KR101045534B1

KR101045534B1 - Ｓｆｒｃ 양수터널 구조건전성 평가방법 및 이를 수행할 수 있는 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체

Info

Publication number: KR101045534B1
Application number: KR1020100094779A
Authority: KR
Inventors: 우상균; 조준형; 윤 이
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-07-01

Abstract

SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법 및 시스템이 제공된다. 본 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법은, SFRC에 대한 휨파괴 실험을 통해 하중-변위곡선이 획득하고, 인장균열 모델을 추정하며, 추정된 인장균열 모델에 대해 휨파괴를 시뮬레이션하여 하중-변위곡선을 산출하고, 산출된 하중-변위곡선과 획득된 하중-변위곡선이 유사하면 추정된 인장균열 모델을 SFRC에 대한 인장균열 모델로 결정한 후, 결정된 SFRC에 대한 인장균열 모델을 이용하여 SFRC에 대한 인장균열 모델식을 생성하여, SFRC에 대한 인장균열 모델식과 양수터널에 대한 사양을 이용하여 양수터널의 잔존 내하력을 산정한다. 이에 의해, SFRC 양수터널의 구조건전성을 보다 정확하게 평가할 수 있게 된다.

Description

ＳＦＲＣ 양수터널 구조건전성 평가방법 및 이를 수행할 수 있는 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체{Method for evaluating structural integrity of Steel Fiber Reinforced Concrete pumping-up tunnel and recording medium thereof}

본 발명은 SFRC(Steel Fiber Reinforced Concrete : 강섬유보강콘크리트) 양수터널 구조건전성 평가방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SFRC를 이용하여 시공된 양수터널의 구조건전성을 평가하여 관리하는 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법 및 시스템에 관한 것이다.

SFRC는 일반 콘크리트에 비해 우수한 내구성과 균열 저항성이 있기 때문에, 각종 구조물 시공에 많이 이용되고 있으며, 양수발전용 양수터널 시공에도 이용된 바 있다.

하지만, SFRC 구조물인 양수터널에도 균열 발생과 같은 열화가 발생하기 마련이므로, 양수터널의 구조해석을 통해 잔존내하력을 산정하여 관리할 것이 요구된다.

한편, SFRC는 일반 콘크리트와 다른 성질을 가지고 있으므로, 일반 콘크리트 구조물에 이용되는 기법을 통해 SFRC 양수터널을 구조해석하는 것은 정확성과 예측성 면에서 부적절하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, SFRC로 시공된 양수터널의 구조건전성을 보다 정확하게 평가하기 위한 방안으로, 휨파괴 시뮬레이션으로 산출된 하중-변위곡선이 휨파괴 실험을 통해 획득한 하중-변위곡선과 유사한 인장균열 모델로 인장균열 모델식을 생성하여, SFRC 양수터널의 구조건전성 평가에 이용하는 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법 및 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 구조건전성 평가시스템에 의한 SFRC(Steel Fiber Reinforced Concrete) 양수터널 구조건전성 평가방법은, 상기 구조건전성 평가시스템이, 하중 변화에 따른 SFRC의 변위 변화 측정을 통해 하중-변위곡선을 획득하는 단계; 상기 구조건전성 평가시스템이, 균열폭에 따른 인장응력을 기초로 인장균열 모델을 추정하는 단계; 추정된 인장균열 모델에 대해, 상기 구조건전성 평가시스템이 하중 변화에 따른 변위 변화를 시뮬레이션하여 하중-변위곡선을 산출하는 단계; 상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선이 비유사하면, 상기 구조건전성 평가시스템이 상기 추정단계에서 추정된 인장균열 모델에서 균열폭에 따른 인장응력을 다르게 수정하는 단계; 상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선이 유사하면, 상기 구조건전성 평가시스템이 상기 추정단계에서 추정된 인장균열 모델을 SFRC에 대한 인장균열 모델로 결정하는 단계; 상기 결정단계에서 결정된 SFRC에 대한 인장균열 모델을 이용하여, 상기 구조건전성 평가시스템이 SFRC에 대한 인장균열 모델식을 생성하는 단계; 및 상기 생성단계에서 생성된 SFRC에 대한 인장균열 모델식과 양수터널에 대한 사양으로 유한요소법에 기반한 구조해석을 통해, 상기 구조건전성 평가시스템이 양수터널의 잔존 내하력을 산정하는 단계;를 포함하고, 상기 수정단계는, 상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선의 편차가 기설정된 임계 편차를 초과하는 경우에 비유사로 판단하고, 상기 결정단계는, 상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선의 편차가 기설정된 임계 편차 이하인 경우에 유사로 판단한다.

