• Structural Engineering and Mechanics
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• 제36권6호
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• pp.729-744
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• 2010

There is world wide concern for safety of nuclear power installations after the terrorist attack on World Trade Center in 2001 and several other civilian structures in the last decade. The nuclear containment structure in many countries is a double shell structure (outer shell a RCC and inner a prestressed concrete). The outer reinforced concrete shell protects the inner shell and is designed for external loading like impact and blast. A comparative study of non-linear response of reinforced concrete nuclear containment cylindrical shell subjected to impact of an aircraft (Phantom) and explosion of different amounts of blast charges have been presented here. A material model which takes into account the strain rate sensitivity in dynamic loading situations, plastic and visco-plastic behavior in three dimensional stress state and cracking in tension has been developed earlier and implemented into a finite element code which has been validated with published literature. The analysis has been made using the developed software. Significant conclusions have been drawn for dissimilarity in response (deflections, stresses, cracks etc.) of the shell for impact and blast loading.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제32권2호
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• pp.269-282
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• 2009

Responding to the threat of terrorist attacks around the world, numerous studies have been conducted to search for new methods of vulnerability assessment and protective technologies for critical infrastructure under extreme bomb blasts or high velocity impacts. In this paper, a two-dimensional behavioral rate dependent lattice model (RDLM) capable of analyzing reinforced concrete members subjected to blast and impact loading is presented. The model inherently takes into account several major influencing factors: the progressive cracking of concrete in tension, the inelastic response in compression, the yielding of reinforcing steel, and strain rate sensitivity of both concrete and steel. A computer code using the explicit algorithm was developed based on the proposed lattice model. The explicit code along with the proposed numerical model was validated using experimental test results from the Woomera blast trial.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제65권5호
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• pp.587-600
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• 2018

Infill panel is the first element of a building subjected to blast loading activating its out-of-plane behavior. If the infill panel does not have enough ductility against the loading, it breaks and gets damaged before load transfer and energy dissipation. As steel infill panel has appropriate ductility before fracture, it can be used as an alternative to typical infill panels under blast loading. Also, it plays a pivotal role in maintaining sensitive main parts against blast loading. Concerning enough ductility of the infill panel out-of-plane behavior, the impact force enters the horizontal diaphragm and is distributed among the lateral elements. This article investigates the behavior of steel infill panels with different thicknesses and stiffeners. In order to precisely study steel infill panels, different ranges of blast loading are used and maximum displacement of steel infill under such various blast loading is studied. In this research, finite element analyses including geometric and material nonlinearities are used for optimization of the steel plate thickness and stiffener arrangement to obtain more efficient design for its better out-of-plane behavior. The results indicate that this type of infill with out-of-plane behavior shows a proper ductility especially in severe blast loadings. In the blasts with high intensity, maximum displacement of infill is more sensitive to change in the thickness of plate rather the change in number of stiffeners such that increasing the number of stiffeners and the plate thickness of infill panel would decrease energy dissipation by 20 and 77% respectively. The ductile behavior of steel infill panels shows that using infill panels with less thickness has more effect on energy dissipation. According to this study, the infill panel with 5 mm thickness works better if the criterion of steel infill panel design is the reduction of transmitted impulse to main structure. For example in steel infill panels with 5 stiffeners and blast loading with the reflected pressure of 375 kPa and duration of 50 milliseconds, the transmitted impulse has decreased from 41206 N.Sec in 20 mm infill to 37898 N.Sec in 5 mm infill panel.

