R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201717CTAP-C114966-02 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 수직방진 및 수평면진을 융합한 3차원 면진장치 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-10-24 ~ 2018-12-23 | |||||
| 연구책임자 | 허무원 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
7명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
13명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 50,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 50,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 70,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 70,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 단국대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
- 최근 과밀화된 도심지는 난개발의 후유증으로 지가상승으로 인한 과도한 임대료는 도심공동화를 촉진하고 있으며, 출퇴근 교통량 증가로 인한 소음 및 매연의 증대와 에너지 과소비 문제는 지구온난화 유발로 이어지고 있음. - 수도권에서의 택지부족 해결을 위해 철도주변 부지 또는 인공지반을 이용한 건설이 고려되고 있으며, 국토교통부에서 7곳(오류, 가좌, 공릉, 고잔, 목동, 잠실, 송파)의 시범지구를 발표하였음. 이 중 오류 및 가좌지구는 착공하여 공사가 진행 중이며, 2016년 12월 이후부터 입주자를 모집할 예정임. - 이러한 철로변 부지 또는 인공지반 등과 같이 불편 진동을 유발하는 매개체와 인접한 환경에 노출된 상황에서는 사용성 측면에서의 수직진동에 대한 문제가 심각하게 대두될 수 있으며, 현재까지 이에 대한 대책 제시가 미흡한 실정임. - 기술적 측면의 해결 요소로는 메가 스트럭처에 의한 인공지반 구축기술, 교통진동 저감 기술개발 및 지진 재해 저감을 위한 방안을 함께 구축하는 것이 필요함. - 한편, 최근 인접한 국가의 지진피해 및 한반도에서의 지진발생 횟수의 증가로 인해 지진에 대한 대비책이 점차 관심을 높여가고 있으며, 지진에 대비하는 가장 효율적인 방법인 면진시스템을 활용한 설계 및 시공 사례가 증가할 것으로 예상됨. - 인공지반 구축에 따른 장스팬화와 메가 스트럭처로 구성 시 내진문제를 해결하는 가장 안전하고 경제적인 설계 대안으로 면진구조시스템이 있으며, 여기에 방진기능을 부여하면 기술적 문제점 해결과 동시에 경제성도 확보할 수 있는 효과적인 시스템 구축이 가능할 것으로 예상됨. - 철도역사 개발은 지역경제 활성화 및 도시재생의 측면에서 큰 장점으로 부각되어, 경쟁적으로 역사개발 사업을 대규모로 시행하는 등 각 지방자체 단체에서는 입체복합 시설개발을 추진 중에 있으며, 국내 철도역사 복합개발 추진은 도시공간구조를 다양한 복합용도의 기능을 동시에 수용할 수 있는 복합용도와 기존 수평적공간과의 연계성, 철도시설 상부를 데크화하는 구조적 입체화와 열차의 주행에 따른 고체 전달음 저감 등이 요구되고 있음. - 상기문제의 해결책으로서 진동원 자체 저감, 방진구와 같은 전달경로 차단 등의 방법이 고려될 수 있으나, 전자의 두 방법은 대상건물에 당초 사업비 이상의 투자를 요구하는 상황이 발생할 가능성이 커 능동적인 해결책이라 보기 어려운 실정임. - 일반적으로 도로, 철도시설 인접공간에 건축된 실내에는 공기를 매개로 전달되는 “공기전달음”이 “소음”으로 느껴지고, 열차와 차량진동이 건물내부에 전달되어 벽과 천정 등을 진동시켜 발생하는 “고체전달음”인 “진동”으로 나눌 수 있다. “공기전달음”인 “소음”은 건물 외벽과 샤시 등의 차음성을 높이는 것으로 비교적 쉽게 방지 할 수 있다. 그러나 “고체전달음”은 마감재가 스피커와 같은 역할을 하여 큰 소음을 방사하는 현상이다. 