화재에 노출된 RC구조물 수치해석 및 응용

Abstract

본 논문에서는 화재에 노출된 철근콘크리트 구조물의 거동 연구를 위한 수치 해석 접근법을 소개하였다. 본문에서 제안한 수치 해석 접근은 열전달해석과 비선형구조해석으로 나뉜다. 먼저, 열전달해석을 통해 시간에 따른 단면 온도 분포를 산정한다. 그리고 단면 온도 정보를 비선형 구조 해석에 활용한다. 콘크리트 균열, 철근의 항복 및 온도에 따른 각 섬유 단면에서의 재료 성질 변화 등 재료 비선형을 고려하였다. 그리고 섬유단면 내 온도 분포를 이용하여 콘크리트의 열팽창 변형률, 크리프 변형률, 비정상상태 변형률과 철근의 열팽창 변형률, 크리프와 같은 비역학적 변형률을 고려하였다. 제안한 수치 모델을 검증하기 위해 부재 화재 실험값과 수치 해석값의 비교 연구를 수행하였다. 그리고 화재에 노출된 단순보와 기둥 부재를 대상으로 ACI 216R-89(Guide for determining the fire endurance of concrete elements), EN1992-1-2(EUROCODE2, Design of concrete structures part 1-2: General rules-structural fire design) 와 같은 설계 규준을 활용하여 계산한 설계값과 해석값을 비교함으로써 제시하고 있는 설계 규준이 상대적으로 보수적인지 아닌지 확인하였다. 더 나아가 화재에 노출된 철근콘크리트 프레임 구조물의 거동에 대해서 연구하였다.