| 초록 |
○ 연구개발목표 및 내용 최종 목표 경량화율 35%이상의 엔지니어링 플라스틱 기반 다가구 필로티기둥의 저비용 간편시공 복합재난 피해저감 공법개발 연구를 목표로 함. 전체 내용 건축 구조물에 적용 가능한 엔지니어링 플라스틱 소재를 재료 시험을 통하여 기계적 성질을 파악하고, 내진/내화 복합보강재로서의 사용성을 평가함. 엔지니어링 플라스틱의 저중량 특성을 활용해 간편한 DIY공법으로 시공 가능한 보강시스템을 개발하여 실험을 진행하고, 이를 통하여 얻어진 데이터를 유한요소해석에 반영하여 내진/내화성능을 검증함. 1년차 목표 엔지니어링 플라스틱의 내진/내화 보강재 측면에서의 재료적 특성 파악하여 재료모델을 완성하고, 이를 활용한 DIY 시공용 엔지니어링 플라스틱 보강시스템 설계안 및 시스템 해석적 모델 완성함. 내용 보강시스템 개발에 앞서 엔지니어링 플라스틱이 사용되는 국내외 산업 현황 조사 후 건축 구조물에 적용 가능한 엔지니어링 플라스틱을 분류 및 탐색함. 이를 통해 얻어진 소재를 국제표준 시험방법을 준수하여 재료 시험을 실시하여 내진보강구조물로 사용될 엔지니어링 플라스틱 구조적 물성치를 파악함. 또한 내화성능에 취약한 기존 내진보강재의 문제점을 파악하여 일정 수준의 재료적인 내화성능을 보유한 엔지니어링 플라스틱 내진/내화 복합보강재로서의 사용성을 평가함. 이를 바탕으로 실지진, 화재 시 거동 재현을 위한 해석적 재료모델 완성함. 기존의 내진/내화 보강기술 개념 정립 후 각각의 요소 기술들의 역학적 필요 거동 및 성능을 파악함. 엔지니어링 플라스틱 재료모델을 바탕으로 내진/내화 보강기술을 재현하며 이를 통해 새로운 DIY 시공용 복합재난 보강시스템을 완성함. 또한, 엔지니어링 플라스틱의 저중량 특성을 활용하여 전문적인 시공기술 없이 일반인도 시공 가능한 보강시스템 개발을 목표로 함. 기존 내진보강 시스템의 시공 복잡성, 전문성 등을 파악하고 이를 해결하기 위한 저중량 엔지니어링 플라스틱의 유닛화 후 현장 단순조립 형식의 보강시스템을 개발함. 2년차 목표 엔지니어링 플라스틱 보강시스템의 내진/내화 실험을 실시하고 결과를 분석함. 실험을 통해 얻어진 내진/내화성능 데이터를 유한요소해석에 사용하며 목표성능별 해석을 진행함. 해석을 통해 설계 파라미터별 엔지니어링 플라스틱의 내진성능 및 내화성능과 같은 역학적 메커니즘을 파악하고, 시스템을 장착한 프레임 구조물에 대한 프레임 모델의 제작과 FEM해석을 통하여 시스템의 요소적 성능 파악과 추가 평가 업무를 수행함. 내용 개발된 엔지니어링 플라스틱을 활용한 목표성능별 저비용/단기간 시공 가능한 복합재난 보강시스템의 구조적/내화적 성능을 검증하기 위한 실험을 계획하고 구조/내화실험체를 각각 제작하여 실험을 진행함. 구조실험은 실규모 크기 단주 기둥을 제작하여 반복 횡하중 또는 진동대재곡선에 따른 온도를 배경으로 실험을 진행하며, 화재피해 저감성능, 화재로 인한 성능 저하 등 온도에 따른 엔지니어링 플라스틱의 내화성능을 검증함. 이를 통해 얻어진 복합재난 보강시스템의 화재 시 거동으로 목표성능별 추가적인 내화설계의 필요성을 판단하고 이를 해결하기 위한 내화설계 형식을 제안함. 이러한 실험을 통해 얻어진 데이터로 시스템 설계의 완성도를 향상시키고 이가 반영된 설계모델로 유한요소해석을 진행함. 목표성능별, 파라미터별 설계를 유한요소해석을 통해 진행하여 복원성, 피해저감성, 에너지 소산성 등 내진성능 및 내화성능을 검증함. ○ 연구개발성과 1. SCI논문 (1건) ① Structural Performance of shear reinforcing method with engi. plastic for piloti RC column, Steel and Composite Structures, Techno Press (심사 중) 2. 