Protective Facility ISSN:3058-7816(Print) 3058-8618(Online) 방호시설

본 연구는 소형고속발사체 충격에 의한 콘크리트 패널의 관통 깊이(Depth of penetraction) 예측을 다룬다. 수치 해석과 실험 데이터를 비교하여 소형고속발사체의 충격을 받은 콘크리트 패널의 DOP의 예측식을 제안한다. 수정된 NDRC 식과 SP 88 식을 포함한 다양한 제안식들이 분석되었으며, 새로운 DOP 예측식과의 차이를 비교하였다. NDRC 식은 새로운 실험 데이터를 바탕으로 보정되어 고속 충격 하에서 콘크리트 패널에 대한 DOP 예측 정확도를 향상시킨다. 보정된 NDRC 식은 10 % 미만의 오차를 보이며, 고속 충격 성능 연구에서의 적용 가능성을 제시한다.

본 연구는 저속 입사 충돌하중에 의한 유리의 손상 패턴을 실험적으로 분석하였다. 5 mm 두께의 로이판유리를 대상으로 8 mm 강구를 약 50 m/s의 속도로 0°에서 80°까지 다양한 각도로 충돌시켜 발생하는 유리의 파손 형태를 관찰하였다. 실험 결과, 충돌 각도에 따라 원형 손상과 천공의 크기 및 형상비가 다르게 나타났다. 원형 손상은 0°와 15° 충돌에서 가장 크게 발생했으며, 각도가 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 반면 천공은 30°와 45° 충돌에서 가장 큰 손상을 보였다. 원형 손상의 형상비는 각도 변화에 큰 영향을 받지 않았으나, 천공의 형상비는 60°까지 증가하다가 80°에서 급격히 감소했다.

스마트시티의 발전은 지속 가능한 에너지 공급과 관리의 필요성을 강조하며, 수소에너지가 핵심적인 대안으로 부상하고 있다. 본 리뷰논문은 스마트시티 내 에너지 전환과 안전성을 강화하기 위해 수소에너지의 필요성과 폭발 특성을 검토한다. 수소는 높은 에너지 밀도와 무탄소 배출 특성으로 친환경 에너지원으로 인정받고 있지만, 낮은 점화 에너지와 높은 폭발성으로 인해 중대한 안전 문제를 제기한다. 본 연구는 수소 폭발의 메커니즘(폭연과 폭굉)을 리뷰하고, 방호 구조물 설계 및 전산유체역학(CFD) 분석을 통해 폭발 위험을 완화하는 방법을 탐구한다. 또한, 인공지능(AI) 기반 예측 시스템이 수소 에너지 안전성을 향상시키는 데 기여할 가능성을 리뷰하였다. 수소 에너지는 스마트시티의 지속 가능한 발전을 위한 중요한 자원이지만, 폭발 위험을 효과적으로 관리하기 위해서는 기술적 진보와 정책적 지원이 필요하다.

방폭문은 재래식 무기나 핵 혹은 가스 등의 폭발로부터 건물 내부의 인원, 장비, 물자, 정보 등을 보호하기 위해 설치하는 가장 중요한 방호자재 중 하나이다. 그러나, 방호시설에 설치되는 모든 형태의 방폭문을 폭발실증시험을 통해 인증하기에는 제한된다. 인증규격과 상이한 방폭문은 전문가 심의를 통해 제품확인서를 발급하고 있으나, 전문가의 주관적 기술판단에 의해 인증가능 규격에 차이가 존재한다. 이에 본 연구에서는 방폭문의 구조적 거동 특성이 변화되지 않는 범위내에서 인증가능 규격을 설정하였다. 특히, 방폭문이 폭발하중에 휨거동하는 구조적 특성이 변하지 않는 범위 내에서 심의가능 크기를 설정함으로써, 사업관리자로 하여금 제품확인서를 신청하거나 폭발실증시험을 사전에 준비할 수 있도록 하였다. 또한, 자동화 등 경미한 변경사항에 대해 정의함으로써 현장의 수요를 충족할 수 있도록 하였다. 더불어 국내 방폭문 인증제도의 지속적인 발전을 위해서는 인증도면에 대한 관리체계와 100 bar 이상의 다양한 방호등급의 제품인증이 가능한 전용 폭발실증시험장 확보의 필요성도 제기되었다.

본 연구는 구조안전성과 친환경성을 갖춘 방호시설에 저시멘트 콘크리트를 적용가능성을 평가하기 위한 기초적 연구로서, 저시멘트 콘크리트의 재료 특성을 평가하였다. 저시멘트 콘크리트에는 두 가지 유형의 슬래그 시멘트를 적용하였는데, 하나는 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)의 50 %를 슬래그로 대체한 기존 혼합이고, 다른 하나는 알칼리 활성제를 사용하여 OPC의 60 %를 대체한 고대체율 혼합이다. 모든 LCC의 재료 성능(압축강도, 푸아송 비, 쪼갬인장강도)은 100 % OPC 콘크리트와 유사한 수준을 보였다. 장기적으로는 고대체율 슬래그 시멘트 콘크리트가 압축강도에서 우수한 성능을 나타냈으며, 크리프와 수축 성능에서도 기존 OPC 및 슬래그 시멘트를 사용한 콘크리트를 능가하였다. 또한, 크리프 및 수축 변형은 기존 설계기준과 비교적 잘 부합하였다

탄소중립을 위한 세계적인 노력은 방호시설에 저시멘트 콘크리트(LCC)의 적용을 필요로 하고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 LCC를 사용한 강섬유 보강 콘크리트(SFRC) 슬래브의 뚫림전단강도를 실험적으로 평가하였다. 비교를 위해, 100 % 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)를 사용한 결합재와 OPC의 50 %를 고로슬래그로 대체한 결합재를 고려하였다. 재료 실험 결과, 두 결합재 유형은 무근 콘크리트와 SFRC에서 유사한 압축강도를, SFRC에서 유사한 휨인장강도를 나타냈다. 슬래브 실험 결과, SFRC 슬래브는 강섬유가 혼입되지 않은 RC 슬래브 대비 뚫림전단강도가 16-23 % 증가하였다. 반면, 결합재 유형과 전단경간비는 뚫림전단강도 및 파괴모드에 거의 영향을 미치지 않았다. 기존의 뚫림전단강도 모델을 기반으로 슬래브 실험체의 뚫림전단강도 예측을 위한 설계 모델을 제안하였으며, 이는 실험 결과와 잘 부합하였다.