창유리 크기가 폭발에 미치는 영향에 관한 연구

날짜: 2023년 8월 4일

저자: Xiufen Wang, Bo Zhong, Jie Tang, Chen Gao 및 Mei Li

원천: 지속 가능성 2023, 15(12), 9325; MDPI

DOI:https://doi.org/10.3390/su15129325

(이 기사는 구조 및 인프라의 재난 복원력 및 지속 가능성 특별 이슈에 속합니다)

건물의 외부 보호 부품으로 가장 일반적으로 사용되는 창유리는 전형적인 부서지기 쉬운 특성으로 인해 폭발 하중에 의해 부서지기 쉽고 고속으로 날아가는 파편을 생성하여 개인 안전에 큰 위협이 될 수 있습니다. . 이 논문은 유리창의 크기가 파손 특성에 미치는 영향을 연구합니다. 폭발 하중 하에서 창유리 파손의 P-I(압력-충격) 곡선을 평가하기 위한 단순화된 수치 시뮬레이션 기반 방법이 제안되었습니다. 창유리의 PI 곡선의 길이-너비 비율, 면적 및 두께의 영향을 체계적으로 조사합니다. 길이-폭 비율이 더 작을수록, 면적이 더 작을수록, 패널이 더 두꺼울수록 창유리의 폭발 저항이 증가할 수 있는 것으로 나타났습니다. 서로 다른 기하학적 크기를 갖는 유리창의 P-I 곡선에 대한 경험적 예측식을 확립하고, 제안된 경험식의 타당성을 검증하였다.

창유리는 시인성이 좋고 장식적인 아름다움이 뛰어나 현대 건축물에 널리 사용됩니다. 그러나 유리는 깨지기 쉬운 물질로 쉽게 유리 파편이 날아와 인명 피해를 입힐 수 있습니다. 또한, 폭발파가 실내로 유입되어 직접적인 인명 피해와 재산 피해를 초래할 수 있습니다. 지난 10년 동안 전 세계적으로 테러 공격이 증가해 건물 구조물에 막대한 피해를 입히고 인명 피해를 입혔습니다. 예를 들어, 1995년 4월 19일 테러리스트들은 미국 오클라호마 주의 연방 건물을 공격했습니다. 폭발로 인해 168명이 사망하고 680명이 부상당했습니다. 조사 보고서에 따르면 날아오는 유리 파편이 부상자의 거의 75%를 차지했습니다. 최근에는 우발적인 폭발 사고도 자주 발생하고 있습니다. 2015년 8월 12일 텐진항에서 대규모 화재 및 폭발이 발생해 165명이 사망하고 798명이 부상을 입었는데, 유리 파편이 부상의 주요 원인이었다.

폭발 중 유리창의 동적 반응과 파손에 대해 수많은 실험 연구, 이론적 분석, 수치 시뮬레이션이 수행되었습니다. Chandraskharappaet al. [1] 및 Teng et al. [2]는 Von Karman 비선형 판 및 쉘 이론과 섭동 방법을 사용하여 폭발 하중 하에서 높은 처짐을 갖는 탄성 패널의 동적 응답을 해결하고 폭발 하중 하에서 일반 유리 패널의 동적 응답에 대한 이론적 솔루션을 제공했습니다. 대변형 이론을 바탕으로 Birman et al. [3] 및 Turkmen et al. [4]는 폭발 중 적층 유리판의 동적 반응을 연구하기 위해 Galerkin 방법으로 동적 방정식을 확립하고 Runge-Kutta 방법으로 이를 풀었습니다.

Chenet al. [5,6]은 단일 자유도와 에너지 방법을 결합하여 폭발 하중 하에서 플로트 및 합판 유리의 PI 곡선의 충격량 및 과압 점근선을 이론적으로 도출했습니다. 현장 폭발 테스트는 폭발 중 창유리의 동적 특성을 연구하는 데 필요하고 효과적인 방법입니다. Geet al. [7,8]은 폭발 하중 하에서 플로트 유리의 파손에 대한 테스트를 수행하고 다양한 폭발 등가물 하에서 유리 조각의 투사 속도를 얻었습니다. 한편, 서로 다른 폭발 하중을 받는 유리 파편을 수집하고 계수하여 거리 분포 값을 얻었습니다. 팬 외. [9,10]은 플로트 유리에 대한 폭발 테스트를 수행하고 충격 및 최대 과압을 기반으로 프레임 지지 유리의 안전 거리를 검증했습니다.

로버트 외. [11]은 장기간 폭발 하중 하에서 플로트 유리에 대한 현장 테스트를 수행하고 동적 반응에 대한 유리 두께, 면적, 종횡비 및 경계 지지 조건의 영향을 연구했습니다. 결과는 탄성 경계 조건과 비교하여 강체 경계 조건이 국부적인 응력 집중을 초래하여 더 뚜렷한 균열과 더 작은 조각이 발생한다는 것을 보여줍니다. 접합 유리의 경우 Kanzer et al. [12], Hooperet al. [13], Zhang et al. [14], 그리고 Le et al. [15]는 접합 유리의 동적 반응을 연구하기 위해 일련의 현장 폭발 테스트를 수행했습니다. 그들은 유리 패널의 두께와 유리 층 수를 증가시킴으로써 접합 유리의 폭발 저항을 효과적으로 향상시킬 수 있다고 결론지었습니다.