R/C 쌍곡 냉각탑의 극한 거동

Ultimate Behavior of Reinforced Concrete Hyperbolic Cooling Tower

풍하중(風荷重)을 받는 쌍곡 냉각탑의 비탄성(非彈性), 비선형(非線型) 극한(極限) 거동(擧動)을 Cray Y-MP 슈퍼 컴퓨터에 개발(開發)한 유한요소(有限要素)컴퓨터 프로그램으로 연구(研究)하였다. 유한요소 망(mesh)을 각각 잘게 잘라서 3모델을 만들고, 이 모델들을 이용하여 탄성과 비탄성 해석으로 유한요소 망의 수렴관계(mesh convergence)를 연구하였다. 연구결과 유한요소의 크기가 냉각탑의 극한거동을 예측하는데 매우 중요한 역할을 하고있음을 볼 수 있었다. 비록 쌍곡 냉각탑이 풍하중(風荷重)에 대해서 막응력(膜應力)(membrane stress)으로 저항하나, 본 연구(研究) 결과(結果) 휨응력(應力)(bending stress)도 냉각탑의 파괴와 거동(擧動)에 매우 중요한 역할을 하고 있음을 알아 내었다. 해석(解析)한 냉각탑은 형성값(Shape factor)이 1.48에 이르렀고, 이는 냉각탑의 자오선 응력(meridional stress)이 원둘레방향으로 상당히 재분배 되고 있음을 보여주는 것이다. 이러한 재분배에 대한 사실은 배치된 철근의 항복이 바람방향 자오선으로부터 $30^{\circ}C$에 까지 나타난 것으로 더욱더 뚜렷하였다. 현재의 탄성해석을 이용하는 냉각탑 설계(設計) 방법은 안전(安全)측에 있음을 보여 주었으며, 1보다 큰 형상값을 설계시에 활용하기 위해서는 더욱더 많은 연구가 선행되어야 할 것이다.

Inelastic nonlinear behavior of a hyperbolic cooling tower under wind loading is studied using a finite element program developed on a Cray Y-MP. Convergence studies for the elastic and inelastic analyses are performed using three mesh models. It is shown that the mesh convergence plays an important role in accurately predicting the inelastic behavior of a cooling tower. Even though the cooling tower resists the applied forces through membrane stresses, it is found that the bending stresses play an important role in the failure and behavior of the cooling tower. The present analysis gives a shape factor of 1.48, which indicates a significant redistribution of meridional stresses. It is further evidenced by the distribution of meridional reinforcement yielding which reaches up to $30^{\circ}$ from the windward meridian. The present practice of using elastic analysis for calculating the design stresses appears to be at least safe and conservative. A more comprehensive study should lead to conclusions that would allow use of a higher-than-one shape factor, thus requiring less meridional reinforcement than the present design method does.