합성보의 내화실험 및 화재 후 잔존성능 :The Fire Resistance Test and After-Fire Residual Flexural Performance of Composite Beams

곽성신

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자료유형: 학위논문

저자정보: 곽성신 (경기대학교, 경기대학교 대학원)

지도교수: 최병정

발행연도: 2019

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이용수7

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2019

합성보의 내화실험 및 화재 후 잔존성능

곽성신 건축공학과 2019.01 학위논문

ANSYS를 이용한 화재 후 온도에 따른 합성보 성능에 관한 해석적 연구

곽성신 , 최병정 한국산학기술학회 논문지 2019.01 학술저널

2018

ANSYS를 이용한 화재 후 온도에 따른 합성보 성능에 관한 해석적 연구

곽성신 , 최병정 , 김대회 외 2명 한국강구조학회 학술대회 발표집 2018.05 학술대회자료

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본 연구의 목적은 화재피해를 입은 합성보의 잔존성능을 분석하기 위하여 실증 실험과 유한요소해석을 수행하였다. 이를 위한 세부 목표는 다음과 같다. 1) 가열로를 이용하여 화재실험을 수행하고 구조실험을 통하여 화재피해를 입은 합성보의 잔존성능 분석한다. 2) 유한요소해석을 통해 도출한 하중-변위를 실제 실험결과와 비교·분석한다.
실험변수는 합성보 실험체의 내화피복여부와 가열시간으로 설정하였다. 총 5개의 실험체로 내화피복이 합성보 3개와 무피복 합성보 2개를 제작하였다. 내화피복 합성보 3개는 ASTM E119 표준화재곡선에 따라 1시간, 2시간, 3시간 가열로에서 가열했고, 무피복 합성보 1개는 피복여부에 따른 비교를 위하여 3시간 가열했다. 화재피해를 입지 않은 합성보의 데이터 확보를 위하여 무피복 합성보 1개는 구조실험만을 수행했다.
실험결과, 내화피복 합성보의 경우 가열시간이 커질수록 강성이 작아지는 것을 확인 할 수 있었으며, 내화피복 여부에 따른 실험체의 강성 비교는 동일 시간 가열했을 때 무피복 합성보의 강성이 더 작은 것을 확인하였다.
범용유한요소해석 프로그램(ANSYS 19.2)을 이용하여 정상상태 열전달 해석과 시간을 고려한 구조해석을 수행하였다. 열전달 해석 결과로 얻어진 온도분포를 데이터로서 확보하고, 유로코드에서 제시하고 있는 재료의 온도에 따른 강도감소계수(Reduction Factor)를 구조해석 모델링에 적용하였다. 강도감소계수가 적용된 구조해석 모델링의 결과 값을 도출함으로써 화재피해를 입은 합성보의 잔존성능을 분석하였다.
유한요소해석 결과, 내화피복 합성보의 경우, 가열시간이 커질수록 강성이 감소하는 것으로 나타났다. 무피복 합성보의 경우 강재가 고온에 노출됨에 따라 탄성계수 및 부재의 내력이 저하되어 강성이 감소되었다. 내화피복에 여부에 따라 초기 강성을 비교해보면 무피복 실험체의 강성이 감소한 것으로 나타났다.

The purpose of this study is to verify the residual performance of fire -damaged composite beams and to conduct an test and finite element analysis. The detailed goals for this are as follows. 1) Fire test is carried out using a heating furnace and structural analysis is carried out to analyze the residual performance of fire damaged composite beams. 2) Comparing and analyzing the load-displacement derived from the finite element analysis with the actual experimental results.
Experimental parameters were set as fire resistance and heating time of composite test specimens. A total of five specimens were fire resistance three composite beams and two non-fire resistance composite beams. The three fire resistance composite beams were heated in a 1, 2 and 3 hour heating furnace according to the ASTM E119 standard fire curve, and one non-fire resistance composite beam was heated for 3 hours for comparison depending on the fire resistance composite beams. In order to obtain the data of the composite beam without fire damage, only one composite beam was subjected to the structural test.
As a result of the experiment, it was confirmed that the stiffness decreases with heating time in the case of fire-resistance composite beams.
Steady-state heat transfer analysis and time-based structural analysis were performed using a general-purpose finite element analysis program (ANSYS 19.2). The temperature distribution obtained from the heat transfer analysis is obtained as data, and the reduction factor according to the temperature of the material presented in the Eurocode is applied to the structural analysis modeling. The residual performance of fire-damaged composite beams was analyzed by deriving the results of structural analysis modeling using strength reduction factors.
As a result of the finite element analysis, the stiffness decreased with the heating time. In the case of non-fire resistance composite beams, the elastic modulus and the strength of members were lowered as the steel was exposed to high temperatures, resulting in decreased stiffness. Comparing the initial stiffness according to the presence of the fire resistance, the stiffness of the non-fire resistance specimen was reduced.

#합성보 #내화실험 #화재 #잔존성능

제1장 서 론 1
1.1. 연구의 배경 및 목적 1
1.2. 연구의 방법 3
제2장 기존 연구동향 4
제3장 내화성능 기준 및 성능적 내화설계법 7
3.1. 국내 내화설계 기준 7
3.2. 국외 내화설계 기준 9
3.2.1. 유럽(Eurocode) 11
3.2.2. 영국(BS) 14
3.2.3. 미국(AISC) 17
3.3. 온도상승에 따른 재료특성(Eurocode) 20
3.3.1. 강재의 특성 20
3.3.2. 콘크리트의 특성 31
제4장 합성보의 화재실험 및 구조실험 40
4.1. 내화피복 합성보 40
4.2. 실험 목적 41
4.3. 화재 실험 41
4.3.1. 화재 실험 계획 41
4.3.2. 화재 실험 방법 44
4.4. 화재 실험 결과 46
4.4.1. 단면온도측정 결과 47
4.5. 구조실험 56
4.5.1. 실험체 설계 내력 검토 56
4.5.2. 구조 실험 계획 58
4.5.3. 구조 실험 방법 59
4.6. 구조실험 결과 60
4.6.1. 내화피복 합성보의 파괴양상 60
4.6.2. 무피복 합성보의 파괴양상 63
4.6.3. 하중변위 및 내력검토 65
4.7. 소 결 67
제5장 유한요소해석 69
5.1. 해석 개요 69
5.1.1. 열전달 해석 개요 70
5.1.2. 구조 해석 개요 71
5.2. 유한요소해석 방법 73
5.3. 모델링 74
5.4. 열전달해석 결과 78
5.5. 구조해석 결과 89
5.5.1. 내화피복 합성보의 파괴양상 비교 92
5.5.2. 무피복 합성보의 파괴양상 비교 109
5.5.3. 하중변위 및 내력 검토 119
5.6. 소 결 121
제6장 결 론 123
참고문헌 125
Abstract 128

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