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한국복합신소재구조학회> 복합신소재구조학회논문집> 동적비선형해석을 통한 보일러 강구조물의 지진취약도 평가

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동적비선형해석을 통한 보일러 강구조물의 지진취약도 평가

Seismic Fragility Evaluation of Boiler Steel Structure by Dynamic Nonlinear Analysis

권민호 ( Kwon Minho ) , 김진섭 ( Kim Jinsup ) , 권규빈 ( Kwon Gyubin ) , 박관수 ( Park Kwansoo )
  • : 한국복합신소재구조학회
  • : 복합신소재구조학회논문집 10권3호
  • : 연속간행물
  • : 2019년 06월
  • : 30-36(7pages)

DOI


목차

1. 서 론
2. 유한요소 해석모델
3. 지진파
4. 해석결과
5. 취약도 분석
6. 결 론
감사의 글
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화력발전소 구조물 중 하나인 보일러 강구조물은 물탱크가 올라가게 되는 중요한 설비지만 그 중요성이 비해 지진에 대한 안전성 평가에 대한 연구가 미비하다. 본 연구에서는 취약도 곡선을 도출하고자 16개의 지진파에 12개의 PGA값을 선정하고 포항지진을 포함해 총 200회의 동적 비선형 해석을 수행하였다. 강재의 인장, 압축응력과 강구조물의 상대변위를 측정하였다. 강재 재료적 특성의 경우 변형은 발생하였으나 파괴는 발생하지 않았고, 상대변위의 경우 한계점에 못 미치는 변위가 발생하였다. 취약도 곡선 도출결과 국내의 지진구역 구분 및 지역계수를 기준으로 강재의 재료적 변형(400MPa)에서는 인장이 38%, 압축이 62.5%로 변형이 발생하였고, 상대변위는 0%의 확률로 한계점을 넘었다. 이러한 보일러 강구조물에 대한 취약도 곡선은 대상구조물에 대한 한계상태를 판별하는 정량적 근거와 지진에 대한 안전설계시 활용될 수 있다.
Boiler steel structure, one of the thermal power plant structures, is an important facility where water can be raised, but there is less research into safety assessment for earthquakes compared to its importance. In this study, 12 PGA values were selected for 16 seismic waves and a total of 200 dynamic nonlinear analyses were performed, including Pohang earthquake, in order to derive the fragility curve. Tensile·compressive stress and relative displacement of steel structures were measured. As a result of the fragility curve, the material strain of steel material(at 400MPa) was deformed to 38% of tension and 62.5% of compression based on 0.22G, and the relative displacement exceeded the limit by 0% probability based on 0.22G. These fragility curves from boiler steel structures can be utilized for quantitative evidence determining the limit condition for structures and for safety design for earthquakes.

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간행물정보

  • : 공학분야  > 기타(공학)
  • : KCI등재
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  • : 2093-5145
  • : 2288-0232
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  • : 262


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1글리세린과 MEA 복합재료 분쇄조제의 합성 및 물리적 특성

저자 : 최병욱 ( Choi Byung Wook ) , 정용욱 ( Jung Yong Wook ) , 장준호 ( Chang Chun Ho )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 3호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 1-7 (7 pages)

