터널 화재시 화재강도는 매우 높으며 터널 내부에서 화재 발생은 높은 화재강도에 의해 구조요소인 숏크리트 및 콘크리트 라이닝의 화재 노출표면에서 폭열 발생을 유발시키는 동시에 터널 안정에 있어 중요한 역할을 수행하는 앵커 등의 터널에 매입된 강재 또한 고온의 노출로 인한 열전달로 급격한 응력감소가 발생하게 된다. 따라서 본 실험에서는 화재강도(Modified Hydrocarbon Curve)와 매입된 강재의 내화 유무를 변수로 정하여 콘크리트 라이닝의 내부에 매입된 강재의 열전도를 알아보기 위한 화재시험을 수행하였다. 또한 최근 ITA(International Tunneling Association)에서 연구한 도로 터널내화구조 기준에 따라 강재의 열손상 임계 온도범위를 산정하여 열적 손상 정도를 평가하였다.
In this study, the ultra high strength concrete which have 80, 130, 180MPa took the heat from 20℃ to 700℃ and the 0, 20% stress in normal condition's to evaluate stress-strain, residual compressive strength and thermal expansion deformation were evaluated. The heating speed of specimen was 0.77℃/min 20~50℃, 50℃ before the target temperature, and the other interval's heating speed was 1℃/min. As a result, the stress-strain curve of non-load specimen showed the liner behavior at high temperature when the specimen's strength increased more. If ultra high strength concrete got loads, its compressive strength tended to decrease different from the normal strength concrete. The thermal expansion deformation was expanded from a vitrification of quartz over 500℃. however, over the 600℃, it was shrinked because of the dehydration of the combined water.
The protective oxide scales and coatings formed on high temperature materials must be preserved in high temperature atmosphere. And the thermal stresses induced by thermal cycling and the growth stresses by the formation of oxide scales can cause the loss of adherence and spalling of the oxide scales and coated layers. Among the coating processes Al diffusion coating is favored due to thermochemical stability and superior adherence in an hostile atmosphere. In this study, protective oxide forming element, Al was coated on Ni, Inconel 600 and 690 by diffusion coating process varying coating temperature and time. And the surface stability and adherence of oxide scales formed on those Al diffusion coated materials were evaluated by thermal cycling test. Al diffusion coated specimens showed superior cyclic oxidation resistance compared to bare ones and specimens coated for longer period had better cyclic oxidation resistance, due to the abundant amount of Al in the coated layer. Meanwhile Al diffusion coated Inconel 600 and 690 showed improved cyclic oxidation resistance by the effect of Al in the coated layer and Cr in the substrate. Comparing both Al diffusion coated Inconel 600 and 690, Al diffusion coated Inconel 690 maintained better adhesion between coated layer and substrate by virtue of the bridging effect resulting from the segregation of Cr in the interdiffusion zone.
화재가 발생할 경우 터널 구조물은 일정하중 재하조건에서 화재로 인한 온도상승으로 인해 강도저하가 유발되며, 이러한 강도저하에 의해 축력비가 변화하게 되어 구조체에 변형이 발생하게 된다. 이에 본 연구에서는 일정하중 재하조건과 터널화재구현이 가능한 재하연동 가열로를 개발하여 콘크리트 라이닝의 화재 실증실험을 수행하였다. 실험체는 EFNARC에서 규정한 소규모 실물실험체 형상조건을 준용하였으며, 배합강도는 일반강도인 24MPa와 고강도인 40MPa 50MPa를 선정하여, 강도에 따른 열적특성을 분석하고자 하였다. 하중 재하비는 20%와 40%를 기준으로 가열시 일정재하조건을 부여하였으며, 터널화재곡선 중 가장 급격한 온도상승으로 인해 콘크리트의 열 충격효과가 구현될 수 있는 MHC Fire를 선정하여 가열실험을 수행하였다. 실험수행결과 동일한 하중비에서 고강도로 갈수록 균열이 증가되었으며, 폭렬은 고강도인 50MPa 실험체에서 발생하였다. ITA의 한계온도조건 콘크리트 라이닝의 성능기준에 따른 화재손상부위는 전체 200mm 라이닝에서 가열면으로부터 평균 50mm 깊이가 기준에 미 부합되는 것으로 도출되었다.