따라서 철도인접 부지를 활용한 건축을 실현하기 위해서는 “고체전달음”을 방지하는 방진성능의 확보가 가장 큰 해결과제임. - 현재 일반적인 방진대책으로는 경량물인 기계와 설비의 경우 스프링계의 방진기를 사용하고, 중량물일 경우 고무받침(방진패드)을 사용하는 것이 일반적 방진 대책임. 그러나 건축물의 경우 특히, 복합용도의 다중이용시설과 철도역사의 복합용도인 경우 대공간의 장스팬 구조로 고축력이 작용함. 이러한 경우 일반적인 방진고무는 1차 형상계수(고무의 유효단면적/고무측면적)가 3.0이하로 상대적으로 얇아 고하중의 축력으로 눌려 있으면 노화가 촉진되고 고무가 열화되어 딱딱해져 방진기능이 현격히 저하됨. - 따라서, 본 연구개발에서는 수직진동을 저감할 수 있는 방진기능과 설계지진력을 저감할 수 있는 면진기능을 함께 가진 다기능 복합 방진？면진장치를 개발하고 설계적용을 위한 시스템을 구축하고자 함. - 본 연구개발에서 고려하고 있는 면진장치는 지진 안전도 확보를 위한 능동적인 해결방안의 하나로서 세계 여러나라(미국 및 일본 등)에서 그 실효성을 인정받고 있으며, 이러한 기술적 배경을 활용하는 적층고무형 면진장치(납삽입 면진장치, 천연고무면진장치 및 고감쇠 면진장치)의 상？하부에 수직진동을 저감할 수 있는 방진고무를 설치한다면, 수직방진과 수평면진을 동시에 저감시킬 수 있는 효율적인 시스템 구현이 가능하리라 판단됨. [최종목표] 수직진동을 저감할 수 있는 방진기능과 설계지진력을 저감할 수 있는 면진기능을 함께 가진 다기능 융복합 방진？면진장치를 개발하여 1) 교통진동에 대한 수직진동을 약 50%이상 저감시키고, 2) 면진층 상부 구조물의 가속도는 80%이상, 설계지진력을 30%이상 저감시키며, 3) 기존 장치들 대비 20%의 이상 비용을 절감하고, 4) 개발된 면진장치를 적용한 건축물의 실무적용을 위한 설계 프로세스를 정립한 후 5) 설계 예제를 제시하는 것을 최종목표로 한다. [연구내용 및 범위] 1) 기존 적층고무 면진장치의 방진성능 및 교통진동 발생 유형별 진동전달율 검토 - 국내외 생산되는 적층고무 면진장치 조사 및 각 장치별 특성 분석 - 적층 고무 소재 면진장치의 특징 및 방진관점에서의 적용성 검토 - 교통진동원 조사 및 특성 분석 - 교통진동원의 진동전달 특성 파악 - 고무소재 외 기타 저감 소재를 검토함. 2) 교통진동원의 진동전달 특성 저감 소재 개발 - 건물의 연직하중을 안정적으로 지지하면서 방진기능이 우수한 소재 검토 및 분석함. - 적층고무 면진장치의 고무 전단탄성계수 조절에 따른 방진효과를 검토함. - 적층고무 면진장치의 고무층 두께에 따른 방진효과를 검토함. 3) 수직진동을 저감할 수 있는 방진기능과 설계지진력을 저감할 수 있는 면진기능을 함께 가진 다기능 융복합 방진？면진장치를 개발 - 기존의 적층고무 면진장치의 상부 또는 하부에 별도의 방진패드를 추가하는 방안을 검토함. - 수직 방진패드 고무높이와 수평 면진장치 고무 높이에 따른 효과 검토함. - 상 하부에 설치된 방진패드 부분이 수평으로 이동하는 것을 방지하기 위한 시스템을 검토함. - 상 하부에 설치된 스토퍼 설치방법 및 연결방법 검토 4) 불편진동원 파악 및 구조물에 미치는 영향 분석 - 도로교통, 지하철, 철로변 등 도심지에서의 주요 불편진동원 파악 - 불편진동원 따른 구조물에 미치는 영향 분석 5) 개발된 다기능 융복합 방진？면진장치를 활용한 비선형 동적해석 - 개발된 다기능 융복합 방진？면진장치를 적용한 건축물의 동적특성 파악 - 개발된 다기능 융복합 방진？면진장치를 적용한 건축물의 교통진동에 대한 수직진동 50.0% 이상 저감 검토 - 개발된 다기능 융복합 방진？면진장치를 적용한 건축물의 면진층 상부 구조물의 가속도는 80.0%이상 저감 검토 - 개발된 다기능 융복합 방진？면진장치를 적용한 건축물의 설계지진력을 30.0%이상 저감 검토 - 기존 장치들 대비 개발된 다기능 융복합 방진？면진장치의 경제성 평가 검토 - 개발된 다기능 융복합 방진？면진장치를 설계지진시와 최대지진시의 이력루프 검토 6) 개발된 다기능 융복합 방진？면진장치를 적용한 건축물의 설계 프로세스 정립 - 개발된 다기능 융복합 방진？면진장치를 적용한 건물의 설계 프로세스 정립 - 설계 프로세스를 활용한 예제 작성 - 방진부분과 면진부분의 직렬연결 모델 제안 |
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