KR102505492B1 - Blast resistant design method of blast resistant structure using static displacement and blast resistant structure designed by the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 내폭성능 향상 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폭발하중의 반대방향으로 발생한 정적 변위를 활용한 내폭구조의 설계법과 이 원리를 응용한 내폭구조(blast resistant structure)에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for improving blast resistance performance, and more particularly, to a design method for a blast resistant structure utilizing static displacement generated in the opposite direction of an explosion load and a blast resistant structure to which this principle is applied.
예상하지 못한 폭발이나 테러 공격에 의해 발생하는 위험 상황에서 건축 자재나 건축 구조물의 파손을 보호하고 구조 성능을 강화시킬 필요성이 점차적으로 증가하고 있다. 특히, 인터넷을 통한 지식의 보급과 온라인 상품 배송의 발달로 인해 강력한 폭탄이 개인에 의해 손쉽게 제조될 수 있는 환경이 조성되어 왔다.BACKGROUND OF THE INVENTION In dangerous situations caused by unexpected explosions or terrorist attacks, the need to protect building materials or structures from damage and to enhance structural performance is gradually increasing. In particular, due to the spread of knowledge through the Internet and the development of online product delivery, an environment in which powerful bombs can be easily manufactured by individuals has been created.
과거에는 주로 다양한 구조 재료의 내화성이 연구되었으며, 상대적으로 콘크리트 및 강철과 같은 일반적인 건축 자재의 내폭(또는 폭발 저항)을 조사한 연구는 많은 관심을 받지 못하고 있다.In the past, the fire resistance of various structural materials has been mainly studied, and relatively little attention has been paid to studies investigating the explosion resistance (or explosion resistance) of common building materials such as concrete and steel.
초기의 폭발에 의한 충격을 건물이 효과적으로 흡수하여 붕괴를 방지할 수 있다면, 폭발에 의한 인명 피해는 물론 재산 손실 방지에도 긍정적인 결과를 제공할 수 있다는 점에서, 내폭구조물의 새로운 설계 기술이 요구되고 있다.If a building can effectively absorb the impact of an initial explosion to prevent collapse, a new design technology for explosion-proof structures is required in that it can provide positive results in preventing property damage as well as human damage caused by the explosion. there is.
한편, 폭발하중을 받는 구조 부재의 거동을 분석하기 위해 대표적으로 사용되는 폭발 해석법으로 비선형 동적 유한요소 해석법과 단자유도 시스템(SDOF, Single Degree Of Freedom)이 사용된다. 단자유도 시스템은 내폭 설계에 사용되는 실용적인 목적을 위해 빠르게 동적거동의 근사치를 얻기 위한 목적으로 사용될 수 있다.On the other hand, nonlinear dynamic finite element analysis and single degree of freedom (SDOF) are used as explosion analysis methods that are typically used to analyze the behavior of structural members subjected to explosion loads. The single degree of freedom system can be used for the purpose of rapidly approximating the dynamic behavior for practical purposes used in internal explosion design.
본 발명의 일 실시예는 폭발이 발생하기 전에 폭발하중 방향의 반대방향으로 변위를 유도함으로써 구조부재의 내폭성능을 향상시킬 수 있는 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법 및 이에 의하여 설계된 내폭구조물을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is an anti-explosion design method for an anti-explosive structure using static displacement capable of improving the anti-explosive performance of a structural member by inducing displacement in the opposite direction to the direction of the blast load before an explosion occurs, and an anti-explosion structure designed thereby want to provide
실시예들 중에서, 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법은 전면 벽체를 포함하는 내폭구조물을 정의하는 단계; 상기 내폭구조물의 외부에서 발생 가능한 폭발하중을 정의하는 단계; 상기 폭발하중에 대해 초기 정적변위가 고려된 응답 차트를 생성하는 단계; 상기 응답 차트를 기반으로 상기 폭발하중의 방향에 따른 상기 전면 벽체의 최대 응답을 예측하는 단계; 및 상기 전면 벽체를 기준으로 상기 폭발하중의 반대방향으로 특정 정적변위를 형성하도록 상기 내폭구조물의 설계를 변경하는 단계;를 포함할 수 있다.Among the embodiments, a method for designing a blast resistance structure using static displacement includes defining an impact resistance structure including a front wall; Defining an explosion load that can occur outside the explosion-proof structure; Generating a response chart considering the initial static displacement for the explosion load; predicting a maximum response of the front wall according to the direction of the blast load based on the response chart; and changing the design of the explosion-proof structure to form a specific static displacement in a direction opposite to the explosion load based on the front wall.
상기 내폭구조물을 정의하는 단계는 단자유도 시스템(SDOF system)을 기반으로 상기 전면 벽체를 구성하는 부재의 특성(property)으로서 등가 질량(Equivalent mass), 유효 강성(Effective stiffenss), 고유 진동수(Natural frequency) 및 저항력(Resistance)을 정의하는 단계를 포함할 수 있다.The step of defining the implosion structure is equivalent mass, effective stiffness, natural frequency as properties of members constituting the front wall based on the single degree of freedom system (SDOF system). ) and defining resistance.
상기 폭발하중을 정의하는 단계는 이상화된 삼각형 폭발하중으로서 충격파 형상 또는 압력파 형상으로 상기 폭발하중을 정의하는 단계를 포함할 수 있다.The defining of the explosion load may include defining the explosion load in a shock wave shape or a pressure wave shape as an idealized triangular explosion load.
상기 응답 차트를 생성하는 단계는 항복변위 대비 ±N%(상기 N은 자연수)의 초기 정적변위를 적용하여 극한 저항과 하중 비, 하중 지속시간과 부재의 고유주기 비에 대한 해석을 수행한 결과로서 상기 응답 차트를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of generating the response chart is the result of analyzing the ultimate resistance and load ratio, the load duration and the natural period ratio of the member by applying the initial static displacement of ±N% (where N is a natural number) compared to the yield displacement. Generating the response chart may be included.
상기 최대 응답을 예측하는 단계는 상기 폭발하중의 방향과 상기 초기 정적변위의 방향에 따라 상기 전면 벽체의 연성도와 최대변위를 각각 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Predicting the maximum response may include calculating ductility and maximum displacement of the front wall according to the direction of the explosion load and the direction of the initial static displacement, respectively.
상기 내폭구조물의 설계를 변경하는 단계는 중력하중 또는 프리스트레싱(prestressing)을 통해 상기 특정 정적변위를 형성하도록 상기 내폭구조물의 설계를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.Changing the design of the implosion structure may include changing the design of the implosion structure to form the specific static displacement through a gravitational load or prestressing.
