수치해석을 이용한 이중보온관 변형거동 분석

Abstract

지역난방 열배관 시스템은 1920년 유럽에서 도시인구 급증에 따른 대기공해 해소 및 에너지 절약을 목적으로 도시기반 시설로 처음 적용되었다. 또한 1920년대의 경우 콘크리트 닥트를 사용했음에도 보온효과가 떨어져 실효성이 부족하였으나, 1960년대 공장에서 보온관의 개발로 지역난방 시스템이 본격적으로 활성화되고 세계 각지로 보급되고 있다. 우리나라의 경우 1980 년대 초 지역난방사업이 처음 도입되었고 짧은 시간동안 양적으로나 질적으로 괄목할만한 성장을 하였다.그러나 현재 이중보온관의 기술 분야는 아직도 세계적으로 표준화되어 있지 않으며 외부하중에 대한 이중보온관의 안정성 확보가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 유한요소해석 프로그램인 MIDAS/GTS를 이용하여 항타하중에 대해 수치해석을 수행하고 그 결과를 현장계측 결과와 비교하여 수치모델을 검증하였다. 검증된 수치모델을 이용하여 항타말뚝 관입깊이 4m, 이격거리 15m, 20m, 25m에 대한 이중보온관의 외관과 내관의 변형거동을 분석한 결과 외관에 비해 내관의 변형이 1~2차 정도 적게 나타났다. 또한 외관을 변형시켜 보온재의 두께를 변화시켜 분석한 결과 보온재 두께에 따른 변형을 살펴 볼 때 보온재가 두꺼울수록 하중 분산효과가 크게 나타나며, 따라서 얇아 질수록 다차 모드가 발생하게 하는 것을 알 수 있었다.