화재를 고려한 콘크리트 교량의 손상 평가

Abstract

소방방재청의 통계에 의하면 차량화재는 지속적으로 증가하고 있으며, 차량화재의 경우 휘발유 및 경유와 같은 연료가 누출됨으로서 화재가 발생되면 강도가 크고 급속히 확대되어 큰 피해를 유발시킬 수 있다. 대표적으로 2004년 발생한 독일 Wiehltal Bridge 화재사고 및 2007년에 발생한 미국 샌프란시스코 고속도로 교차점 유조차 화재사고와 2010년 서울외곽순환 고속도로 부천고가교 화재사고 등이 있으며, 이러한 교량에서의 화재사고등을 고려해 볼 때 화재에 대하여 교량 구조물의 안전성과 경제성을 적절히 확보할 수 있는 설계가 필요할 것이다. 따라서 본 연구에서는 열원의 모델링 및 구조물의 손상 평가기법에 대한 분석을 수행하고, 수치해석을 이용하여 콘크리트 교량의 화재에 대한 손상을 평가하였다. 교량 하부에서 발생한 차량화재에 따른 손상시나리오로서 차량화재 특성을 반영하여 열원을 모델링하고, 고온에 따른 재료 열적특성을 고려하여 해석을 수행하였다. 유한요소 프로그램인 ABAQUS 6.11을 이용한 3차원 열전달 및 열응력해석을 수행하였으며 화재 발생위치 및 형하고를 변수로 하여 CASE해석을 수행, 분석하였고 손상평가 기준에 따라 손상평가를 실시하였다. 해석결과 화염높이에서 여유고 0.5m CASE를 제외한 모든 CASE가 콘크리트 피복두께 40mm 안쪽에서 손상판정기준 380℃ 및 철근 손상판정기준 500℃를 모두 초과하여, 콘크리트의 균열 및 폭렬이 발생하고 보강철근에 고온이 직접 전달되어 구조물의 성능에 심각한 손상을 유발할 수 있는 것으로 평가된다. 따라서 화재의 규모 및 형하고에 따른 영향, 화재발생 위치 등 다양한 인자에 대하여 열전달 해석과 더불어 열전달에 따른 열응력 해석을 통하여 안전성 평가를 수행하는 것이 필요할 것으로 판단된다.