상기 내폭구조물의 설계를 변경하는 단계는 지지프레임에 의해 지지되는 복수의 패널들이 상기 전면 벽체에 나란하게 결합된 결과 내폭구조가 형성되도록 상기 내폭구조물의 설계를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.The changing of the design of the inner width structure may include changing the design of the inner width structure so that the inner width structure is formed as a result of a plurality of panels supported by a support frame being coupled to the front wall side by side.
상기 내폭설계방법은 상기 내폭구조물의 최대변위 및 항복변위 간의 연성비, 부재 단부의 최대회전각을 측정하여 상기 내폭구조물의 성능을 평가하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The anti-collision design method may further include evaluating performance of the anti-collision structure by measuring a ductility ratio between maximum displacement and yield displacement of the anti-collision structure and a maximum rotation angle of an end portion of a member.
실시예들 중에서, 내폭구조물은 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법에 의하여 설계될 수 있다.Among the embodiments, the explosion-proof structure may be designed by a method for designing an explosion-proof structure using static displacement.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, it does not mean that a specific embodiment must include all of the following effects or only the following effects, so it should not be understood that the scope of rights of the disclosed technology is limited thereby.
본 발명의 일 실시예에 따른 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법 및 이에 의하여 설계된 내폭구조물은 폭발이 발생하기 전에 폭발하중 방향의 반대방향으로 변위를 유도함으로써 구조부재의 내폭성능을 향상시킬 수 있다.An explosion-resistant design method of an explosion-proof structure using static displacement according to an embodiment of the present invention and an explosion-proof structure designed thereby can improve the explosion-proof performance of structural members by inducing displacement in the opposite direction to the direction of the blast load before an explosion occurs. can
도 1은 본 발명에 따른 내폭설계장치의 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 내폭설계장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 내폭설계방법을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 폭발하중을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 정적변위를 활용한 내폭구조를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 내폭구조물에 관한 동적변위의 변화 실험 결과를 설명하는 도면이다.1 is a diagram explaining the system configuration of an anti-explosive design device according to the present invention.
2 is a view explaining the functional configuration of the anti-shock design device according to the present invention.
3 is a flow chart illustrating an internal width design method according to the present invention.
Figure 4 is a view explaining the explosion load according to the present invention.
5 is a view illustrating an inner width structure utilizing static displacement according to the present invention.
6 is a diagram explaining the results of experiments on the change in dynamic displacement of the explosion-proof structure according to the present invention.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is only an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiment can be changed in various ways and can have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of terms described in this application should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It should be understood that when an element is referred to as being “connected” to another element, it may be directly connected to the other element, but other elements may exist in the middle. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that no intervening elements exist. Meanwhile, other expressions describing the relationship between components, such as “between” and “immediately between” or “adjacent to” and “directly adjacent to” should be interpreted similarly.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Expressions in the singular number should be understood to include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as “comprise” or “having” refer to an embodied feature, number, step, operation, component, part, or these. It should be understood that it is intended to indicate that a combination exists, and does not preclude the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (eg, a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of each step, and each step clearly follows a specific order in context. Unless otherwise specified, it may occur in a different order than specified. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can be implemented as computer readable code on a computer readable recording medium, and the computer readable recording medium includes all types of recording devices storing data that can be read by a computer system. . Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage devices. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed to computer systems connected through a network, so that computer-readable codes may be stored and executed in a distributed manner.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with meanings in the context of the related art, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application.
도 1은 본 발명에 따른 내폭설계장치의 시스템 구성을 설명하는 도면이다.1 is a diagram explaining the system configuration of an anti-explosive design device according to the present invention.
도 1을 참조하면, 내폭설계장치(100)는 본 발명에 따른 내폭설계방법을 실행하는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있다. 즉, 내폭설계장치(100)는 내폭구조물의 외부에서 발생하는 폭발의 영향을 최소화하고 구조물의 내폭성능을 향상시키기 위하여, 내폭구조물에 폭발하중의 반대방향으로 정적변위를 형성하도록 내폭구조물의 설계를 수행할 수 있다.Referring to FIG. 1 , an internal
이를 위한 시스템 구성으로서, 내폭설계장치(100)는 프로세서(110), 메모리(130), 사용자 입출력부(150) 및 네트워크 입출력부(170)를 포함할 수 있다.As a system configuration for this purpose, the explosion-
프로세서(110)는 본 발명의 실시예에 따른 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계 프로시저를 실행할 수 있고, 이러한 과정에서 읽혀지거나 작성되는 메모리(130)를 관리할 수 있으며, 메모리(130)에 있는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리 간의 동기화 시간을 스케줄 할 수 있다. 프로세서(110)는 내폭설계장치(100)의 동작 전반을 제어할 수 있고, 메모리(130), 사용자 입출력부(150) 및 네트워크 입출력부(170)와 전기적으로 연결되어 이들 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다. 프로세서(110)는 내폭설계장치(100)의 CPU(Central Processing Unit) 또는 GPU(Graphics Processing Unit)로 구현될 수 있다.The
메모리(130)는 SSD(Solid State Disk) 또는 HDD(Hard Disk Drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현되어 내폭설계장치(100)에 필요한 데이터 전반을 저장하는데 사용되는 보조기억장치를 포함할 수 있고, RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리로 구현된 주기억장치를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(130)는 전기적으로 연결된 프로세서(110)에 의해 실행됨으로써 본 발명에 따른 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법을 실행하는 명령들의 집합을 저장할 수 있다.The
사용자 입출력부(150)은 사용자 입력을 수신하기 위한 환경 및 사용자에게 특정 정보를 출력하기 위한 환경을 포함하고, 예를 들어, 터치 패드, 터치 스크린, 화상 키보드 또는 포인팅 장치와 같은 어댑터를 포함하는 입력장치 및 모니터 또는 터치 스크린과 같은 어댑터를 포함하는 출력장치를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 입출력부(150)은 원격 접속을 통해 접속되는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있고, 그러한 경우, 내폭설계장치(100)는 독립적인 서버로서 수행될 수 있다.The user input/
네트워크 입출력부(170)은 네트워크를 통해 다른 단말과 연결되기 위한 통신 환경을 제공하고, 예를 들어, LAN(Local Area Network), MAN(Metropolitan Area Network), WAN(Wide Area Network) 및 VAN(Value Added Network) 등의 통신을 위한 어댑터를 포함할 수 있다. 또한, 네트워크 입출력부(170)는 데이터의 무선 전송을 위해 WiFi, 블루투스 등의 근거리 통신 기능이나 4G 이상의 무선 통신 기능을 제공하도록 구현될 수 있다.The network input/
도 2는 본 발명에 따른 내폭설계장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.2 is a view explaining the functional configuration of the anti-shock design device according to the present invention.
