인하여 기둥이 손상될 경우 그에 따른 기둥의 강도저하를 알아보기 위하여 Abaqus를 이용하여 열-응력 해석을 진행하였다. 열-응력 해석방법은 순차적 해석방법을 사용하여 진행하였으며, CFRP 보강 기둥의 내화재료를 사용하여 재료의 두께 및 종류에 따라 내화성능을 평가하여 비교하였다. 해석결과 내화재료의 두께가 두꺼워질수록 내화성능효과로 인하여 기둥의 강도가 보호되는 것을 알 수 있었다. 내화재료가 없는 경우와 내화재료가 30mm일 때 강도 차이는 약 50% 정도의 차이가 발생하였으나, 내화재료 30mm와 50mm를 비교하였을 경우 강도 차이는 크게 발생하지 않았다. 또한, Sikacrete와 SFRM의 내화재료를 비교하였을 경우 두 내화재료 모두 30mm부터는 내화재료의 효과가 효율적으로 나타났다. 이에 내화성능을 확보하기 위해서는 내화재료를 30mm로 설계하는 것이 합당하다고 판단된다.
따라서 본 연구에서는 CFRP 보강된 필로티 건축물 기둥의 내화성능을 평가하기 위하여 실험 및 화재해석을 통하여 기둥의 내화성능을 평가하였다. 먼저 화재해석을 위하여 FDS(Fire Dynamic Simulator)를 사용하여 실증실험기반 화재실험 데이터를 토대로 검증을 진행한 후에 화재시나리오를 계획하여 화재시나리오 해석을 진행하였다. 이후 차량 화재실험을 참고하여 열전대를 통하여 얻은 온도데이터를 토대로 화재해석과 비교하였다. 이후 유한요소해석프로그램인 Abaqus를 이용하여 열-응력해석을 진행하여 CFRP 보강된 기둥의 내화성능평가와 내화재료를 보강하여 내화재료의 두께 및 종류에 따른 기둥의 내화성능을 평가하였다. 위와 같이 화재해석 및 열-응력해석을 진행한 결과 도출된 결과는 아래와 같이 나타났다.
실증실험기반 화재실험 데이터를 토대로 화재해석을 진행한 결과 최대온도 및 화재의 지속시간은 유사하게 발생하였으나, 온도 그래프의 양상에서는 큰 차이가 발생하였다. 이는 실제 실험이 개방형 주차장에서 진행하여 발생한 외부 요인으로 인해 차이가 발생한 것으로 판단된다. 이에 화재해석 모델을 진행할 경우 바람 등과 같은 외부 요인을 고려하여 해석을 진행하여야 하는 것으로 판단된다.
필로티 건축물의 차량 화재실험을 참조하여 화재해석을 진행한 결과 높이 2.5m ~ 3.0m 지점에서의 최대온도 및 그래프 양상은 비슷하게 유추하였으나, 2.0m ~ 1.0m 지점의 낮은 지점과 화재 온도 중심 부분의 온도에서는 차이가 큰 것으로 나타났다. 이에 실험 결과와 해석결과의 정확한 비교를 위하여 화재해석 모델을 좀 더 실제 실험 조건과 유사하게 모델링 하여 화재해석을 진행하였다. 해석결과 기존 해석결과에 비해 중앙 및 천장 부근에서 온도는 유사하게 예측되었으나 기둥 아랫부분에서는 온도 차이가 크게 발생하였다. 하지만 최대온도 기준으로 비교하였을 경우 기둥 아래 부분에서 발생한 온도는 상대적으로 상당히 낮은 온도를 보여 발생한 온도 차이는 영향이 적을 것으로 판단된다.
CFRP 보강된 기둥이 화재로 인하여 기둥이 손상될 경우 그에 따른 기둥의 강도저하를 알아보기 위하여 Abaqus를 이용하여 열-응력 해석을 진행하였다. 열-응력 해석방법은 순차적 해석방법을 사용하여 진행하였으며, CFRP 보강 기둥의 내화재료를 사용하여 재료의 두께 및 종류에 따라 내화성능을 평가하여 비교하였다. 해석결과 내화재료의 두께가 두꺼워질수록 내화성능효과로 인하여 기둥의 강도가 보호되는 것을 알 수 있었다. 내화재료가 없는 경우와 내화재료가 30mm일 때 강도 차이는 약 50% 정도의 차이가 발생하였으나, 내화재료 30mm와 50mm를 비교하였을 경우 강도 차이는 크게 발생하지 않았다. 또한, Sikacrete와 SFRM의 내화재료를 비교하였을 경우 두 내화재료 모두 30mm부터는 내화재료의 효과가 효율적으로 나타났다. 이에 내화성능을 확보하기 위해서는 내화재료를 30mm로 설계하는 것이 합당하다고 판단된다.
목차
제1장 서 론 11.1 연구의 배경 및 필요성 11.2 연구의 목적 21.3 연구 방법 및 분석 3제2장 필로티 구조물의 내화설계 52.1 내화설계기준 52.1.1 국내 내화 설계기준 52.1.2 국외 내화 설계기준 62.1.3 구획화재 72.1.4 국부화재 92.2 대상 필로티 건축물 산정 122.3 모델 평가방법 13제3장 실증실험기반 화재평가모델 구축 143.1 화재 평가모델 및 검증모델 143.2 FDS 및 실험 기반 화재 확산 모델링 및 검증 163.3 화재시나리오 수립 및 파라메트릭 해석 173.3.1 화재모델링 개요 173.3.2 화재모델 해석 및 결과 223.4 필로티 건축물의 온도분포 설계차트 36제4장 필로티 구조의 차량 화재실험을 통한 화재평가 504.1 필로티 구조물의 실화재 실험 504.2 차량 화재 FDS 모델 개발 및 검증 564.3 필로티 구조의 차량 화재 영향평가 60제5장 열-응력 FEM 기반 필로티 기둥의 내화성능평가 725.1 CFRP 보강 필로티 기둥의 내화성능평가 725.2 CFRP 보강 필로티 기둥의 하중평가 785.3 내화재료의 종류에 따른 기둥의 강도 거동분석 78제6장 결 론 81참고 문헌 83A B S T R A C T 86감사의 글 90
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