• 콘크리트학회지
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• 제23권2호
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• pp.23-29
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• 2011

• 대한토목학회논문집
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• 제31권1A호
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• pp.25-33
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• 2011

본 논문에서는 폭발에 의한 폭풍파 및 파편 충돌하중을 받는 강판보강 콘크리트 패널의 충돌손상거동 수치해석이 수행된다. 폭발로 인해 발생되는 순간 동역학적인 충돌손상 메커니즘은 매우 복잡하며, 이에 대한 실험적 연구 또한 막대한 비용과 시설이 요구되기 때문에 explicit 유한요소해석 프로그램인 AUTODYN을 이용하여 수치적 연구가 수행된다. 그러나, 단일의 수치해석기법을 적용하여 폭풍파 및 파편의 충돌에 의한 손상거동을 명확히 모사하기에는 한계가 있다. 따라서 수치해석의 정확성 및 효율성을 높이기 위해 Euler-Lagrange, SPH(smoothed particle hydrodynamics)-Lagrange 기법을 커플링하는 복합적 수치해석(multi-solver coupling) 기법이 제안된다. 제안된 해석기법과 2차원 축대칭 모델을 적용하여 강판보강 유무에 따른 콘크리트 패널의 충돌손상거동 해석이 수행된다. 수치해석 결과 무보강 콘크리트 패널의 경우, 파편 충돌에 의해 파쇄 및 관통이 발생되었고 강판보강 콘크리트 패널의 경우 강도 및 강성의 증가로 인해 관통이 발생되지 않았고 최대처짐 및 파편억제효과가 나타났다. 해석결과는 기존의 실험결과와 비교하여 잘 일치되었고 제안된 복합적 수치해석 기법은 충돌손상에 대한 보강성능을 평가하는데 효과적으로 적용가능하다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.387-394
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• 2010

현재 연쇄붕괴를 방지하기 위한 설계 방법으로 기둥제거 시나리오를 이용한 대체하중경로법을 주로 적용하고 있다. 하지만 실제로 폭발이 발생하여 기둥이 완전히 제거되지 않는 경우에 기둥제거 시나리오를 적용하면 보수적인 결과를 얻게 된다. 본 논문에서는 단일 기둥이 폭발하중을 받을 때의 거동을 평가함으로써 폭발이후에도 기둥이 연쇄붕괴 방지에 기여할 수 있는지 여부를 판단하였다. 하이드로코드인 AUTODYN을 이용하였으며, 같은 단면적과 높이를 갖는 사각형 기둥과 원형 기둥의 폭발저항성능을 비교하였다. 우선 AUTODYN을 이용한 폭발하중 산정 결과를 폭발실험값과 비교한 다음 간단한 폭발 예제를 통해 계산된 폭발압력파가 실제와 유사함을 입증하였다. 단면 형상에 따른 기둥의 폭발저항 성능 해석을 수행한 후 잔류변형을 이용한 평가법을 이용해 원형기둥이 사각형 기둥보다 폭발저항 성능이 더 우수함을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.237-248
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• 2017

각종 사고 및 테러로 인한 폭발, 충돌, 화재 사고가 발생함에 따라 사회적인 안전 불감증이 더욱 고조되고 있으나, 실제 극한하중에 대한 구조물의 방호 설계가 반영되지 못하고 있는 실정이다. 특히, 원전격납구조물, 가스탱크 등과 같은 주요 시설물에 적용되고 있는 2방향 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 구조물에 대한 폭발, 그리고 폭발로 인한 2차적으로 발생 가능한 화재에 대한 연구가 미흡함에 따라 복합손상 시나리오에 대한 구조물의 검토가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 폭발 후 화재하중 복합손상을 분석하기 위하여 $1,400mm{\times}1,000mm{\times}300mm$의 2방향 비부착 프리스트레스트 콘크리트를 제작하여, 폭발하중은 ANFO 25 kg의 장약량을 1.0 m 이격거리로 실험을 구성하고, 화재하중은 5분 이내에 $1,200^{\circ}C$의 화재하중을 가할 수 있는 RABT 화재시나리오를 적용하여 극한저항성능을 검토하였다. 본 연구는 향후 국내외 프리스트레스트 콘크리트에 대한 방호설계 및 폭발해석 등 관련 연구분야의 중요한 자료가 될 것이라 판단된다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권2호
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• pp.745-748
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• 2008