도 2를 참조하면, 내폭설계장치(100)는 본 발명에 따른 내폭설계방법을 실행하기 위하여 복수의 독립된 모듈들을 포함하여 구현될 수 있다. 구체적으로, 내폭설계장치(100)는 구조물 정의모듈(210), 폭발 프로필 설정모듈(230), 폭발 시뮬레이션모듈(250), 내폭구조 설계모듈(270), 성능 평가모듈(290) 및 제어모듈(도 2에 미도시함)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the internal
구조물 정의모듈(210)은 내폭구조물을 정의할 수 있다. 여기에서, 내폭구조물은 폭발에 의해 발생하는 폭발하중을 견딜 수 있는 견고한 구조물에 해당할 수 있다. 폭발이란 매우 짧은 시간동안 빛, 열, 소리, 충격파 등의 형태로 에너지를 방출하는 것을 의미할 수 있으며, 내폭구조물은 도로, 교량, 건물 등의 외벽을 형성하거나 지지하는 구조물에 해당할 수 있다. 또한, 내폭구조물은 전면 벽체를 포함하여 정의될 수 있다. 이때, 전면 벽체는 내폭구조물의 외부에서 폭발이 발생하는 경우 해당 폭발의 영향을 가장 크게 받는 방향으로 형성된 외벽면에 해당할 수 있다.The
구체적으로, 구조물 정의모듈(210)은 내폭구조물의 구조, 재질 및 용도와 구조물의 특성(property) 등에 관한 세부 사항을 결정하여 내폭구조물을 정의할 수 있다. 구조물 정의모듈(210)은 사전에 정의된 표준 내폭구조물들 중에서 어느 하나를 선택하여 내폭구조물로서 결정할 수도 있다. 또한, 구조물 정의모듈(210)은 사용자로부터 입력받은 정보에 기초하여 내폭구조물을 정의할 수 있으며, 데이터베이스에 저장된 내폭구조물의 기본 정보에 기초하여 내폭구조물을 정의할 수도 있다.Specifically, the
일 실시예에서, 구조물 정의모듈(210)은 단자유도 시스템(SDOF system)을 기반으로 전면 벽체를 구성하는 부재의 특성(property)으로서 등가 질량(Equivalent mass), 유효 강성(Effective stiffenss), 고유 진동수(Natural frequency) 및 저항력(Resistance)을 정의할 수 있다. 구조물 정의모듈(210)은 등가 질량(Equivalent mass), 유효 강성(Effective stiffenss), 고유 진동수(Natural frequency) 및 저항력(Resistance) 간의 조합을 통해 다양한 특성을 가진 내폭구조물을 정의할 수 있다.In one embodiment, the
폭발 프로필 설정모듈(230)은 내폭구조물의 외부에서 발생 가능한 폭발하중을 정의할 수 있다. 즉, 폭발 프로필 설정모듈(230)은 내폭구조물의 설계 과정에서 내폭구조물에 가해지는 폭발하중을 시뮬레이션하기 위하여 폭발에 관한 파라미터들을 폭발 프로필(profile) 정보로 생성할 수 있다. 폭발 프로필 설정모듈(230)은 폭발로 인한 충격량을 결정하는 폭발하중을 구체적인 값으로 결정할 수 있다. 이때, 폭발은 특정 시점을 기준으로 특정 위치에서 발생하는 단일 폭발로 정의될 수 있으며, 폭발의 발생으로 인해 내폭구조물의 전면 벽체에 특정 시간 동안 지속되는 폭발하중이 전달될 수 있다. 결과적으로, 폭발 프로필 설정모듈(230)에 의해 정의된 폭발 프로필 정보에 따라 폭발하중에 의한 전면 벽체의 거동 해석이 수행될 수 있다.The explosion
일 실시예에서, 폭발 프로필 설정모듈(230)은 이상화된 삼각형 폭발하중으로서 충격파 형상 또는 압력파 형상으로 폭발하중을 정의할 수 있다. 즉, 폭발 프로필 설정모듈(230)은 내폭구조물에 영향을 줄 수 있는 폭발하중을 삼각형 폭발로 이상화하여 정의할 수 있으며, 이상화된 폭발 하중은 충격파 형태 또는 압력파 형태로 정의될 수 있다. 예를 들어, 폭발 프로필 설정모듈(230)은 내폭구조물의 외부 공기 중에서 폭발이 발생하는 것을 가정할 수 있고, 해당 폭발에 의해 대기가 압축되는 대역(zone)이 발생하면 해당 대역이 폭발 지점을 중심으로 주변으로 압력파가 전파되는 것으로 가정할 수 있다. 이때, 폭발에 의해 발생하는 압력의 크기는 매우 다양할 수 있으며, 압력의 크기에 따라 폭발하중이 결정될 수 있다.In one embodiment, the explosion
폭발 시뮬레이션모듈(250)은 폭발하중에 대해 초기 정적변위가 고려된 응답 차트를 생성할 수 있고, 응답 차트를 기반으로 폭발하중의 방향에 따른 전면 벽체의 최대 응답을 예측할 수 있다. 폭발 시뮬레이션모듈(250)은 폭발의 발생과 그에 따른 폭발하중의 전달 과정을 폭발 시뮬레이션을 통해 예측할 수 있다.The
일 실시예에서, 폭발 시뮬레이션모듈(250)은 항복변위 대비 ±N%(상기 N은 자연수)의 초기 정적변위를 적용하여 극한 저항과 하중 비, 하중 지속시간과 부재의 고유주기 비에 대한 해석을 수행한 결과로서 응답 차트를 생성할 수 있다. 예를 들어, 폭발 시뮬레이션모듈(250)은 항복변위 대비 +10% 또는 -10%의 초기 정적변위를 적용할 수 있고, 그 결과에 따른 응답 차트를 생성할 수 있다. 이때, 응답 차트는 폭발 프로필에 따라 생성된 충격파 형상 또는 압력파 형상의 폭발하중과 초기 정적변위를 기반으로 시뮬레이션을 통해 독립적으로 생성될 수 있다.In one embodiment, the
일 실시예에서, 폭발 시뮬레이션모듈(250)은 폭발하중의 방향과 초기 정적변위의 방향에 따라 전면 벽체의 연성도와 최대변위를 각각 산출할 수 있다. 예를 들어, 폭발 시뮬레이션모듈(250)은 초기 정적변위가 폭발하중과 동일한 방향으로 형성된 경우 또는 초기 정적변위가 폭발하중과 역방향으로 형성된 경우를 가정할 수 있고, 각 가정에 따라 응답 차트를 적용하여 전면 벽체의 연성도와 최대변위의 구체적인 수치값을 결정할 수 있다.In one embodiment, the
내폭구조 설계모듈(270)은 전면 벽체를 기준으로 폭발하중의 반대방향으로 특정 정적변위를 형성하도록 내폭구조물의 설계를 변경할 수 있다. 즉, 내폭구조 설계모듈(270)은 내폭구조물에 대해 폭발이 발생하기 전에 폭발하중 방향의 반대방향으로 변위를 유도함으로써 구조 부재의 내폭성능을 향상시키도록 할 수 있다. 즉, 정적 변위는 내폭구조물의 전면 벽체를 폭발하중 방향의 반대방향으로 굴곡시킨 결과 해당 굴곡에 의해 기존 벽체면으로부터 이격되는 최대 거리에 해당할 수 있다.The anti-collision