삭제

또한, 상기 생성단계는, 상기 결정단계에서 결정된 SFRC에 대한 인장균열 모델을 구간 분할로 선형화하여 상기 SFRC에 대한 인장균열 모델식을 생성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 SFRC에 대한 인장균열 모델식은, 1차 함수들로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 인장균열 모델은, 균열폭에 따른 인장응력을 나타내는 모델일 수 있다.

그리고, 상기 추정단계는, 상기 균열폭에 따른 인장응력 추정치를 선정하는 방식으로 수행될 수 있다.

삭제

한편, 본 발명에 따른, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 구조건전성 평가시스템이, 하중 변화에 따른 SFRC(Steel Fiber Reinforced Concrete)의 변위 변화 측정을 통해 하중-변위곡선을 획득하는 단계; 상기 구조건전성 평가시스템이, 균열폭에 따른 인장응력을 기초로 인장균열 모델을 추정하는 단계; 추정된 인장균열 모델에 대해, 상기 구조건전성 평가시스템이 하중 변화에 따른 변위 변화를 시뮬레이션하여 하중-변위곡선을 산출하는 단계; 상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선이 비유사하면, 상기 구조건전성 평가시스템이 상기 추정단계에서 추정된 인장균열 모델에서 균열폭에 따른 인장응력을 다르게 수정하는 단계; 상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선이 유사하면, 상기 구조건전성 평가시스템이 상기 추정단계에서 추정된 인장균열 모델을 SFRC에 대한 인장균열 모델로 결정하는 단계; 상기 결정단계에서 결정된 SFRC에 대한 인장균열 모델을 이용하여, 상기 구조건전성 평가시스템이 SFRC에 대한 인장균열 모델식을 생성하는 단계; 및 상기 생성단계에서 생성된 SFRC에 대한 인장균열 모델식과 양수터널에 대한 사양으로 유한요소법에 기반한 구조해석을 통해, 상기 구조건전성 평가시스템이 양수터널의 잔존 내하력을 산정하는 단계;를 포함하고, 상기 수정단계는, 상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선의 편차가 기설정된 임계 편차를 초과하는 경우에 비유사로 판단하고, 상기 결정단계는, 상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선의 편차가 기설정된 임계 편차 이하인 경우에 유사로 판단하는 것을 특징으로 하는 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법을 수행할 수 있는 프로그램이 수록된다.

삭제

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 휨파괴 시뮬레이션으로 산출된 하중-변위곡선이 휨파괴 실험을 통해 획득한 하중-변위곡선과 유사한 인장균열 모델로 인장균열 모델식을 생성하여, SFRC 양수터널의 구조건전성 평가에 이용할 수 있게 되어, SFRC 양수터널의 구조건전성을 보다 정확하게 평가할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 2는 추정된 인장균열 모델을 예시한 도면,
도 3은 휨파괴 형상과 휨균열 양상을 예시한 사진,
도 4는 유한요소법에 기반한 구조해석에 이용되는 메시 모델을 예시한 도면,
도 5는 휨파괴 실험으로 획득된 하중-변위곡선과 이에 유사한 시뮬레이션으로 산출된 하중-변위곡선을 도시한 도면,
도 6은 SFRC 인장균열 모델식 산출의 설명에 제공되는 도면,
도 7은 양수터널의 메쉬 모델들을 예시한 도면, 그리고,
도 8은 본 실시예에 따른 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법을 수행할 수 있는 시스템의 일종인 PC를 도시한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SFRC(Steel Fiber Reinforced Concrete: 강섬유보강콘크리트) 양수터널 구조건전성 평가방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 본 실시예에서는, SFRC 양수터널의 잔존 내하력을 산정하기 위해, 양수터널에 대한 사양과 SFRC의 인장균열 모델식을 이용한다. 그리고, 본 실시예에서는 휨강도 실험 결과를 만족하는 SFRC의 인장균열 모델을 구하고, 이를 이용하여 SFRC의 인장균열 모델식을 산출하는 바, 이하에서 상세히 설명하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 강섬유 길이와 혼입률을 변수로 하여, SFRC에 대한 휨파괴 실험을 수행한다(S110).

