부등충격 충돌 시 기존 RC 원형단면 부재에 대한 수치적 연구

May 25, 2024

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14793(2022) 이 기사 인용

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최근 몇 년간 교통사고 및 열차 탈선 관련 사고가 그 어느 때보다 자주 발생하여 일부 경제적 피해와 인명 피해가 발생하고 있습니다. 철근 콘크리트(RC) 건설에는 열차 및 차량 탈선 사고가 자주 발생합니다. 이전 연구에서는 이러한 측면 충돌이 거의 연구되지 않았습니다. 이를 위해 본 논문에서는 탈선된 열차와 원형 RC 부재의 충돌을 정확하게 시뮬레이션하기 위해 고충실도 시뮬레이션 기반 유한 요소(FE) 모델을 생성했습니다. 철근콘크리트 부재구조는 고속철도역에서 흔히 볼 수 있는 구조이다. 충격체의 충격에너지가 커서 구조부재 파손의 원인이 된다. 이는 동일하지 않은 경간 충격 하중 하에서 철근 콘크리트 부재의 동적 거동을 분석합니다. 충격 문제의 수치적 구현을 ​​기하학적, 접촉 및 재료 특성의 관점에서 논의합니다. 충격 문제를 해결하기 위한 ABAQUS 코드의 신뢰성과 정밀도는 실패 모드, 충격 및 편향 시간 이력 실험 출력을 비교하여 검증됩니다. 충격응답특성을 분석하여 제어변수를 이용하여 파손과정과 모드(충격 및 반력의 특성, 처짐시간 이력곡선, 충격력-처짐곡선, 베어링 반력-처짐곡선 포함)를 연구하였다. 철근비, 충격속도, 콘크리트 강도, 세장비는 전단균열의 양상과 발달에 큰 영향을 미친다. 충격 속도와 세장비의 변화도 부재 파손 모드에 영향을 미칩니다.

철근콘크리트 구조물은 도시 고가도로 및 육교 교각에 각종 차량이 미치는 영향, 실내 주차장 기둥에 미치는 영향, 교각에 선박이 미치는 영향, 부두 인프라, 지하철 역 건물에서도 열차가 탈선했습니다. 이러한 충격은 때로는 구조물의 국부적인 손상으로 이어질 뿐만 아니라 건물 전체가 붕괴되어 헤아릴 수 없는 인명 피해와 경제적 손실을 초래하는 경우도 있습니다. 철근 콘크리트 구조물은 사용 수명 동안 충격, 지진, 폭발과 같은 갑작스러운 하중을 받는 경우가 많습니다.

횡충격하중을 받는 부재의 단면적, 철근, 폭-두께 비율의 변화로 인해 강도, 변형, 탄성, 구속효과가 영향을 받습니다1,2,3,4. 이전 문헌에서 이러한 요인에 대한 일부 조사가 있었습니다. 축 압축 시험을 받은 중공 강철 튜브 및 CFST 시편의 재료 특성에 대한 기하학적 형상 매개변수(원형, 육각형, 직사각형 및 정사각형 단면)5,6,7,8,9의 영향을 연구했습니다10,11,12 ,13,14,15,16. 결과는 원형 시편이 축 응력 및 연성 값에서 이상적인 샘플임을 보여주었습니다.

Hu 등17은 단면 형상 변화로 인한 축 압축을 받는 콘크리트 충전 강철 관형 기둥의 구속 효과를 연구했습니다. 원형 강철 튜브는 사각형 단면보다 콘크리트에 대한 구속 효과가 더 큽니다. 특히 단면의 너비 대 두께 비율이 상대적으로 작을 때 부분적인 좌굴이 발생하기 쉽습니다. 동일한 단면적을 갖는 중공 철근콘크리트 기둥은 상대적으로 비틀림 강성이 크기 때문에 중실 철근콘크리트 기둥에 비해 비틀림이 덜 발생함을 알 수 있다. 외부 하중을 받을 때 구조적 안정성이 효과적으로 향상될 수 있습니다18.

한편 특수한 형태의 철근 콘크리트 기둥은 일반적으로 건축 기능의 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 측면 충격을 받는 철근 콘크리트 부재의 파손 모드는 상당히 다릅니다. 철근콘크리트 보의 파괴형태는 충격속도가 증가함에 따라 굽힘파괴에서 전단파괴로 점차 변화하며, 특히 시험체 중앙의 충격위치에서 짧은 간격으로 심한 대각선 균열이 발생하고 펀칭 전단파괴가 발생한다. 고속 충격을 받는 시간22,23.