일 실시예에서, 내폭구조 설계모듈(270)은 중력하중 또는 프리스트레싱(prestressing)을 통해 특정 정적변위를 형성하도록 내폭구조물의 설계를 변경할 수 있다. 여기에서, 중력하중은 구조물에 가해지는 중력방향의 하중에 해당할 수 있다. 예를 들어, 건물의 외벽과 같이 내폭구조물이 지면으로부터 수직방향으로 형성되는 경우, 내폭구조 설계모듈(270)은 건물의 외벽에 결합되는 지붕의 중력하중을 통해 양측면을 형성하는 외벽이 건물의 바깥방향을 향해 굴곡을 형성하여 내폭구조물의 설계를 변경할 수 있다.In one embodiment, the implosion
또한, 프리스트레싱은 하중으로 인한 인장응력을 일부 상쇄시켜 더 큰 외부하중을 가할 수 있도록 하는 방법에 해당할 수 있다. 예를 들어, 프리스트레스 콘크리트는 콘크리트에 미리 응력이 발생하도록 처리한 구조물에 해당할 수 있다. 즉, 내폭구조 설계모듈(270)은 프리스트레싱을 통해 내폭구조물이 정적변위를 형성하도록 하여 내폭성능을 강화할 수 있다.In addition, prestressing may correspond to a method of applying a larger external load by partially canceling tensile stress due to a load. For example, prestressed concrete may correspond to a structure treated to generate stress in advance. That is, the anti-collision
일 실시예에서, 내폭구조 설계모듈(270)은 지지프레임에 의해 지지되는 복수의 패널들이 전면 벽체에 나란하게 결합되어 내폭구조가 형성되도록 내폭구조물의 설계를 변경할 수 있다. 내폭구조물은 재료에 따라 복수의 패널들이 연접하여 결합되는 구조로 형성될 수 있다. 특히, 패널들은 내폭구조물의 외부면에 나란하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 내폭구조물은 기본적으로 콘크리트 구조로 정의될 수 있으며, 콘크리트의 외부면에 다른 재질의 패널(모르타르 패널, 알루미늄 패널, 목재 패널 등)이 적어도 하나 이상 결합되어 내폭성능이 향상될 수 있다. In one embodiment, the anti-collision
성능 평가모듈(290)은 내폭구조물의 최대변위 및 항복변위 간의 연성비, 부재 단부의 최대회전각을 측정하여 내폭구조물의 성능을 평가할 수 있다. 즉, 성능 평가모듈(290)은 내폭구조물의 최대변위 △max에 대한 항복시의 변위인 항복변위 △y의 비인 연성비 μ를 산출하여 성능 평가를 수행할 수 있다. 또한, 성능 평가모듈(290)은 폭발하중에 따른 내폭구조물의 단부회전각 θ을 측정하여 단부회전각의 변화에 관한 최대값을 통해 성능 평가를 수행할 수 있다. 성능 평가모듈(290)은 폭발하중에 따른 내폭구조물의 변화를 비교하여 내폭구조의 성능 평가 결과를 생성할 수 있다.The
제어모듈(도 2에 미도시함)은 내폭설계장치(100)의 전체적인 동작을 제어하고, 구조물 정의모듈(210), 폭발 프로필 설정모듈(230), 폭발 시뮬레이션모듈(250), 내폭구조 설계모듈(270) 및 성능 평가모듈(290) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.The control module (not shown in FIG. 2) controls the overall operation of the
도 3은 본 발명에 따른 내폭설계방법을 설명하는 순서도이다.3 is a flow chart illustrating an internal width design method according to the present invention.
도 3을 참조하면, 내폭설계장치(100)는 구조물 정의모듈(210)을 통해 전면 벽체를 포함하는 내폭구조물을 정의할 수 있다(단계 S310). 내폭설계장치(100)는 폭발 프로필 설정모듈(230)을 통해 내폭구조물의 외부에서 발생 가능한 폭발의 폭발하중을 정의할 수 있다(단계 S330).Referring to FIG. 3 , the
또한, 내폭설계장치(100)는 폭발 시뮬레이션모듈(250)을 통해 폭발에 의해 발생하는 폭발하중에 대해 초기 정적변위가 고려된 응답 차트를 생성할 수 있다(단계 S350). 내폭설계장치(100)는 폭발 시뮬레이션모듈(250)을 통해 응답 차트를 기반으로 폭발하중의 방향에 따른 내폭구조물의 전면 벽체의 최대 응답을 예측할 수 있다(단계 S370).In addition, the explosion-
마지막으로, 내폭설계장치(100)는 내폭구조 설계모듈(270)을 통해 전면 벽체를 기준으로 폭발하중의 반대방향으로 특정 정적변위를 형성하도록 내폭구조물의 설계를 변경할 수 있다(단계 S390).Finally, the explosion-
일 실시예에서, 내폭설계장치(100)는 폭발 전 단계에서 내폭구조물의 정적변위를 강제로 형성하도록 구현된 내폭구조 형성기를 더 포함할 수 있다. 여기에서, 내폭구조 형성기는 내폭구조물의 내부면에 결합되어 동작하는 액추에이터 장치에 해당할 수 있다. 예를 들어, 내폭구조 형성기는 내폭구조물에 결합되는 적어도 하나의 액추에이터 모듈, 각 액추에이터 모듈의 동작을 제어하는 동작 제어 모듈 및 내폭설계장치(100)의 제어 신호를 수신하는 통신 모듈을 포함하여 구현될 수 있다.In one embodiment, the
내폭설계장치(100)는 폭발 가능성을 예측하고 폭발 발생 확률이 기 설정된 임계값을 초과하는 경우 내폭구조 형성기의 동작을 제어하여 내폭구조물에 정적변위를 형성함으로써 전면 벽체에 폭발하중의 반대방향으로 볼록하게 형성되는 굴곡면으로 변경할 수 있다. 즉, 내폭설계장치(100)는 폭발에 의해 발생하는 폭발하중을 예측하고, 폭발하중을 견디기 위한 최적 정적변위를 결정할 수 있으며, 최적 정적변위를 형성하기 위한 제어 신호를 생성하여 내폭구조 형성기에 전달할 수 있다. 내폭구조 형성기는 제어 신호에 따라 적어도 하나의 액추에이터 모듈을 동작시켜 내폭구조물의 외부면에 정적변위가 형성되도록 할 수 있다.The
도 4는 본 발명에 따른 폭발하중을 설명하는 도면이다.Figure 4 is a view explaining the explosion load according to the present invention.