S110단계의 실험결과로, 강섬유 길이와 혼입률에 따른, SFRC의 휨강도가 획득되고(S121), 강섬유 길이와 혼입률에 따른, 하중-변위곡선이 획득되며(S123), 강섬유길이와 혼입률에 따른, 휨파괴 형상과 휨균열 양상이 획득된다(S125).

이후, S123단계에서 획득된 하중-변위곡선을 참고하여, 인장균열 모델을 추정한다(S131). 도 2에는 S131단계에서 추정된 인장균열 모델을 예시하였다. 도 2에 도시된 바에 따르면, 인장균열 모델은 균열폭(Crack Width)에 따른 인장응력(Tensile Stress)을 나타내는 모델임을 알 수 있다. 인장균열 모델 추정은 균열폭에 따른 인장응력 추정치를 선정하는 방식으로 이루어진다.

그리고, S131단계에서 추정된 인장균열 모델에 대해, 휨파괴를 시뮬레이션할 수 있는 유한요소법에 기반한 구조해석을 수행하여, 강섬유 길이와 혼입률에 따른 하중-변위곡선을 산출한다(S133).

한편, S133단계에서의 유한요소법에 기반한 구조해석시에는, S125단계에서 획득된 휨파괴 형상과 휨균열 양상을 반영할 수 있다. 도 3은 S125단계를 통해 획득된 휨파괴 형상과 휨균열 양상을 예시한 사진이고, 도 4는 S133단계에서의 유한요소법에 기반한 구조해석에 이용되는 메시 모델을 예시하였다. 도 4에 도시된 메시 모델을 설계함에 있어서는, 도 3에 도시된 휨파괴 형상과 휨균열 양상이 반영될 수 있다.

다음, '시뮬레이션을 통해 S133단계에서 산출된 하중-변위곡선'과 '휨파괴 실험을 통해 S123단계에서 획득된 하중-변위곡선'을 비교한다(S135).

S135단계에서의 비교결과, 양자가 유사하지 않은 것으로 판단되면(S137-N), 추정된 인장균열 모델을 수정한다(S139).

S139단계에서의 인장균열 모델 수정은, 균열폭에 따른 인장응력을 다르게 수정하는 방식으로 이루어진다. 이후, S139단계에서 수정된 인장균열 모델에 대해, S133 내지 S137단계를 재수행한다.

S135단계에서 양자의 유사 여부는, 하중 변화에 따른 변위들의 편차가 기설정된 임계 편차 이하인 경우에 유사한 것으로, 임계 편차를 초과하는 경우에 유사하지 않은 것으로 판단할 수 있다.

한편, S135단계에서 양자가 유사한 것으로 판단되면(S137-Y), 최종 추정/수정된 인장균열 모델을 SFRC에 대한 인장균열 모델로 결정한다(S140).

'시뮬레이션을 통해 S133단계에서 산출된 하중-변위곡선'과 '휨파괴 실험을 통해 S123단계에서 획득된 하중-변위곡선'을 유사하게 하는 인장균열 모델은, 유한요소해석을 통해 SFRC에 대한 인장균열 실험결과를 구현할 수 있는 인장균열 모델에 해당하기 때문이다.