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본 연구는 분쇄효율 향상과 더불어 최근 대두되고 있는 시멘트의 품질 문제 해결을 위하여 기능성 분쇄 조제 TIPA계의 대체를 위해 Glycerine-co-MEA의 유기고분자를 합성하고 이를 적용하여 시멘트 클링커의 분쇄효율 및 압축 강도 향상을 기하고자 하였다. 시멘트 클링커의 분쇄 효율 및 제조된 시멘트의 물리적 특성을 향상시키기 위하여 고분자 구조 내에 분쇄능을 향상시킬 수 있는 하이드록실기(-OH)와 압축강도를 향상시키는 아민기(-NHx)를 동시에 가지는 유기 고분자를 합성하고 이를 적용한 시멘트의 분쇄능, 강도발현율 및 유동성 등 시멘트의 물리적 특성을 검토하였다.
실험결과 Glycerine-co-MEA의 최적 합성 조건은 몰비 1 : 1, 반응온도 80℃, pH 5.0, 점도 35 cPs일 때 가장 안정한 고분자의 합성이 가능한 것으로 나타났으며, 분쇄능은 기존 DEG 및 TIPA계 보다 분말도는 약 150~310 ㎠/g 증가하였고, 45 ㎛체 잔사율은 1.6~2.0% 정도 감소하여 분쇄효율이 향상되는 것으로 나타났다. 압축강도는 알카놀 아민계 유기 고분자의 하이드록실기에 의한 분쇄능 증진 및 아민기에 의한 시멘트 초기 강도 증진 현상으로 초기 재령 1일에서 DEG보다 약 31%, 기능성 분쇄조제인 TIPA계 보다 약 12%의 높은 강도 증진을 나타내었으며, 재령 28일에서는 DEG보다 19%, TIPA계 보다 약 12%의 강도 증진 결과를 나타내었다.

2다양한 종류의 수지와 현무암섬유를 활용한 복합재료 플레이트의 인장 및 전단 물성치 평가

저자 : 곽용주 ( Kwak Yongju ) , 정우영 ( Jung Wooyoung )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 3호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 8-14 (7 pages)

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최근 국내 구조물들의 노후화가 진행됨에 따라 구조물 보강과 관련된 연구에 대한 관심이 높아지고 있다. FRP보강은 노후화가 진행되어 성능이 저하된 구조물을 보강하는데 사용되며 주로 유리섬유 및 탄소섬유를 사용한다. 그러나 이 두 가지의 섬유는 경제적으로나 환경적으로나 나쁜 점이 있다. 따라서 본 연구에서는 친환경적이고 내열성이 우수한 현무암 섬유를 구조용 보강재로 제시하고자 하였다. 또한 본 연구에서는 현무암 섬유에 가장 적합한 수지를 찾기 위하여 에폭시, 폴리에스테르 및 비닐에스테르를 함침 하였다. 그 결과, 에폭시 수지를 사용하였을 때 가장 높은 인장 강도 및 탄성계수를 보였으며 전단강도 및 전단탄성계수가 타 수지에 비하여 50%정도 높게 측정되었다. 현무암섬유와 탄소, 유리 섬유의 물성을 비교한 결과 인장강도는 CFRF의 약 60%정도이나 GFRP보다 30%정도 높게 나타내었다.

3중앙 개구부를 갖는 SWCNT로 보강된 적층 복합소재 원통형 쉘의 고유진동 특성

저자 : Ashish Maharjan , 이상열 ( Lee Sang-youl )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 3호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 15-20 (6 pages)

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Single-walled Carbon Nanotubes (SWCNTs), epoxy resin and E-glass fibers were used for fabricating carbon nanotubes/fiber/polymer composite shells containing a central cutout. Modified Halpin-Tsai model and micro-mechanical approaches were used to evaluate the elastic properties of laminated composite cylindrical shells with different SWCNT weight ratios. The dynamic characteristics of shells were studied using the finite element program for the frequencies and mode shapes. The interactions between carbon nanotubes weight ratios, layup angles, cutout sizes, fundamental frequencies and mode shapes were carried out. The results were verified with those literatures which dealt with different curvature shapes with and without cutout. The study shows the importance of carbon nanotubes (CNT) reinforcement for higher frequency achievement.