도 4를 참조하면, 폭발의 발생으로 인해 내폭구조물에 전달되는 폭발하중은 짧은 시간동안 높은 압력을 발생시키는 경향을 나타낼 수 있다. 도 4와 같이 특정 시간 t에서 폭발이 발생하는 경우, 폭발에 의한 최대 압력이 발생하여 내폭구조물의 외부면(또는 전면 벽체)에 전달될 수 있으며, 이후 시간의 흐름에 따라 폭발에 의한 압력은 서서히 감소할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the explosion load transmitted to the explosion-proof structure due to the occurrence of an explosion may tend to generate high pressure for a short time. As shown in FIG. 4, when an explosion occurs at a specific time t, the maximum pressure caused by the explosion can be generated and transmitted to the outer surface (or front wall) of the explosion-proof structure, and then the pressure caused by the explosion gradually decreases with the passage of time. can decrease
도 5는 본 발명에 따른 정적변위를 활용한 내폭구조를 설명하는 도면이다.5 is a view illustrating an inner width structure utilizing static displacement according to the present invention.
도 5를 참조하면, 그림 (a)의 경우 내폭구조물(510)에 정적변위가 없는 경우에 해당할 수 있으며, 그림 (b)의 경우 내폭구조물(510)에 정적변위가 형성된 경우에 해당할 수 있다. 즉, 그림 (b)는 내폭구조물(510)에 폭발하중의 반대방향으로 정적변위 μs0가 형성되어 그림 (a)와 달리 내폭성능이 향상된 경우에 해당할 수 있다. 이때, 초기 정적변위 μs0는 중력하중 또는 프리스트레싱(prestressing)을 이용하여 발생시킬 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 내폭설계방법을 통해 폭발하중의 반대방향으로 초기 정적변위가 발생하도록 유도한 내폭구조를 구현할 수 있다.Referring to FIG. 5, in the case of figure (a), it may correspond to the case where there is no static displacement in the explosion-
도 6은 본 발명에 따른 내폭구조물에 관한 동적변위의 변화 실험 결과를 설명하는 도면이다.6 is a diagram explaining the experimental results of the change in dynamic displacement of the explosion-proof structure according to the present invention.
도 6을 참조하면, 내폭구조물이 폭발에 의한 폭발하중을 받는 경우에 있어서, 도 5의 부재(Member) (a)와 부재 (b)의 시간에 따른 중앙점의 수평변위를 나타낼 수 있다. 도 6에서, 부재 (b)의 최대 변위가 부재 (a)의 경우보다 대폭 감소한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, in the case where an explosion-resistant structure receives an explosion load due to an explosion, the horizontal displacement of the central point of the member (a) and member (b) of FIG. 5 over time can be shown. 6, it can be confirmed that the maximum displacement of the member (b) is significantly reduced compared to the case of the member (a).
특히, 폭발하중의 반대방향으로 형성되는 초기 정적변위의 차이가 작은 경우라 하더라도 각 부재에서 나타나는 최대변위의 차이는 상대적으로 매우 크게 나타날 수 있다. 즉, 작은 초기 정적변위의 형성만으로도 폭발하중에 대한 내폭성능은 크게 향상시킬 수 있다.In particular, even when the difference in the initial static displacement formed in the opposite direction of the explosion load is small, the difference in the maximum displacement of each member may be relatively large. That is, even with the formation of a small initial static displacement, the anti-explosion performance against the explosion load can be greatly improved.
이하, 도 7 내지 13을 참조하여 본 발명에 따른 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법을 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 7 to 13 , a method for designing an anti-explosive structure of an anti-explosive structure using static displacement according to the present invention will be described in more detail.
먼저, 일반적인 등가 단자유도 시스템에서 운동방정식과 저항함수의 관계를 설명한다.First, the relationship between the equation of motion and the resistance function in a general equivalent single degree of freedom system is explained.
동적 하중을 받는 보, 기둥, 벽체 등 구조 부재는 집중 질량과 강성으로 구성된 단자유도 시스템(SDOF)으로 이상화할 수 있다. 자유도는 구조물에서 최대 변위 발생이 예상되는 지점의 변위로 결정될 수 있다. 예를 들어, 폭발하중을 받는 단순보의 경우 SDOF 시스템 형태는 도 7의 그림 (a)와 같이 도시될 수 있다. 이상화된 SDOF 시스템은 다음의 수학식 1과 같은 운동 방정식으로 나타낼 수 있다.Structural members such as beams, columns, and walls subjected to dynamic loads can be idealized as a single degree of freedom (SDOF) system composed of concentrated mass and stiffness. The degree of freedom may be determined as a displacement of a point where maximum displacement is expected to occur in a structure. For example, in the case of a simple beam subjected to an explosive load, the SDOF system form can be shown as shown in (a) of FIG. The idealized SDOF system can be represented by an equation of motion such as
[수학식 1][Equation 1]
여기에서, 
SDOF 시스템의 질량과 강성은 하중 분포 및 지점조건에 해당하는 정적 변형 형상에 기초하여 UFC 3-340-02의 변환계수를 적용하여 구할 수 있다. KL, KM은 각각 하중 계수와 질량 계수를 의미하고 단순보의 경우 계수 값은 다음의 표 1과 같다.The mass and stiffness of the SDOF system can be obtained by applying the conversion factor of UFC 3-340-02 based on the load distribution and the static deformation shape corresponding to the support condition. K L and K M mean the load factor and mass factor, respectively, and in the case of simple beams, the coefficient values are shown in Table 1 below.
다음의 수학식 2는 변환 계수를 사용하여 변환한 등가질량, 강성, 하중을 나타낼 수 있다.
[수학식 2][Equation 2]
여기에서, L, m, k는 SDOF 시스템 변환 전의 부재의 길이, 단위 길이당 질량, 최대변위에 대한 강성을 의미하며, p(t)는 시간에 따른 등분포 하중을 의미한다.Here, L, m, and k mean the length of the member before conversion to the SDOF system, the mass per unit length, and the stiffness for maximum displacement, and p(t) means the uniformly distributed load over time.