과거 건설 구조물은 사용 하중을 견딜만한 성능과 사용성, 부식에 대한 저항성 정도만이 요구되었다. 그러나 9.11 사건 이후 이러한 관점은 바뀌어, 폭발에 의한 충격 하중 및 그와 동시에 발생할 수있는 화재로 인한 열에 견딜 수 있는 구조물의 저항 성능이 기본적인 요구 조건으로써 중요시되고있다. 전 세계가 연일 테러의 위협 아래 놓여있는 현 시점에서 구조물의 내폭 성능은 매우 중요한 부분이라 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 기존의 건설 재료로써 폭넓게 사용되고 있는 시멘트 복합체 혹은 콘크리트에인장 강도 및 연성이 뛰어난 FRP composite을 결합시켜 내폭 성능이 우수하고 기존 구조물 및 신설구조물에 모두 시공이 가능한 최적화된 분절 복합체(Segmented Composite) 및 층 구조(Layered Structure)를 개발하고, 그 성능을 평가하고자 한다. 이러한 내폭 성능의 향상을 통해, 열과 충격 하중, 동하중 및 high strain에 의한 구조물의 붕괴를 줄이고 붕괴 시점을 보다 늦출 수 있다면, 이로인해 발생되는 인명 피해 및 경제적 손실을 최소화시킬 수 있을 것이다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제28권6호
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• pp.673-683
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• 2016

최근 전 세계적으로 발생하고 있는 각종 사고 및 테러공격 등으로 인한 폭발, 충돌, 화재 사고가 빈번하게 발생하고 있으며, 특히, 2001년 미국 세계무역센터와 펜타곤에 발생한 9.11 테러사건 이후 사회적인 안전 불감증이 더욱 고조되고 있다. 또한, 2011년 일본 후쿠시마 원전사고로 인한 원전 격납건물 손상 시 발생할 수 있는 물리적, 환경적 위험성에 대한 사회적 불안감이 날로 커짐에 따라 원전격납건물, 가스탱크 등에 널리 사용되는 프리스트레스트 콘크리트 구조물에 대한 극한하중 연구가 다양하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 2방향 비부착 프리스트레스트 콘크리트 패널 부재의 폭발저항성능을 분석하기 위하여 $1,400{\times}1,000{\times}300mm$의 철근콘크리트(RC), 프리스트레스 텐던으로만 보강된 콘크리트(PSC), 프리스트레스 텐던과 철근으로 보강된 콘크리트(PSRC) 시편을 제작하였다. 폭발하중은 ANFO 55 lbs 의 장약량을 1.0 m 이격거리로 적용하였으며, 측정하고자 하는 데이터는 초기 압력폭발하중 뿐 아니라, 반사압력, 충격량, 중앙부의 처짐, 가속도, 철근 및 콘크리트, 텐던의 변형률을 측정하여 분석하였다. 본 연구는 향후 국내외 프리스트레스트 콘크리트에 대한 방호설계 및 폭발해석 등 관련 연구분야의 중요한 자료가 될 것이라 판단된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제68권2호
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• pp.237-245
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• 2018

This study proposes an empirical formulation to predict the maximum deformation of offshore blast wall structure that is subjected to impact loading caused by hydrocarbon explosion. The blast wall model is assumed to be supported by a simply-supported boundary condition and corrugated panel is modelled. In total, 1,620 cases of LS-DYNA simulations were conducted to predict the maximum deformation of blast wall, and they were then used as input data for the development of the empirical formulation by regression analysis. Stainless steel was employed as materials and the strain rate effect was also taken into account. For the development of empirical formulation, a wide range of parametric studies were conducted by considering the main design parameters for corrugated panel, such as geometric properties (corrugation angle, breadth, height and thickness) and load profiles (peak pressure and time). In the case of the blast profile, idealised triangular shape is assumed. It is expected that the obtained empirical formulation will be useful for structural designers to predict maximum deformation of blast wall installed in offshore topside structures in the early design stage.