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장기팽창성 콘크리트의 체적변화에 의한 잔류응력 해석
Residual Stresses Analysis due to Volumetric Changes in Long-term Autogenous Expansive Concrete

차수원    (울산대학교 건설환경공학부   ); 장봉석    (한국수자원공사 K-water연구원   ); 오병현    (한국수자원공사 K-water연구원 댐안전연구소  );
  • 초록

    본 연구에서는 MgO를 첨가하여 자기팽창을 유도하는 화학적 프리스트레싱 기법(chemically prestressing method)으로 균열을 제어하는 방법을 다루고자 한다. 수화열에 의한 온도변형 및 수축과 같은 콘크리트의 필연적인 체적변화는 시공 중 균열을 발생시키고, 이는 장기적인 콘크리트의 내구성 및 사용성을 저하시키는 주요 요인으로 작용한다. 시공 중 발생하는 균열을 제어하기 위하여 본 연구는 MgO 콘크리트의 팽창 특성을 모델링하고 콘크리트의 단면 내 온도분포로부터 온도응력 및 자기팽창 응력을 평가하는 3차원 유한요소해석 프로그램을 개발하였다. 개발된 해석프로그램은 온도의존적 자기팽창량과 팽창응력을 검증하였고, 예제 해석을 통하여 MgO 팽창 여부에 따른 잔류응력(residual stress)의 변화 양상을 비교, 분석하였다. 저온에서 소성한 MgO를 혼입하여 제조한 장기팽창성 콘크리트는 온도의존적 특성을 보이고 수년에 걸쳐 발생하는 경향을 보이므로, 장기적으로 높은 온도가 유지되는 매스콘크리트 구조물의 온도균열을 제어하는데 가장 유용하게 적용될 수 있을 것으로 사료된다.


    This study is devoted to the problems of thermal and autogenous expansion stresses in order to avoid cracking using chemically prestressing method. The chemical prestress can be induced by autogenous expansion characteristics of MgO concrete made in specific burning temperature. The volume change induced cracking has great influence on the long-term durability and serviceability. To evaluate risk of cracking, the computer programs for analysis of thermal and autogenous expansion stresses were developed. In these 3-D finite element procedures, long-term autogenous expansive deformation is modeled and its resultant stress is calculated and then verified by comparison with manual calculation results. In this study, the stress development is related to thermal and autogenous expansive deformation. Using the developed program, residual stresses of MgO concrete were compared and analysed in the example From the numerical results it is found that long-term, and temperature dependent expansive concrete with light-burnt MgO is most effective in controlling the risk of cracking of mass concrete because it has high temperature for long period. The developed analysis program can be efficiently utilized as a useful tool to evaluate the thermal and autogenous expansion stresses in mass concrete structures with lightly burnt MgO.


  • 주제어

    화학적 프리스트레싱 .   자기팽창 .   MgO 콘크리트 .   3차원 유한요소해석 프로그램 .   잔류응력 .   매스콘크리트.  

  • 참고문헌 (10)

    1. Zienkiewicz, O.C., Taylor, R.L. (1989) The Finite Element Method, McGraw Hill, London, p.648 
    2. 콘크리트표준시방서 (2009), 한국콘크리트학회, 기문당 
    3. Du, Chongjiang (2005), A Review of Magnesium Oxide in Concrete, Concrete International, ACI, pp.45-50 
    4. 차수원, 장봉석 (2008) 시공단계 및 계절별 온도영향을 고려한 롤러다짐콘크리트댐의 온도응력 해석, 대한토목학회논문집, 28(6A), pp.881-891 
    5. Friesleben Hansen, P., Pedersen, E.J. (1977) Maturity Computer for Controlled Curing and Hardening of Concrete, Journal of the Nordic Federation, 1, pp. 21-25 
    6. CEB-FIP Model Code 1990 (1993) CEB Bulletin d'information No. 213/214 
    7. Jonasson, J.E. (1985), Slipform Construction-Calculation for Assessing Protection Against Early Freezing, Swedish Cement and Concrete Research Institute 
    8. 차수원, 오병환, 이형준 (2002) 초기재령콘크리트의 크리프를 고려한 온도 및 수축응력 해석, 한국콘크리트학회논문집, 14(3), pp.382-391     
    9. Mehta P.K., Pirtz D. (1980) Magnesium Oxide Additive for Producing Selfstress in Mass-Concrete, Proc. of the 7th International Congress on the Chemistry of Cement, 3, Paris, France, pp. 6-9 
    10. Damkile, L. (1983) Stability of Plates of Elasticplastic Material, PhD dissertation, Department of Structural Engineering, Technical University of Denmark, Denmark 

 저자의 다른 논문

  • 차수원 (12)

    1. 2008 "시공단계 및 계절별 온도영향을 고려한 롤러다짐콘크리트댐의 온도응력 해석" 大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers. A. 구조공학, 원자력공학, 콘크리트공학 28 (a6): 881~891    
    2. 2009 "확산과 이송을 고려한 콘크리트의 염소이온 침투해석" 한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea 22 (6): 607~615    
    3. 2009 "콘크리트댐의 온도응력 해석" 전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea 22 (4): 8~12    
    4. 2010 "후프띠철근과 보강띠철근으로 횡구속된 정사각단면 콘크리트의 응력-변형률 특성" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea 14 (3): 39~48    
    5. 2010 "신뢰성이론에 기반한 해양환경 콘크리트의 내구수명 평가" 콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute 22 (4): 595~603    
    6. 2012 "해상교량 주탑용 고성능 콘크리트의 기준재령 염소이온 확산계수" 콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute 24 (4): 435~444    
    7. 2014 "케이블교량설계지침 (한계상태설계법) 개발 - 3장 콘크리트 구조" 콘크리트학회지 = Magazine of the Korea Concrete Institute 26 (2): 20~23    
    8. 2015 "콘크리트분야 설계기준 및 표준시방서 표준화" 콘크리트학회지 = Magazine of the Korea Concrete Institute 27 (2): 18~21    
    9. 2016 "온도 및 수축에 의한 연속 철근 콘크리트 궤도의 균열 예측" 전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea 29 (4): 16~23    
    10. 2017 "고로슬래그가 치환된 시멘트복합체의 열역학적 모델링" Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집 5 (4): 488~495    
  • 장봉석 (10)

  • 오병현 (7)

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