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저자 : 이태훈 ( Lee Taehun ) , 주정수 ( Ju Jeongsu ) , 박용필 ( Park Yongpil ) , 염경수 ( Yom Kyongsoo ) , 최성모 ( Choi Sungmo )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 3호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 21-29 (9 pages)

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제한된 토지의 효율적 이용을 위하여 건물들이 점점 더 거대화, 초고층화 되어가고 있기 때문에, 대형합성기둥에 대한 수요가 증가하고 있는 추세이다. 선행 연구를 통하여 리브를 갖는 냉간성형강재를 사용하여 구조적으로 안정적이며 경제적인 충전강관기둥(ACT Column Ⅰ)이 기존에 개발되었으나, ACT Column Ⅰ은 크기가 제한(618×618)되는 문제가 있기 때문에 새로운 폭 1m이상 고하중용 대형합성기둥의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 폭이 커지고 접합부 형식이 단순해지는 대형합성기둥(ACT Column Ⅱ)를 제안하고, 바인딩프레임이 보강된 실험체를 중심압축가력하여 구조성능을 확인하였다. 콘크리트 충전 여부 및 바인딩프레임의 보강 폭과 면적을 변수로 한 바인딩프레임 보강 실험체를 중심압축가력 하여 실험체 최대내력 값과 KBC2016 합성구조 설계메뉴얼에 따른 설계내력을 비교한 결과 ACT Column Ⅱ이 대형합성기둥으로써 안정적으로 거동함을 확인하였다.

5동적비선형해석을 통한 보일러 강구조물의 지진취약도 평가

저자 : 권민호 ( Kwon Minho ) , 김진섭 ( Kim Jinsup ) , 권규빈 ( Kwon Gyubin ) , 박관수 ( Park Kwansoo )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 3호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 30-36 (7 pages)

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화력발전소 구조물 중 하나인 보일러 강구조물은 물탱크가 올라가게 되는 중요한 설비지만 그 중요성이 비해 지진에 대한 안전성 평가에 대한 연구가 미비하다. 본 연구에서는 취약도 곡선을 도출하고자 16개의 지진파에 12개의 PGA값을 선정하고 포항지진을 포함해 총 200회의 동적 비선형 해석을 수행하였다. 강재의 인장, 압축응력과 강구조물의 상대변위를 측정하였다. 강재 재료적 특성의 경우 변형은 발생하였으나 파괴는 발생하지 않았고, 상대변위의 경우 한계점에 못 미치는 변위가 발생하였다. 취약도 곡선 도출결과 국내의 지진구역 구분 및 지역계수를 기준으로 강재의 재료적 변형(400MPa)에서는 인장이 38%, 압축이 62.5%로 변형이 발생하였고, 상대변위는 0%의 확률로 한계점을 넘었다. 이러한 보일러 강구조물에 대한 취약도 곡선은 대상구조물에 대한 한계상태를 판별하는 정량적 근거와 지진에 대한 안전설계시 활용될 수 있다.

6피로해석을 이용한 철도 분기기 레일연마의 수명연장 효과 분석

저자 : 채수호 ( Chae Sooho ) , 장태경 ( Jang Taegyeong ) , 최상현 ( Choi Sanghyun )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 3호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 37-43 (7 pages)

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철도 분기기는 결선부와 곡선부의 존재로 인하여 선로에서 가장 손상이 많이 발생하는 구간이며, 구조적 건전성을 유지관리하기 위하여 매년 상당한 비용이 투입되고 있다. 레일연마는 이러한 분기기의 레일 손상을 감소시켜 유지관리 비용을 저감할 수 있는 방안 중 하나로 알려져 있으나, 현재까지 국내에서는 분기기 레일 연마를 통한 유지관리 비용 절감 효과를 정량적으로 연구한 사례가 거의 없는 상황이다. 이 논문에서는 분기기 레일 연마를 통한 유지관리 비용 절감 효과를 다물체 동적해석프로그램인 VI-Rail을 이용하여 검토하였다. 레일 연마 효과는 레일 표면의 조도를 이용하여 모사하였으며, VI-Rail 프로그램의 Flextrack 모델을 이용하여 차량-궤도 상호작용해석을 수행하였다. 수치해석은 60kg #8 분기기와 EMU 차량 모델을 이용하여 수행하였으며, 레일 표면 조도는 실제 궤도에서 측정된 값을 기반으로 작성한 PSD 함수를 이용하여 모사하였다. 해석 결과 레일 연마는 분기기 레일의 피로 수명을 6.5% 가량 증가시키는 것으로 나타났다.

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