산불 발생 시 투과형 복합재료 사방댐의 성능 평가를 위한 해석적 접근 (Evaluating the Performance of Open-type Composite Material Check Dams during Forest Fire Events)

서지정보

· 발행기관 : 한국복합신소재구조학회
· 수록지 정보 : 한국복합신소재구조학회 논문집 / 15권 / 3호 / 33 ~ 43페이지
· 저자명 : 배영준, 이상문, 정우영

초록

국토 대부분인 산지로 구성된 국내의 특성상 대형 산불 사례가 지속적으로 보고되고 있으며, 동해안에서 다발적으로 발생하는 과거 대비 최근 서해안의 산림원이 확대됨에 따라 점차 전국화되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 산불 발생 주기의 증가로인한 산지에 설치되어 있는 사방댐의 산불에 의한 영향성 평가를 수행하였다. 대상 구조물은 선행 연구에서 사용된 강재, GFRP 및CFRP를 사용한 투과형 사방댐으로 선정하였으며, 각 재료별 구조재를 사용한 투과형 사방댐의 안전성 평가를 위해 상용 유한요소해석프로그램인 ABAQUS를 활용하였다. 해석 결과, 600℃ 수준에서 파괴가 발생한 강재 구조재에 반해 FRP 구조재는 800℃ 이상에도 파괴되지 않음을 확인하였다. 또한, FRP 구조재는 강재 대비 10.30%∼11.20% 가량 낮은 응력 수준을 보였으며, 최대 변위는 약 73.1배, 17.9배 증가하는 것으로 측정되었다. 콘크리트로 구성된 댐체의 경우, 구조재의 설치부에 응력이 집중됨을 알 수 있으며, 압축 측은 모든 구조재에서 안전한 것으로 나타났지만, 인장 측은 600℃ 이상에서 모든 구조재의 댐체 콘크리트가 파괴됨을 확인하였다. 따라서, 사방댐 설계 시 이러한 강도 감소를 충분히 고려할 필요가 있을 것으로 사료된다. 댐체와 구조재가 연결되는 고정부의 경우, GFRP 및CFRP 구조재가 강재 구조재 대비 약 82.43%, 67.63% 감소된 반력을 보이는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 FRP 구조재의 높은변위가 하중을 소산하여 고정부에 적은 영향을 미치는 것으로 생각된다. 결론적으로, FRP 구조재를 사용하는 것은 기존 강재 구조재대비 고온 저항성 측면에서 다양한 이점을 얻을 수 있으나, 수치해석적 접근법으로 평가된 결과이므로 향후 지속적인 연구로 신뢰성을검증할 필요가 있다.

영어초록

Owing to the country’s mountainous terrain, large-scale forest fires are continually reported, particularly along the East Coast. However, as forest areas expand on the West Coast, the prevalence of these incidents is increasing nationwide. This study assesses the impact of forest fires on check dams in mountainous regions, focusing on open dams composed of steel, GFRP, and CFRP. Using the commercial finite element analysis program ABAQUS, we observed that steel structures failed at approximately 600°C, whereas FRP structures remained intact even at temperatures exceeding 800°C. FRP materials exhibited stress levels 10.30%–11.20% lower than those of steel, with maximum displacements increasing by about 73.1 and 17.9 times. In concrete dams, stress concentration was noted at the connections with structural materials. Although the compressive side remained intact for all materials, tensile failure in the concrete occurred at temperatures above 600°C. Connections between dam bodies and structures using GFRP and CFRP showed reductions in reaction forces by 82.43% and 67.63%, respectively, compared with steel. These findings indicate that although FRP materials provide considerable high-temperature resistance, further research is essential to confirm these results, given their reliance on numerical analysis.

참고자료

· 없음