도 5에 도시된 하중-변위곡선에서, 실선은 '시뮬레이션을 통해 S133단계에서 산출된 하중-변위곡선'이고, 점선은 '휨파괴 실험을 통해 S123단계에서 획득된 하중-변위곡선'이다. 도 5에 도시된 바에 따르면, 양자는 상당히 유사함을 확인할 수 있는데, 이때의 인장균열 모델이 SFRC에 대한 인장균열 모델로 결정되는 것이다.

이후, S140단계에서 결정된 SFRC에 대한 인장균열 모델을 이용하여, SFRC에 대한 인장균열 모델식을 생성한다(S150). 인장균열 모델식은 인장균열 모델을 구간 분할로 선형화하는 방식으로 생성하며, 이하에서 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 인장균열 모델식 생성의 상세한 설명에 제공되는 도면이다. 도 6의 좌측에는 S140단계에서 결정된 SFRC에 대한 인장균열 모델을 예시하였고, 도 6의 우측에는 좌측의 타원 내부를 확대하여 도시하였다.

도 6에서는 인장균열 모델을 1차 함수로 나타내기 위해, 인장균열 모델을 4개의 구간들("0 ~ w₁", "w₁ ~ w₂", "w₂ ~ w_c", "w_c ~")로 분할하였다. 이때, 각각의 구간들에서의 인장균열 모델식은 아래의 수학식 1 내지 수학식 4와 같다.

[수학식 1]

..... (0 ≤ w < w₁)

[수학식 2]

..... (w₁ ≤ w < w₂)

[수학식 3]

..... (w₂ ≤ w < w_c)

[수학식 4]

..... (w_c ≤ w)

이후에는, S150단계에서 생성된 SFRC에 대한 인장균열 모델식과 구조건전성 평가 대상이 되는 양수터널에 대한 사양을 이용하여, 유한요소법에 기반한 구조해석을 통해 양수터널의 잔존 내하력을 산정한다(S160).

S160단계에서 양수터널에 대한 사양으로 양수터널의 메쉬 모델을 생성하여 구조해석에 이용한다. 도 7에는 생성가능한 양수터널의 메쉬 모델들을 예시하였다.

지금까지, SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다. 이하에서는, SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법을 수행할 수 있는 시스템에 대해, 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.

도 8은 본 실시예에 따른 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법을 수행할 수 있는 시스템의 일종인 PC를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, PC는 모니터(110), 통신 인터페이스(120), 중앙 처리부(130), 저장부(140) 및 입력부(150)를 구비한다.

모니터(110)는 시각 정보가 표시되는 디스플레이로, 도 1에 도시된 알고리즘이 수행되는 과정이 표시된다.

통신 인터페이스(120)는 외부 기기 또는 외부 네트워크와 통신가능하도록 연결되어 데이터 통신을 수행한다.

저장부(140)는 프로그램과 데이터가 저장되는 기록매체로, 도 1에 도시된 알고리즘을 프로그램화한 SFRC 양수터널 구조건전성 평가 프로그램(145)이 설치되어 있다.

중앙 처리부(130)는 SFRC 양수터널 구조건전성 평가 프로그램(145)을 실행시켜, 입력부(150)를 통해 입력되는 사용자 명령에 따라 도 1에 도시된 알고리즘을 수행한다.

즉, 중앙 처리부(130)는 SFRC에 대한 휨파괴 실험 결과를 만족하는 SFRC의 인장균열 모델을 구하고, 이 모델을 이용하여 SFRC의 인장균열 모델식을 산출한 후, 산출된 SFRC의 인장균열 모델식과 양수터널 사양을 이용하여 SFRC 양수터널의 잔존 내하력을 산정하게 된다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

