화재 하중을 받는 H형강에 대한 실험적 연구

Abstract

선박 및 해양플랜트 구조물의 화재안전성평가에 활용되는 열-구조 연성해석 기술은 다양한 불확실성으로 인하여 실험 결과와의 비교를 통한 검증이 요구된다. 일반적으로 열-구조 연성해석 검증을 위한 화재실험은 가스온도와 부재온도 등의 유체(열 흐름) 관점에서 주로 수행되었으며 시편의 변위를 대상으로 하는 구조관점에서의 화재실험은 수행된 예가 적다. 화재실험은 주변 환경과의 상호작용 등으로 인하여 열량 조절이나 실험의 재현성 등 많은 어려움을 갖고 있다. 특히, 화염과 연기가 혼재된 고온 환경에서의 변위 계측은 현실적으로 매우 까다롭기 때문에 구조 관점에서의 화재실험은 Furnace와 같은 밀폐된 공간을 활용하거나 특수하게 설계된 변위계측 장비를 사용하여 수행되었다. 다만, Furnace를 활용한 화재실험의 경우에는 화재 시뮬레이션 보다는 열전달 해석이 보다 큰 비중을 차지하고 있으므로 엄밀하게는 열-구조 연성해석 기술 검증에 활용되기 어려운 측면도 있다. 본 연구에서는 열-구조 연성해석 결과 검증을 위하여 선박 및 해양플랜트 구조물의 구조 부재로 사용되는 H형강을 대상으로 화재 실험을수행하였다. 양단 고정 조건에서 순수한 열하중에 의한 구조거동의 분석을 위하여 별도의 기계하중 없이 실험을 수행하였으며 Sand diffused burner를 사용하여 화재를 구현하였다. 또한 수행된 실험에서는 가스 온도, 부재 온도뿐만 아니라 Fire sleeve hose로 단열 처리된 연장선을 활용한 Potentiometer를 사용하여 시간영역에서의 길이 및 폭방향 변위를 계측하였다.