• 대한토목학회논문집
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• 제41권6호
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• pp.627-635
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• 2021

본 논문은 교량 하부에서 발생된 화재에 대한 강합성 교량 상부구조의 화재손상 및 구조성능평가를 위한 수치해석적 연구이다. 수치해석의 정확성 및 효율성을 높이기 위해 구성재료의 비선형 열적·열역학적 특성이 고려된 유체-구조 연성 화재해석 기법이 제안되고, 각각 ANSYS FLUENT 및 Mechanical solver에 연결되어 해석이 수행된다. 이는, 실제 강합성 교량 화재사고와 비교·검증되며, 검증된 해석기법을 통해 화원에서 교량 하부 플랜지까지 이격거리에 따른 화재별 부재의 온도분포 및 구조성능이 평가된다. 해석결과, 강합성 교량 상부구조의 콘크리트 슬래브 및 강재 거더 하부 플랜지의 경우 실제 화재사고에 대하여 임계온도를 초과하였다. 또한, 화원 이격거리가 13 m 이상일 경우 유조차 화재사고에 대한 강합성 교량 구조물의 화재손상이 안전한 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.101-113
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• 2015

이 논문은 화재에 노출된 철근콘크리트 구조에 대한 수치해석 모델을 제시하고, 기존의 자료 및 설계 규준과의 비교를 통해 구조물의 설계 시 고려 사항에 대해 제안하고 있다. 수치해석은 비정상 열전달 해석과 비선형 구조해석의 두 단계로 수행되며, 비정상 열전달 해석을 통해서 얻어진 화재시간에 따른 단면 온도분포를 바탕으로 비선형 구조해석하여 부재의 상태에 대한 정보를 얻게 된다. 이때, 철근콘크리트의 재료모델을 화재진행상태(Under-Fire)와 화재종료 후 냉각상태(After-Cooling)로 나뉘어 해석수행하여 각각의 재료상태에 따른 거동의 변화를 살펴본다. 해석된 결과는 여러 구조물에 대해 기존의 실험결과와 비교하여 검증하고, 설계 규준과의 비교를 통해 화재 시 구조물의 안전성에 대해 고찰하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.369-376
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• 2016

이 연구는 화재에 노출된 구조물의 역학적 거동을 평가하기 위한 기반연구로서 화재 유동해석과 열응력해석의 통합 프레임워크를 확립하고 이를 강재와 콘크리트로 이루어진 대표체적에 적용한 결과를 제시하였다. 먼저 Fire Dynamics Simulator(FDS)를 이용해 임의의 화재곡선으로 모델링되는 화원으로부터 구조물 표면까지 유동해석을 실시하였다. 이를 통해 구조물 표면에서 시간에 따른 온도 분포를 계산하였고, 이 결과를 비선형 열응력해석에 경계조건으로 적용하였다. 이후의 과정은 화재의 성장 또는 감소에 따라 구조물 표면온도의 변화를 반영하는 열전달해석과 구조해석으로 이루어진다. 제시한 통합 프레임워크에 의해 화재 구조해석을 수행한 결과, 강재와 콘크리트의 대표체적 모두 동일한 하중이 작용할 때 상온 조건에서는 탄성 거동을 보였지만 화재로 인한 온도 조건을 고려할 경우 소성 거동을 보였다. 이는 구조물이 화재에 노출되는 경우 설계하중보다 작은 하중에서도 한계상태에 이를 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 원전구조물이나 교량과 같은 중요 사회기반구조물의 설계 시 구조물의 화재거동 평가가 고려되어야 한다고 할 수 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권4호
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• pp.283-292
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• 2013

본 논문은 교량 하부에서 발생된 화재에 대한 강-콘크리트 합성구조의 전반적 국부적 손상평가를 위한 수치해석적 연구이다. 수치해석의 정확성 및 효율성을 높이기 위해 구성재료의 과도 비선형 열적 열역학적 특성이 고려된 열-구조 연성병렬 화재해석 기법이 제안되고, ANSYS solver와 연결되어 해석이 수행되며, 표준화재시험과 비교 검증된다. 검증된 해석기법을 통해 국내에서 발생된 부천고가교 합성구조에 대한 화재손상해석이 수행된다. 해석결과 강박스 거더의 하부 플랜지 및 복부의 경우 임계온도를 초과하였고 구조적 처짐과 변형 형상이 화재사고 결과와 비교적 잘 일치하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.477-483
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• 2007

본 연구에서는 전력구나 공동구와 같은 지하 콘크리트박스구조물의 화재발생시 온도분포와 박리거동에 대한 수치해석을 수행하였다. 해석에 사용된 온도장은 터널화재에 사용하는 화재곡선을 기본으로 하고 화재시 내부공간에 대한 열유체해석을 수행하여 온도분포를 결정하였다. 박리거동은 탈수화도를 따라 콘크리트의 온도가 기준값에 도달하였을때 발생하는 것으로 하였다. 이때 박리가 일어난 요소를 제거하고 경계조건과 요소망을 재생성하여 해석을 반복수행하였다. 3개의 화재 시나리오에 따라 해석을 수행하였고, 해석결과는 각 시나리오별로 타당한 박리거동을 보여주었다. 각 시나리오에 따른 구조물의 내하력은 본 논문의 2편에서 산정되었다.

