응용 요소법을 이용한 철근 콘크리트 고층 건물의 축소 모델링 연쇄붕괴 해석에 관한 연구 :A Study On Reduction Modeling to Progressive Collapse Analysis of Reinforced Concrete Tall BuildingUsing Applied Element Method

위해환

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자료유형: 학위논문

저자정보: 위해환 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수: 김한수

발행연도: 2015

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이용수10

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

응용 요소법을 이용한 철근 콘크리트 고층 건물의 축소 모델링 연쇄붕괴 해석에 관한 연구

위해환 건축학과 2015.01 학위논문

2014

응용 요소법을 이용한 초고층 건물의 축소 모델링 연쇄붕괴 해석

위해환 , 김한수 , 최형빈 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2014.05 학술대회자료

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현재 연쇄붕괴를 방지하기 위한 설계 방법으로 제시되고 있는 GSA나 DoD의 경우 폭발하중이 가해진 이후에도 손상된 기둥이 하중지지능력을 갖고 있을 경우에는 과도하게 보수적인 결과를 얻게 되어 비경제적인 설계를 하게 된다. 또한 이러한 폭발이나 충격에 의한 콘크리트의 거동에 대한 연구에 있어서 실험을 통한 연구는 많은 비용과 시간이 소요되며, 국내 여건상 실험 진행에 있어서 어려움이 많다. 그러므로 최근에는 폭발이나 충격에 대한 거동을 수치해석을 통해 예상하는 연구 방법이 대안으로 제시되고 있다.
유한 요소법을 이용한 고층 건물의 연쇄붕괴 해석은 해석 시간이 크게 증가하기 때문에 거의 불가능하다. 따라서 본 논문에서는 응용요소법을 유한요소법을 대체할 수 있는 평가 방안으로 사용하였다. 먼저 응용요소법의 기본 이론을 소개하고 이를 철근 콘크리트 고층 건물의 연쇄붕괴 해석에 적용하기 위한 모델링 방법을 제시하였다. 특히, 콘크리트의 파괴를 묘사할 수 있는 방법으로 일정 이상의 변형률이 발생한 경우 요소간의 연결을 제거하는 분리변형률 기능에 주목하고 고층 건물 연쇄붕괴 해석에 적합한 분리변형률 값을 제시하였다. 제안된 모델링 기법을 적용하여 1998년 차량 폭탄 테러에 의한 연쇄붕괴가 일어났던 미국 오클라호마 연방정부 건물을 해석하였다. 또한 오클라호마 연방정부 건물에 연쇄붕괴를 방지할 수 있는 몇 가지 구조 시스템을 제안하여 그 효과를 ELS를 통하여 확인하였다.
축소 모델링 방안이 초고층 건물의 연쇄붕괴 해석을 위해 제안되었다. 축소 모델링은 오직 폭발 하중에 직접적인 영향을 받는 부분만을 모델이 포함하고 전체 부분에 걸쳐 질량이나 전이 하중, 강성과 같은 구조물의 특성은 축소 모델의 최상층에 축적하였다. 제안한 모델링 기술은 세 가지 시나리오를 가진 20층 RC 건물의 연쇄붕괴 해석에 적용되었다. 축소 모델은 전체 모델과 비교하여 유사한 결과를 보여주지만 해석 시간은 30%나 줄일 수 있었다. 제안한 모델링 기술은 비정상 하중으로 인한 초고층 건물의 연쇄붕괴 해석에 활용할 수 있다.

Recently a design methods for preventing progressive collapse of the GSA or DoD been suggested. However, when the column removal scenario was applied to the case, if the column was not to eliminated completely by the explosion, it makes too conservative results and leading to uneconomic structural design. Also, experimental studies are costly and time-consuming when studies on the behavior of concrete by the blast or impact and experiments have difficulty in progress in a given condition of the domestic. Therefore, recently, the explosion or impacts the behavior expected by the numerical analysis of the research methods have been suggested as an alternative.
The progressive collapse analysis of tall buildings using finite element methods is almost impossible due to the vast amount of computing time. Thus, in this paper, applied element method was evaluated as an alternative to the finite element method. First, the basic theory of applied element method was introduced and some modeling techniques are suggested to apply the analysis method to the progressive collapse simulation of reinforced concrete tall buildings. Especially, separation strain was parametrically investigated and its appropriate value for the progressive collapse analysis of reinforced concrete buildings was proposed, because the separation strain was considered to have the potential to represent the realistic collapse of structures. The progressive collapse of Oklahoma Federal Building was analyzed by applying the suggested modeling techniques. The modification of the structural system of the building was suggested and the performance of the suggested structural systems was investigated and compared with that of the existing system.
Reduced DOFs modeling technique was proposed to enable the progressive collapse analysis of tall buildings. The reduced DOFs model include only the part which is subjected to direct damage from blast load and the structural properties such as mass, transferred load and stiffness of excluded parts are accumulated into the top story of the reduced DOFs model. The proposed modeling technique was applied to the progressive collapse analysis of 20-story RC building using three collapse scenarios. The reduced DOFs model showed similar collapse behavior to the whole model while the computing time was reduced by 30%. The proposed modeling technique can be utilized in the progressive collapse analysis of tall buildings due to abnormal loads.

#연쇄붕괴 #폭발해석 #ELS #철근콘크리트 건물 #응용 요소법

제1장 서론 1
제1절 연구배경 및 동향 1
1. 연구배경 1
2. 연구동향 2
제2절 연구방법 및 목적 4
1. 연구범위 및 방법 4
2. 연구목적 5
제2장 응용 요소법 및 연쇄붕괴 해석의 개요 6
제1절 응용 요소법 6
1. 응용 요소법의 개요 6
2. 구성모델 및 파괴조건 8
제2절 연쇄붕괴 11
1. 연쇄붕괴의 기본개념 11
2. 비정상 하중에 의한 연쇄붕괴 사례 및 기준 12
제3장 실제 붕괴 건물의 연쇄붕괴 해석 및 보강 20
제1절 분리변형률 (Separation Strain) 20
1. 분리변형률의 개요 20
2. 해석 모델 및 해석 조건 20
3. 해석 결과 22
제2절 오클라호마 연방정부 건물의 연쇄붕괴 해석 24
1. 해석 환경 24
2. 연쇄붕괴 해석 24
제3절 연쇄붕괴 방지를 위한 구조시스템의 적용 및 검증 29
1. 연쇄붕괴 방지를 위한 구조시스템 29
2. 연쇄붕괴 방지 구조시스템 도입에 따른 해석 31
3. 연쇄붕괴 방지 설계의 효과 분석 35
제4장 초고층 건물의 축소 모델링 연쇄붕괴 해석 36
제1절 규모 축소 모델링 기준 36
1. 개요 36
2. 폭발압력의 특성 36
3. 축소 모델링 규모 산정 38
4. GSA 가이드라인 38
5. 연쇄붕괴의 판단 39
제2절 규모 축소 연쇄붕괴 해석의 검증 40
1. 해석 모델의 설정 40
2. 연쇄붕괴 시나리오 42
3. 해석 결과 42
4. 규모 축소 해석의 효과 분석 49
제5장 결 론 50
참고문헌 52
국문초록 56

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