110 : 모니터
120 : 통신 인터페이스
130 : 중앙 처리부
140 : 저장부
150 : 입력부

Claims

구조건전성 평가시스템에 의한 SFRC(Steel Fiber Reinforced Concrete) 양수터널 구조건전성 평가방법에 있어서,
상기 구조건전성 평가시스템이, 하중 변화에 따른 SFRC의 변위 변화 측정을 통해 하중-변위곡선을 획득하는 단계;
상기 구조건전성 평가시스템이, 균열폭에 따른 인장응력을 기초로 인장균열 모델을 추정하는 단계;
추정된 인장균열 모델에 대해, 상기 구조건전성 평가시스템이 하중 변화에 따른 변위 변화를 시뮬레이션하여 하중-변위곡선을 산출하는 단계;
상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선이 비유사하면, 상기 구조건전성 평가시스템이 상기 추정단계에서 추정된 인장균열 모델에서 균열폭에 따른 인장응력을 다르게 수정하는 단계;
상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선이 유사하면, 상기 구조건전성 평가시스템이 상기 추정단계에서 추정된 인장균열 모델을 SFRC에 대한 인장균열 모델로 결정하는 단계;
상기 결정단계에서 결정된 SFRC에 대한 인장균열 모델을 이용하여, 상기 구조건전성 평가시스템이 SFRC에 대한 인장균열 모델식을 생성하는 단계; 및
상기 생성단계에서 생성된 SFRC에 대한 인장균열 모델식과 양수터널에 대한 사양으로 유한요소법에 기반한 구조해석을 통해, 상기 구조건전성 평가시스템이 양수터널의 잔존 내하력을 산정하는 단계;를 포함하고,
상기 수정단계는,
상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선의 편차가 기설정된 임계 편차를 초과하는 경우에 비유사로 판단하고,
상기 결정단계는,
상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선의 편차가 기설정된 임계 편차 이하인 경우에 유사로 판단하는 것을 특징으로 하는 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 생성단계는,
상기 결정단계에서 결정된 SFRC에 대한 인장균열 모델을 구간 분할로 선형화하여 상기 SFRC에 대한 인장균열 모델식을 생성하는 것을 특징으로 하는 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법.
제 3항에 있어서,
상기 SFRC에 대한 인장균열 모델식은,
1차 함수들로 구성되는 것을 특징으로 하는 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법.
제 1항에 있어서,
상기 추정된 인장균열 모델과 상기 결정된 SFRC에 대한 인장균열 모델은,
균열폭에 따른 인장응력을 나타내는 모델인 것을 특징으로 하는 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법.
제 5항에 있어서,
상기 추정단계는,
상기 균열폭에 따른 인장응력 추정치를 선정하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법.
삭제
삭제
구조건전성 평가시스템이, 하중 변화에 따른 SFRC(Steel Fiber Reinforced Concrete)의 변위 변화 측정을 통해 하중-변위곡선을 획득하는 단계;
상기 구조건전성 평가시스템이, 균열폭에 따른 인장응력을 기초로 인장균열 모델을 추정하는 단계;
추정된 인장균열 모델에 대해, 상기 구조건전성 평가시스템이 하중 변화에 따른 변위 변화를 시뮬레이션하여 하중-변위곡선을 산출하는 단계;
상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선이 비유사하면, 상기 구조건전성 평가시스템이 상기 추정단계에서 추정된 인장균열 모델에서 균열폭에 따른 인장응력을 다르게 수정하는 단계;
상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선이 유사하면, 상기 구조건전성 평가시스템이 상기 추정단계에서 추정된 인장균열 모델을 SFRC에 대한 인장균열 모델로 결정하는 단계;
상기 결정단계에서 결정된 SFRC에 대한 인장균열 모델을 이용하여, 상기 구조건전성 평가시스템이 SFRC에 대한 인장균열 모델식을 생성하는 단계; 및
상기 생성단계에서 생성된 SFRC에 대한 인장균열 모델식과 양수터널에 대한 사양으로 유한요소법에 기반한 구조해석을 통해, 상기 구조건전성 평가시스템이 양수터널의 잔존 내하력을 산정하는 단계;를 포함하고,
상기 수정단계는,
상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선의 편차가 기설정된 임계 편차를 초과하는 경우에 비유사로 판단하고,
상기 결정단계는,
상기 산출단계에서 산출된 하중-변위곡선과 상기 획득단계에서 획득된 하중-변위곡선의 편차가 기설정된 임계 편차 이하인 경우에 유사로 판단하는 것을 특징으로 하는 SFRC 양수터널 구조건전성 평가방법을 수행할 수 있는 프로그램이 수록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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