상기의 수학식 1의 감쇠 상수 c는 내폭설계의 경우 폭발하중에 의해 구조물이 최대 응답에 도달하는 시간이 매우 짧기 때문에 감쇠 효과는 최대변위에 영향이 거의 없으므로 보수적으로 감쇠효과를 무시할 수 있다. 폭발 해석에서 저항은 일반적으로 도 7의 그림 (b)와 같이 탄성-완전 소성 모델로 표현될 수 있다. 따라서, 상기의 수학식 1에 변환계수의 적용, 감쇠 상수의 제외, 스프링 저항인 ke를 일반적인 저항 함수 형태인 R(u)를 적용할 경우 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.Since the damping constant c of
[수학식 3][Equation 3]
또한, 내폭 설계에 주로 사용되는 SDOF의 응답 차트는 충격파 형상인 폭발하중을 적용한 도 8의 그림 (a), 압력파 형상인 폭발하중을 적용한 도 8의 그림 (b)와 같이 여러 경우에 대한 최대변위를 연성비로 나타낼 수 있다. 이는 폭발하중 지속시간 대 고유주기 비, 저항력 대 하중크기의 비 함수로서 SDOF 시스템의 최대 응답을 제공할 수 있다. 최대 응답은 연성도(
도 8의 응답 차트에서 하나의 저항력과 하중 비에 대해서 폭발 하중의 지속시간과 구조물 고유주기 비에 따라 최대 응답이 다름을 확인할 수 있다. 이는 구조물의 폭발하중에 대한 응답이 고유주기와 하중 지속시간 비와 연관되어 있음을 알 수 있으며, 비율에 따라 다음의 표 2와 같이 충격, 동적, 준정적 구간으로서 세 가지로 분류될 수 있다.In the response chart of FIG. 8 , it can be seen that the maximum response is different depending on the duration of the explosive load and the natural period ratio of the structure for one resistance force and load ratio. It can be seen that the response to the explosion load of the structure is related to the ratio of the natural period and the load duration, and according to the ratio, it can be classified into three categories as impact, dynamic, and quasi-static sections as shown in Table 2 below.
충격 구간의 경우 하중의 지속시간이 부재의 고유주기에 비해 매우 짧아 충격량에 의존적이고, 동적 구간은 하중 지속시간과 부재의 고유주기가 비슷한 영역으로서 준정적 영역에 비하여 하중 지속시간에 의존적이며, 준정적 영역은 상대적으로 하중 지속시간이 높음에 따른 정적 하중 상태와 유사한 경향을 나타낼 수 있다.In the case of the impact section, the duration of the load is very short compared to the natural period of the member and is dependent on the amount of impact. The static region may show a tendency similar to that of a static load condition according to a relatively high load duration.
한편, 기본적인 단자유도 해석에서 초기 변위가 존재할 때의 수치해석 절차는 뉴마크 방법을 수정하여 도출될 수 있다. 초기 계산의 경우 기존의 뉴마크 방법을 사용하지만 시간 단계에 따라 강성이나 저항력을 결정할 때 초기변위에 따른 강성과 저항력을 고려할 수 있다. 이때, j단계에 저항력은 다음의 수학식 4에 의해 계산될 수 있다.Meanwhile, in the basic single degree of freedom analysis, the numerical analysis procedure when there is an initial displacement can be derived by modifying the Newmark method. For the initial calculation, the existing Newmark method is used, but when determining the stiffness or resistivity according to the time step, the stiffness and resistivity according to the initial displacement can be considered. At this time, the resistance force in step j can be calculated by Equation 4 below.
[수학식 4][Equation 4]
여기서, 
초기 정적변위가 고려된 등가 단자유도 해석을 수행하여 초기 변위가 최대 응답에 미치는 영향과 하중 지속시간과 구조물의 고유주기 비의 연관성을 비교 분석하기 위하여 충격, 동적, 준정적 구간에 해당하는 세 가지 모델을 해석할 수 있다. 폭발하중의 지속시간과 구조물의 고유주기 비, 저항력과 최대하중의 비는 다음의 표 3과 같고 폭발하중은 충격파 형태로서 이상화된 삼각형 폭발하중을 적용할 수 있다. 해석을 위한 기본적인 질량은 1로 이상화하여 수행하며, Case 1은 Td/Tn이 0.3으로서 충격 구간이고 Case 2는 Td/Tn이 1.0으로서 동적 구간이며, Case 3은 Td/Tn이 3.0으로서 준정적 구간에 해당할 수 있다.In order to compare and analyze the effect of the initial displacement on the maximum response and the correlation between the load duration and the natural period ratio of the structure by performing an equivalent single degree of freedom analysis that considers the initial static displacement, three types corresponding to the impact, dynamic and quasi-static sections model can be interpreted. The duration of the explosion load, the ratio of the natural period of the structure, and the ratio between the resisting force and the maximum load are shown in Table 3 below. The basic mass for analysis is idealized as 1, and
Case 1~3에 대해 초기정적변위는 항복변위의 +10%, +20%, +30%에 해당하는 값을 설정하여 등가 단자유도 해석을 진행할 수 있다. 다음의 표와 도 10의 왼쪽 그림은 등가 단자유도 해석의 결과에 해당할 수 있다. 최대변위(um)와 연성도(
Case 1~3에 대해 초기 변위를 폭발 하중이 작용하는 방향에 반대로 설정하여 항복변위의 -10%, -20%, -30%에 해당하는 값으로 등가 단자유도 해석을 진행할 수 있다. 다음의 표 5와 도 10의 오른쪽 그림은 음의 정적변위가 존재하는 등가 단자유도 해석 결과에 해당할 수 있다. 동적구간(Case 2) 및 준정적구간(Case3)과 충격구간(Case 1)과 거동이 다르게 나타날 수 있다. 충격구간(Case 1)에서 최대응답의 증가가 나타나며, 항복변위 -10%, -20%, -30%에 대하여 각각 최대변위(um)의 증가비율은 12%, 24%, 37%로 나타날 수 있다. 동적구간(Case2)은 -13%, -23%, -32%, 준정적구간(Case 3)은 -26%, -42%, -50% 감소할 수 있다. 이러한 거동의 차이를 나타내는 하중 지속시간과 고유주기의 비에 영향을 미치는 요인은 도 10의 오른쪽 그림 (a)와 같이 양의 진동에서 최댓값보다 음이 진동에서 최댓값이 나타나기 때문이다. 충격구간의 특징인 부재가 최대 변위를 나타내기 전에 하중의 작용이 완료되고 부재의 관성으로 인해 최대변위가 폭발하중이 지나간 이후에 발생하므로 음의 초기정적변위로 인해 음의 최대변위가 오히려 증가할 수 있다.For
기존 응답 차트인 도 8은 초기 정적변위를 고려한 최대 응답을 계산할 수 없기 때문에 초기정적변위를 고려하여 극한 저항과 하중 비, 하중 지속 시간과 부재의 고유주기 비에 대한 해석을 수행할 수 있다. 충격파 형상인 폭발하중을 적용하여 대표적으로 항복 변위 대비 +10%와 -10%의 초기 정적변위를 고려하여 각각 도 11의 그림 (a)와 그림 (b)로 나타낼 수 있다. 또한 압력파 형상인 폭발하중을 적용하여 대표적으로 항복변위 대비 +10%와 -10%의 초기 정적변위를 고려하여 각각 도 12의 그림 (a)와 그림 (b)로 나타낼 수 있다.8, which is an existing response chart, cannot calculate the maximum response considering the initial static displacement, so it is possible to analyze the ultimate resistance and load ratio, the load duration and the natural period ratio of the member in consideration of the initial static displacement. By applying the shock wave-shaped explosion load, it can be shown in Figures (a) and (b) of Figure 11, respectively, by considering the initial static displacement of +10% and -10% compared to the yield displacement. In addition, by applying an explosion load in the shape of a pressure wave, it can be shown in Figures (a) and (b) of FIG.