국내논문 (4건) ① 2개 볼트를 가지는 고성능 복합섬유 패널 볼트연결부 강도평가 - 한국복합신소재구조학회 논문집 제12권, 제4호, 2021년 8월 ② 저층 필로티 기둥의 고성능 복합섬유 패널을 활용한 DIY전단보강공법 보강량 산정에 대한 해석적 연구 - 한국복합신소재구조학회 논문집 제12권, 제4호, 2021년 8월 ③ DIY 다가구주택 필로티 기둥보강용 4개의 모서리 앵글과 복합섬유패널로 구성된 각형 띠판 래티스 기둥의 전단성능실험 : 2022년 2월, 한국복합신소재구조학회 논문집 (심사 중) ④ DIY 내진보강공법개발용 복합섬유패널을 활용한 다가구필로티 기둥의 전단성능실험 : 2022년 2월, 한국복합신소재구조학회 논문집 (심사 중) 3. 국내학술발표 (6건) ① DIY용 강재를 이용한 다가구 필로티 콘크리트기둥 내진보강공법 제안, 한국강구조학회 학술발표대회 (2020.06.13) ② 엔지니어링플라스틱을 활용한 RC기둥 전단보강공법, 한국복합신소재구조학회 학술발표대회 (2020.07.09.) ③ 건축 구조부재로 엔지니어링 플라스틱의 적용 방안 – FRP 내화실험을 중심으로 , 2020년 한국공간구조학회 추계학술발표대회 (2020.10.23) ④ 엔지니어링플라스틱 패널을 활용한 저층 필로티 콘크리트 기둥의 목표 전단보강, 한국복합 신소재구조학회 학술대회 (2021.04.20) ⑤ 엔지니어링플라스틱 패널과 FRP를 이용한 다가구 필로티 기둥의 DIY용 내진보강 공법, 한국복합신소재구조학회 학술대회 (2021.04.20) ⑥ 엔지니어링 플라스틱으로 보강된 필로티 기둥의 실물화재 성능, 한국화재소방학회 추계학술발표대회 (2021.11.26) 4. 특허출원 (5건) ① 10-2020-0135486 :엔지니어링 플라스틱 앵글과 강봉의 인장력을 이용한 콘크리트 구조물의 전단 보강공법 및 그 구조 (출원일 : 2020.10.19) ② 10-2020-0135490 : 엔지니어링 플라스틱 ㄱ자 끼움판, 덧댐판 및 채움판을 이용한 콘크리트 구조물의 전단 보강공법 및 그 보강구조 (출원일 : 2020.10.19) ③ 10-2020-0135488 : 엔지니어링 플라스틱과 시멘트 보드를 활용한 철근콘크리트 기둥의 내진 보강방법 및 그 구조 (출원일 : 2020.10.19) ④ 10-2021-0100755 : 기둥의 내진보강을 위한 FRP 랩핑과 X형태 브레이스가 부착된 준불연 엔지니어링 플라스틱 패널의 조립 시공방법 (출원일 : 2021.07.30) ⑤ X형태 브레이스가 부착된 엔지니어링 플라스틱 패널의 모서리부를 고정하기 위해 알루미늄 앵글과 코너비드를 이용한 콘크리트 구조물의 전단 보강공법 : 특허 심사 중 5. 특허등록 (1건) ① 제 10-2311223호 : 다가구 필로티 기둥의 DIY 보강용 내진보강공법 (등록일 : 2021.10.05.) ○ 연구개발성과 활용방안 및 기대효과 ■ 기술적 측면 - 지진, 태풍 등 자연재해와 인류 생활에 의한 발생하는 화재에 대한 피해 저감 기술 개발 - 첨단소재를 활용한 건설기술의 융·복합화 달성 - 선진국 대비 기술 수준이 상대적으로 낙후된 엔지니어링 플라스틱 보강시스템에 대한 국내 기술력을 향상 ■ 산업·경제적 측면 - 급속히 확장된 필로티 구조의 건축물 보수보강을 통하여 생명·재산 피해를 최소화 - 국내 개발 초기 단계인 엔지니어링 플라스틱 보강기술의 현장 적용 가능성 여부를 판단하는 시도적인 연구 수행 - 구조물의 유지 및 관리에 소요되는 비용을 절감하고 재생에 들어가는 건자재 소비를 절감하여 탄소 발생 저감 및 녹색화를 달성하는 데에 기여 ■ 학문적 측면 - 첨단소재를 활용하여 복원력과 에너지 소산 능력 및 내화성능이 향상된 엔지니어링 플라스틱 보강시스템의 기초·원천 기술을 개발 - 재료 및 구조물의 비선형적 거동을 해석적인 방법으로 구현할 수 있는 정확한 고급 시뮬레이션 모델을 개발 ■ 교육적 측면 - 지진재해 피해저감 기술에 대한 새로운 시스템을 개발하고 이를 건설 현장에 적용하기 위하여 관련된 설계와 해석 기술을 엔지니어에게 교육의 기회를 제공하여 전수 - 이론, 설계, 해석, 성능평가 등 다양한 분야에 석박사급 연구원이 직접 참여하여 연구역량강화 (출처 : 요약문 2p) |
