Evaluation Study of Blast Resistance and Structural Factors in the Explosive Simple Storage by Numerical Analysis

수치해석을 통한 화약류 간이저장소의 방폭성 및 구조인자 평가연구

The design regulations for simple explosive storage in Korea only stipulate standards for the materials and thickness of the wall of the structure because the amount of explosives that can be stored is small. There is concern about secondary damage during an internal explosion in a simple storage facility, and it is necessary to reexamine the current standards. The numerical analysis for the TNT 15 kg explosion inside the simple storage was carried out by setting the factors using the robust experimental design method. The displacement of the structure generated under the same time condition was analyzed, and the contribution was evaluated. The contribution of concrete thickness was the highest, and the contribution of concrete strength and rebar arrangement was lower than that of concrete thickness. The reinforcement diameter contributed extremely little to the displacement. The structural standards of the simple storage that are currently applied are insufficient on blast resistance, and it is necessary to present new design standards. Therefore, the design factor to be applied later analysis and actual experiments were taken into consideration. For the design variables, the thickness of the concrete was 15 cm considering the displacement, the concrete strength was selected as general concrete considering the inlet discharge pressure, the factor with the lowest average displacement was selected for the reinforcement arrangement and the diameter of the reinforcement, the factor with the smallest level was selected in consideration of economic feasibility because the difference in displacement was low.

현재 국내 화약류 간이저장소에 대한 설계 규정은 화약류 저장량이 적다는 이유로 구조기준은 구조물의 벽체 종류 및 두께에 대한 기준만이 제시되어 있다. 이러한 이유로 간이저장소 내부 폭발 시 2차 피해에 대한 우려가 있어 현재의 기준에 대한 재검증이 필요하다. 본 연구에서는 간이저장소 내부에서 TNT 15 kg 폭발을 가정하여 강건설계 실험설계법 및 수치해석을 실시하였다. 수치해석 결과를 토대로 동일 시간 조건에 발생하는 구조물의 변위를 분석하였으며 이를 통해 기여도 평가를 실시하였다. 기여도 평가 결과 콘크리트 두께가 가장 기여도가 높은 것으로 파악되었으며, 콘크리트 강도 및 철근 배열의 경우 콘크리트 두께에 비하여 낮은 수준의 기여도를 보였다. 철근 직경의 경우 구조물 변위에 대한 기여도가 현저히 낮은 것으로 파악되었다. 또한 현재 적용되고 있는 간이저장소에 대한 구조기준은 방폭성능이 부족하여 새로운 설계기준을 제시할 필요가 있었으며 이를 위해 추후 해석 및 실제 실험에 적용할 설계 인자를 선정하였다. 콘크리트 두께의 경우 발생 변위의 양상을 고려하여 15 cm, 콘크리트 강도는 입구 배출 압력을 고려하여 일반 콘크리트, 철근 배열은 발생 변위의 평균이 가장 작은 인자, 철근 직경의 경우 발생 변위의 차이가 낮아 경제성을 고려하여 가장 작은 수준의 인자를 설계변수로서 선정하였다.