항복변위 대비 +10%의 초기정적변위가 존재할 경우 폭발하중 형상(충격파 형상, 압력파 형상)과는 무관하게 도 11의 그림 (a), 도 12의 그림 (a)와 같이 최대응답은 전반적으로 상승하는 것으로 나타날 수 있다. 또한, 준정적 구간이면서 연성도가 1이상인 영역에서 초기 정적변위가 없는 상황에 비하여 차이가 급증하는 것으로 분석될 수 있다. 플랜트 구조물은 동적영역 또는 준정적 영역에 해당하는 경우가 많으므로 초기정적변위가 연성도 등의 구조물 성능지표에 큰 영향을 줄 수 있다.When there is an initial static displacement of +10% compared to the yield displacement, the maximum response is overall as shown in (a) of FIG. 11 and (a) of FIG. may appear to rise. In addition, it can be analyzed that in the quasi-static section and the ductility is 1 or more, the difference increases rapidly compared to the situation where there is no initial static displacement. Since plant structures often fall into the dynamic or quasi-static region, the initial static displacement can have a significant impact on structural performance indicators such as ductility.
항복변위 대비 -10%로서 초기 정적변위가 존재할 경우 충격파 형상과 압력파 형상을 적용한 도 11의 그림 (b), 도 12의 그림 (b)와 같이 하중 지속시간과 부재의 고유주기 비에 따라서 거동의 차이가 발생할 수 있다. Td/Tn이 1.0 이상에서 최대응답은 감소하는 것으로 나타나지만 Td/Tn이 1.0 이하에서 초기 정적변위가 존재하지 않는 것에 비하여 최대응답이 증가하는 양상이 나타날 수 있다. 양의 진동에서만의 최대변위를 도출할 경우 전반적으로 최대응답은 감소하지만 실제적으로 양의 진동에서만 최대변위가 도출되는 것이 아닌 음의 진동에서 최대변위 절댓값을 고려함에 따라 차이가 발생할 수 있다.When there is an initial static displacement as -10% of the yield displacement, the behavior depends on the load duration and the natural period ratio of the member, as shown in Figure 11 (b) and Figure 12 (b) to which the shock wave shape and pressure wave shape are applied. difference may occur. The maximum response appears to decrease when T d / T n is 1.0 or more, but the maximum response may increase when T d / T n is less than 1.0, compared to the absence of initial static displacement. When the maximum displacement is derived only from positive vibration, the overall maximum response is reduced.
여기에서는, 일 실시예로서 구조물의 전면 벽체에 대해서 응답차트를 활용하여 최대 응답을 예측할 수 있다. 부재의 특성은 다음의 표 6과 같고 폭발하중은 도 13과 같은 두 가지의 이상화된 폭발하중(충격파, 압력파)을 적용할 수 있다.Here, as an example, the maximum response can be predicted using the response chart for the front wall of the structure. The characteristics of the members are shown in Table 6 below, and two idealized explosion loads (shock wave and pressure wave) as shown in FIG. 13 can be applied to the explosion load.
하중의 지속시간과 구조물의 고유주기 비는 0.98, 극한 저항력과 최대 하중 비는 0.90이다.The ratio between the duration of the load and the natural period of the structure is 0.98, and the ratio between the ultimate resistance and the maximum load is 0.90.
초기변위가 존재하지 않고 도 13의 그림 (a)와 같은 충격파 하중을 받는 부재에 대해 기존의 응답 차트인 도 8의 그림 (a)을 적용하면 부재의 연성도는 2.35이다. 따라서, 부재의 항복 변위 9.58 mm를 곱하여 최대 변위 22.51mm를 쉽게 구할 수 있다. 이는 ASCE(2010)에서 제시하는 수치 적분법의 결과 20.68 mm와 6%의 오차가 존재할 수 있다. 항복변위의 10%의 초기변위가 폭발하중과 동일방향으로 존재할 때 도 11의 그림 (a)의 응답 차트를 적용하면 연성도는 2.86이다. 따라서, 최대변위는 27.40 mm이며 22% 증가할 수 있다. 폭발하중과 역방향으로 존재하는 항복변위 -10%의 초기 변위가 존재할 경우 도 11의 그림 (b)의 응답 차트를 적용하면 연성도는 1.99이며, 최대변위는 19.06 mm이고 13% 감소할 수 있다.When the conventional response chart (a) of FIG. 8 is applied to a member subjected to a shock wave load as shown in (a) of FIG. 13 without initial displacement, the ductility of the member is 2.35. Therefore, the maximum displacement of 22.51 mm can be easily obtained by multiplying the yield displacement of the member by 9.58 mm. As a result of the numerical integration method presented by ASCE (2010), an error of 20.68 mm and 6% may exist. When the initial displacement of 10% of the yield displacement exists in the same direction as the explosion load, the ductility is 2.86 when the response chart of Figure (a) of FIG. 11 is applied. Therefore, the maximum displacement is 27.40 mm and can be increased by 22%. When the initial displacement of -10% of the yield displacement that exists in the opposite direction to the explosion load exists, the ductility is 1.99, the maximum displacement is 19.06 mm, and it can be reduced by 13% by applying the response chart in Figure (b) of Figure 11.
도 13의 그림 (b)와 같은 압력파 형태의 폭발하중을 받는 기존의 응답 차트인 도 8의 그림 (b)를 적용하면 연성도는 2.27이며, 최대변위는 21.75 mm이다. 초기변위가 폭발하중과 동일방향으로서 항복변위의 10%의 초기변위가 폭발하중과 동일방향으로 존재할 때 도 12의 그림 (b)의 응답 차트를 적용하면 연성도와 최대변위는 각각 2.81, 26.92 mm로 24% 증가하였고, 폭발하중과 역방향으로 존재하는 항복변위 -10%의 초기변위가 존재할 경우 연성도와 최대변위는 각각 1.91, 18.30mm로 16% 감소할 수 있다.Applying figure (b) of FIG. 8, which is a conventional response chart receiving an explosion load in the form of a pressure wave as shown in figure (b) of Figure 13, the ductility is 2.27 and the maximum displacement is 21.75 mm. When the initial displacement is in the same direction as the explosion load and the initial displacement of 10% of the yield displacement exists in the same direction as the explosion load, applying the response chart in figure (b) of FIG. 12, the ductility and maximum displacement are 2.81 and 26.92 mm, respectively. 24% increase, and when there is an initial displacement of -10% of the yield displacement that exists in the opposite direction to the explosion load, the ductility and maximum displacement can decrease by 16% to 1.91 and 18.30mm, respectively.
