Explosives and Blasting (화약ㆍ발파)

Korean Society of Explosives and Blasting Engineering (대한화약발파공학회)
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Numerical Analysis of Collapse Behavior in Industrial Stack Explosive Demolition

산업용 연돌 발파해체에서 붕괴거동에 관한 수치해석적 연구

  • 전푸른 (전북대학교 에너지 저장.변환공학과) ;
  • 민경조 (전북대학교 공과대학 토목/환경/자원에너지공학부) ;
  • ;
  • 박훈 ((주)코리아카코) ;
  • 석철기 ((주)코리아카코) ;
  • 송태협 (한국건설기술연구원) ;
  • 장경필 (한국건설기술연구원) ;
  • 조상호 (전북대학교 에너지 저장.변환공학과)
  • Received : 2023.09.08
  • Accepted : 2023.09.21
  • Published : 2023.09.30
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Abstract

The aging of plant structures due to industrialization in the 1970s has increased the demand for blast demolition. While blasting can reduce exposure to environmental pollution by shortening the demolition period, improper blasting design and construction plans pose significant safety risks. Thus, it is vital to consider optimal blasting demolition conditions and other factors through collapse behavior simulation. This study utilizes a 3-D combined finite-discrete element method (FDEM) code-based 3-D DFPA to simulate the collapse of a chimney structure in a thermal power plant in Seocheon, South Korea. The collapse behavior from the numerical simulation is compared to the actual structure collapse, and the numerical simulation result presents good agreement with the actual building demolition. Additionally, various numerical simulations have been conducted on the chimney models to analyze the impact of the duct size in the pre-weakening area. The no-duct, duct, and double-area duct models were compared in terms of crack pattern and history of Z-axis displacement. The findings show that the elapse-time for demolition decreases as the area of the duct increases, causing collapse to occur quickly by increasing the load-bearing area.

1970년대 산업화에 따른 플랜트 구조물이 노후화됨에 따라 구조적 기능을 상실해 발파 해체 공법을 활용한 해체 철거 수요가 증가하고 있다. 발파 해체공법은 기계식 해체공법에 비해 해체 공기가 짧아 환경공해 발생 노출 시간을 최소화할 수 있지만 잘못된 발파 설계 및 시공 계획에 따른 붕괴거동의 실패는 안전성에 매우 큰 위험을 유발한다. 따라서 붕괴거동 모사를 통해 최적의 발파 해체 조건과 이에 따른 영향을 고려하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 Finite element method (FEM)와 Discrete element method (DEM)의 장점을 활용해 구축된 3-D Combined finite discrete element method (FDEM) 코드 기반 3-D DFPA 를 적용해 (구)서천화력발전소의 연돌 구조물에 대한 해체 모사를 수행하였으며 실제 구조물의 연돌 구조물 발파해체의 붕괴거동과 비교 분석하였다. 수치 모사 결과, 실제 구조물과 붕괴 거동 및 붕괴 완료 시간이 동일하게 나타났다. 또한, 발파구간 개구부 상부에 위치한 후드부의 크기가 연돌의 붕괴거동에 미치는 영향을 분석하기 위해 후드부의 면적을 조정하여 해체 모사를 수행하고 균열 발생 양상 및 z-방향 변위 곡선을 통해 비교 분석하였다. 분석 결과, 후드부의 면적이 증가함에 따라 하중을 지지하는 면적이 줄어들고 그에 따른 균열 발생 증가 및 전도 시간 감소를 확인하였다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원의 지원으로 수행되었음(과제번호 RS-2023-00246154).

References

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