• 한국화재소방학회:학술대회논문집
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• 한국화재소방학회 2010년도 춘계학술논문발표회 논문집
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• pp.9-15
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• 2010

화재시뮬레이션을 통한 화재 해석 시 Grid의 간격은 해석의 정확도를 결정짓는 중요한 요인 중 하나이다. 일반적으로 Grid의 간격의 계산은 화재 강도에 따른 화염의 높이를 계산하여 이의 1/10크기 간격을 적용하였다. 그러나 일반적인 구조물과 달리 펠릿구조물의 경우 적층의 구조와 다공성을 가지기 때문에 기존의 산정법에 의한 계산은 실제 화재와 다른 양상으로 나타날 수 있다. 본 연구에서는 SFPE 방화공학 핸드북에서 제시된 목재펠릿의 화재강도 실험결과를 기준으로 총 3CASE의 Grid 간격 설정으로 화재해석을 실시하였으며 이를 비교 분석하였다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.958-967
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• 2023

연구목적: 본 연구는 화재위험도가 높은 플랜트 시설물에 적용하고 있는 국내 내화성능을 분석하고 적합한 내화저항성능을 확보하여 플랜트 시설물의 화재 안전성을 확보하고자 한다. 연구방법:유한요소해석 프로그램인 Ansys를 활용하여 화재하중과 내화피복을 변수로 열전달 해석과 구조해석을 수행하고 해석 결과에 따른 플랜트 시설물의 내화성능을 분석하였다. 연구결과: 국내 플랜트 시설물에 적용된 내화피복은 UL 1709에 제시된 탄화수소화재의 화재하중을 적용하였을 때 내화성능을 확보하지 못하였으며 화재 후 강재의 변형 또한 크게 나타남을 확인하였다. 결론:현재 플랜트 시설물에 적용된 국내의 내화성능은 석유화학 플랜트 등과 같이 급격한 화재성장과 큰 화재하중에서 내화성능을 확보할 수 없으며 플랜트 시설물의 성능평가를 통해 적합한 내화성능을 평가하여 화재 안전성을 확보하여야 한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제41권2호
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• pp.93-100
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• 2021

본 논문은 교량 하부에서 발생된 화재에 대한 강합성 교량 및 PSC 교량 상부구조의 화재손상평가를 위한 수치해석적 연구이다. 수치해석의 정확성 및 효율성을 높이기 위해 구성재료의 과도 비선형 열적 특성이 고려된 열유동 해석 기법이 제안되고, 이를 통해 국내 실제 화재가 발생된 강합성 교량인 부천고가교 및 PSC 교량인 양산고가교에 대한 열유동 화재해석이 수행된다. 해석결과 강합성 교량 상부구조의 콘크리트 슬래브 및 강재 거더 하부 플랜지의 경우 임계온도를 초과하였고, PSC 교량 상부구조의 슬래브, 상부 및 하부 플랜지, 그리고 복부의 경우 전부 임계온도를 초과하였으나, 주요 부재인 텐던의 경우 임계온도를 초과하지 않았다.

• 한국화재소방학회:학술대회논문집
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• 한국화재소방학회 2012년도 춘계학술발표회 초록집
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• pp.270-273
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• 2012

오픈 소스인 FDS(fire dynamic simulator)는 건물, 터널내의 화재나 연기, 열기류의 거동을 연구하기 위하여 국내외적으로 광범위하게 이용되고 있다. 체계적인 연구와 확장이 가능하도록 소스코드와 프로그램구조, 각종 메뉴얼을 갖추고 있으며 향후 개발 방향을 온라인을 통해서 소스코드와 함께 공개하고 있다. 비압축성 비정상해석을 근간으로 하고 있으며 난류유동을 해석할 수 있도록 DNS와 LES모델을 가지고 있다. 화재, 연소, 스프링클러, 화재 확산 등의 모델링을 제공하고 있다. 이러한 모델을 바탕으로 다양한 시나리오의 재난, 피난에 적용할 수 있다. 향후 이러한 기본 모델을 바탕으로 새로운 재난 시나리오에 따라 새로운 알고리즘의 적용하기 위해서는 FDS 기본적인 구조와 모델, 그리고 한계점을 이해할 필요가 있다. 본 연구에서는 이러한 FDS모델을 더욱 확장하기 위한 일환으로 FDS(V5.5.3)의 기본적인 구조을 파악하고 몇 가지 검증모델(verification)에 적용하였다. 또한 이를 향후 FDS의 소스코드를 확장할 수 있는 근간으로 삼고자 한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권4호
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• pp.313-327
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• 2008

화재 발생 시 지하구조물의 열-역학상호거동이 정확히 고려되지 못하고 있으며, 이로 인해 일반적인 열전달 이론에 근거한 수치해석 시 화재로 인한 구조물의 손상정도가 과소 평가될 수 있는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 화재 발생 시 지하구조물의 열-역학 상호거동을 모사하기 위한 유한요소 기반의 수치모델을 새롭게 개발하였다. 특히, 화재로 인한 구조물의 단면 손실을 모사하기 위한 요소제거모델을 제안하였고 대류 경계조건을 적용하였다. 이때 요소 내의 최대 온도가 해석 시에 설정한 임계온도 이상이 되면 요소가 제거되도록 설정하였다. 모형 화재시험 결과와 해석 결과를 비교한 변수해석을 통하여, RABT와 RWS 화재 시나리오 조건에 대한 최적의 임계온도, 요소크기, 온도에 따른 대류열전달계수 조건 등을 제시하였다.