초기 정적변위(positive, negative)와 Td/Tn의 비에 따라서 거동의 차이가 나타남에 따라 초기 정적변위의 영향을 고려한 설계가 더욱 필요할 수 있다. 따라서, 폭발하중과 역방향의 초기 정적변위를 고려할 경우 플랜트 구조물 부재 설계의 이점이 발생할 수 있다. 반면, 군사시설 및 폭약 보호 목적성을 가지는 시설물은 고성능 화약 폭발(TNT, ANFO 등)에 따른 Td/Tn 비가 낮은 영역에 있어 폭발하중과 역방향의 초기 정적변위를 고려한 설계는 반동에 의한 최대 변위 증가를 야기할 수 있다.As the difference in behavior appears depending on the ratio of the initial static displacement (positive, negative) and T d / T n , a design considering the effect of the initial static displacement may be further required. Therefore, when the initial static displacement in the reverse direction and the explosion load are considered, the advantages of plant structure member design can occur. On the other hand, military facilities and facilities with the purpose of protecting explosives are in the region where the T d / T n ratio is low according to high-performance explosives explosion (TNT, ANFO, etc.), so the design considering the initial static displacement in the reverse direction and the explosion load is the maximum displacement due to recoil may cause an increase.
본 발명에 따른 내폭설계방법은 제시된 응답 차트를 이용하여 초기정적변위를 고려한 최대 동적거동을 쉽게 구할 수 있으므로 구조부재의 내폭 성능 평가에 활용될 수 있다.The explosion resistance design method according to the present invention can easily obtain the maximum dynamic behavior considering the initial static displacement using the proposed response chart, so it can be used to evaluate the impact resistance performance of structural members.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that it can be done.
100: 내폭설계장치
110: 프로세서 130: 메모리
150: 사용자 입출력부 170: 네트워크 입출력부
210: 구조물 정의모듈 230: 폭발 프로필 설정모듈
250: 폭발 시뮬레이션모듈 270: 내폭구조 설계모듈
290: 성능 평가모듈100: anti-explosion design device
110: processor 130: memory
150: user input/output unit 170: network input/output unit
210: structure definition module 230: explosion profile setting module
250: explosion simulation module 270: explosion-proof structure design module
290: performance evaluation module
Claims (9)
상기 내폭구조물의 외부에서 발생 가능한 폭발하중을 결정하는 단계;
상기 폭발하중에 대해 초기 정적변위가 고려된 응답 차트를 생성하는 단계;
상기 응답 차트를 기반으로 상기 폭발하중의 방향에 따른 상기 전면 벽체의 최대 응답을 예측하는 단계; 및
상기 전면 벽체를 기준으로 상기 폭발하중의 반대방향으로 특정 정적변위를 형성하도록 상기 내폭구조물의 설계를 변경하는 단계;를 포함하는 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법.
Determining a blast resistance structure including a front wall;
Determining an explosion load that may occur outside the explosion-proof structure;
Generating a response chart considering the initial static displacement for the explosion load;
predicting a maximum response of the front wall according to the direction of the blast load based on the response chart; and
A method for designing an explosion-proof structure using static displacement, comprising: changing the design of the explosion-proof structure to form a specific static displacement in a direction opposite to the explosion load based on the front wall.
단자유도 시스템(SDOF system)을 기반으로 상기 전면 벽체를 구성하는 부재의 특성(property)으로서 등가 질량(Equivalent mass), 유효 강성(Effective stiffenss), 고유 진동수(Natural frequency) 및 저항력(Resistance)을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법.
The method of claim 1, wherein the step of determining the implosion structure
Determine equivalent mass, effective stiffness, natural frequency and resistance as properties of the members constituting the front wall based on the single degree of freedom system (SDOF system) An explosion-proof design method of an explosion-proof structure using static displacement, characterized in that it comprises the step of doing.
이상화된 삼각형 폭발하중으로서 충격파 형상 또는 압력파 형상으로 상기 폭발하중을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법.
The method of claim 1, wherein the step of determining the explosion load
An explosion-proof design method of an explosion-proof structure using static displacement, comprising the step of determining the explosion load in a shock wave shape or a pressure wave shape as an idealized triangular explosion load.
항복변위 대비 ±N%(상기 N은 자연수)의 초기 정적변위를 적용하여 극한 저항과 하중 비, 하중 지속시간과 부재의 고유주기 비에 대한 해석을 수행한 결과로서 상기 응답 차트를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법.
The method of claim 1, wherein generating the response chart
Generating the response chart as a result of analyzing the ultimate resistance and load ratio, the load duration and the natural period ratio of the member by applying the initial static displacement of ±N% (N is a natural number) compared to the yield displacement An explosion-proof design method of an explosion-proof structure using static displacement, characterized in that it comprises.
상기 폭발하중의 방향과 상기 초기 정적변위의 방향에 따라 상기 전면 벽체의 연성도와 최대변위를 각각 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법.
2. The method of claim 1, wherein predicting the maximum response comprises:
Calculating the ductility and maximum displacement of the front wall according to the direction of the explosion load and the direction of the initial static displacement, respectively.
중력하중 또는 프리스트레싱(prestressing)을 통해 상기 특정 정적변위를 형성하도록 상기 내폭구조물의 설계를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법.
The method of claim 1, wherein the step of changing the design of the explosion-proof structure
A method for designing an anti-collision structure using static displacement, comprising the step of changing the design of the anti-collision structure to form the specific static displacement through gravity load or prestressing.
지지프레임에 의해 지지되는 복수의 패널들이 상기 전면 벽체에 나란하게 결합된 결과 내폭구조가 형성되도록 상기 내폭구조물의 설계를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법.
The method of claim 1, wherein the step of changing the design of the explosion-proof structure
Changing the design of the explosion-proof structure so that a plurality of panels supported by the support frame are coupled side by side to the front wall to form an explosion-proof structure. method.
상기 내폭구조물의 최대변위 및 항복변위 간의 연성비, 부재 단부의 최대회전각을 예측하여 상기 내폭구조물의 성능을 평가하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정적변위를 활용한 내폭구조물의 내폭설계방법.
According to claim 1,
Evaluating the performance of the explosion-proof structure by estimating the ductility ratio between the maximum displacement and the yield displacement of the explosion-proof structure and the maximum rotation angle of the end of the member; method.
An explosion-proof structure designed by the method of any one of claims 1 to 7.
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2022
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