플라즈마 용사법(plasma spray method)으로 제작된 상용 가스 터빈 연소기의 finned segment의 열차폐용 코팅계, ZrO2-8wt%Y2O3 top coat/Ni-26Cr-5Al-0.5Y bond coat/Hastelloy X superalloy 기판에서 NiCrAlY bond coat의 산화 거동과 열피로 파괴에 대하여 조사하였다. 생성된 bond coat의 주산화물은 NiO, CrO2, Al2O3였다. ZrO2/bond coat계면에서 생성된 산화물의 분포는 고온에서의 사용 전에 이 계면 아래에 얇은 층의 Al2O3가없는 곳에서는 NiO 산화층 및에 Cr2O3와 Al2O3가 혼합된 형태를 나타내었다. 열피로에 의해 박리된 시편의 파면을 관찰한 결과, 파괴는 주로 ZrO2/산화층 계면보다 세라믹층내로 약간 치우쳐서 일어나지만, 산화층 내에서도 약간 일어남을 알 수 있었다.
In this study, the ultra high strength concrete which have 100, 150, 200MPa took the heat from 20℃ to 70 0℃ and the 0, 20% stress in normal condition's to evaluate stress-strain, residual compressive strength and thermal expansion deformation were evaluated. The heating speed of specimen was 0.77℃/min 20~50℃, 50℃ before the target temperature, and the other interval's heating speed was 1℃/min. As a result, the stress-strain curve of non-load specimen showed the liner behavior at high temperature when the specimen's strength increased more. If ultra high strength concrete got loads, its compressive strength tended to decrease different from the normal strength concrete. The thermal expansion deformation was expanded from a vitrification of quartz over 500℃. however, over the 600℃, it was shrinked because of the dehydration of the combined water.
고강도 콘크리트의 폭렬현상을 억제하여 내화 성능을 개선하기 위한 방법으로 고온에서 수증기가 콘크리트 표면으로 이동할 수 있도록 경로를 제공하여 주는 섬유를 혼입하는 방안이 있다. 본 연구에서는 섬유혼입 고강도 콘크리트 기둥에 대한 재하 내화 실험을 수행하였고, 내부 철근의 온도분포 예측을 위한 열전달 모델과 고온에서 콘크리트 기둥의 역학적 거동에 대한 재료모델을 제시하였다. 화재 시 콘크리트 내부의 물리적인 현상과 콘크리트의 열적 특성을 고려하여 선행 연구의 재료모델을 수정하였다. 수정한 모델을 이용한 섬유혼입 고강도 콘크리트의 유한요소 해석을 실행하였고, 재하 내화실험과의 비교를 통하여 재료모델을 제안하였다.
콘크리트 포장도로의 일부구간에서 보이고 있는 심각한 균열파괴현상은 주하중인 차량하중외에 환경요소인 온도변화의 영향으로, 콘크리트 슬래브 상, 하면의 온도차이에 따라 위, 아래방향으로 오목하게 휘면서, 기초지반과 떨어지는 슬래브의 중앙 또는 줄눈부에 차량하중이 재하되어 발생된다. 이로 인하여 콘크리트슬래브에 종적, 횡적 균열이 발생하여 Faulting, Ravelling, Spalling, Scaling..등 파괴 현상이 심화되고 있다. 따라서 본 연구에서는 유한요소법을 이용한 강성행렬과 온도변화, 건조수축등으로 인한 등가절점하중을 유도하여 전국 여러지방의 온도변화 특성에 따른 역학적 거동현상을 연구하였다.
In order to obtain the superior refractory setter having better spalling resistance, cordierite was synthesized from domestic raw materials. Raw mixtures were fired between 125$0^{\circ}C$ and 140$0^{\circ}C$, and qualitative determination of crytallization was investigated by x-ray diffraction analysis. The results obtained are as follows; 1) The optimum batch composition of synthesized cordierite is 80.5% of Hadong kaolin (pink), 14% of Kyulsung tromolite talc and 5.5% of magnesia clinker, and the firing temperature is 1375$^{\circ}C$. 2) The composition of the refractory setter which exhibits the best values for the thermal properties is 40% of synthesized cordierite, 30% of kaolin chamotte(contains more than 60% of mullite), and 30% of Japanese clay. 3) The optimum particle size distribution of ternary mixture consists of 50% of coarse articles (3.327-1.168mm), 25% of intermediate particles (1.168-0.208mm) and 25% of fine particles (0.208-0.000mm).
A wheel and axle failure can cause a derailment with its attendant loss of life and property. The service conditions of railway vehicles have become severe in recent years due to a general increase in operating speeds. Damages of railway wheel are a spalling by wheel/rail contact and thermal crack by braking heat etc. One of the main source of damage is a residual stress. therefore it is important to evaluate exactly. A Residual stress of wheel is formed at the process of heat treatment when manufacturing. it is changed by contact stress developed by wheel/rail contact. Distributions of residual stress vary according to a magnitude of wheel load, a magnitude of friction when acceleration and deceleration. The objective of this paper is to estimate the influence of wheel motion on the residual stress distribution in the vicinity of the running surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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