R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C117148-03 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 반작용 PS힘 싱크로나이즈장치를 활용한 흙막이공사 제어·예측·조정 정보화시공 통합관리 시스템 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-10-24 ~ 2019-04-27 | |||||
| 연구책임자 | 채규봉 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
17명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 169,000,000 원 기업 : 57,000,000 원 계 : 226,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 590,000,000 원 기업 : 198,700,000 원 계 : 788,700,000 원 |
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| 연구기관명 | (주)효광엔지니어링 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 지반굴착 흙막이공사 특성은 터파기와 버팀대를 단계별로 시공하고 본체구조 공사단계별로 버팀대를 제거 및 매몰되므로 경제성과 공기단축을 추구하게 되고, 이 순차적 시공에 의해 발생하는 벽 변위 변화에 따라 설계변수의 불확실성으로 구조거동 진폭 변화가 큰 특성을 갖으며, 도심지에서는 근접시공 됨에 따라 지반붕괴, 주변시설물 균열 및 인명사고 등 안전상 취약함이 노출되는 특성을 갖는다. ○ 그러므로, 상기 공사 특성과 해석변수인 지형, 조사시기와 방법 등에 의한 다른 토질정수, 적용 토압방법과 구조모델링 등의 불확실함에 따라, 사전설계 결과는 결함을 갖게 된다. 따라서, 지금까지는 공사기간 중에 이를 제거하고 가시설공사가 합리적이면서 안전하게 수행하고 있는지 여부를 판단지표로서, 구조거동 파악과 현장 주변 영향을 감시하도록 아래 그림에서와 같은 계측관리시스템을 도입하여 시공하고 있다. 그러나 종래 계측관리시스템은 설계 관리치와 계측치와의 차이가 발생하여 정성적평가 및 토압·구조거동 예측이 불가능한 문제점으로 인하여 설계 절대 기준치관리 및 현상파악 정도의 시공관리 목적 수준에 머물러 있는 실정이다. ○ 최근의 용지비 상승과 건물의 대규모에 의한 토지의 효율적 이용측면 뿐만 아니라 산업발전과 환경문제에 대한 욕구 증대로 지하공간을 공공시설, 주차, 생활 및 산업시설 등으로 이용이 요구되고 있다. 이와 같은 지하공간을 조성하기 위하여 지반을 굴착하는 과정에서 배면지반을 지지하는 흙막이 구조체가 평형상태와 적합상태를 유지하지 않으면 지반의 평형상태가 붕괴되어 대형 인명사고, 인접 구조물이나 매설물의 안전성에 치명적인 상황이 발생되게 된다. 또한, 배면지반의 평형상태를 유지하기 위하여 설치하는 띠장과 버팀대의 간격을 좁게 설치하게 되면, 본체구조물 축조공사 시 간섭 증대로 본체구조물의 안전성뿐만 아니라 기능유지에 악영향을 미치게 되고 공기 증가 등의 공사비를 상승하게 되는 문제점이 동반하게 된다. ○ 최근 흙막이구조는 Soil-Structure Interaction 작용과 배면지반의 초기응력 상태를 나타내는 설계변수들에 대한 불확실한 요인들을 해결할 수 있는 역학적방법이 없기 때문에 실제 현장조건과 유사한 지반조건을 반영하여 굴착단계별 흙막이구조의 거동을 정량적으로 파악할 수 있는 방법에 한계가 있는 실정이다. 이와 같은 문제점을 부분적으로 해소하기 위하여 굴착단계별 변화하는 흙막이 벽의 변위에 따른 토압을 반영토록 탄소성토압이론을 이용하고 있으며, 이는 시공 중 측정된 계측자료를 경험적 판단 즉, 정성적 구조거동을 분석하여 현장에 대한 안전성을 확인하고 있는 실정이다. 이와 같은 계측을 통한 경험적판단과 설계 시 벽 변위에 따른 토압을 활용함에도 불구하고 실측치와 해석치 사이에 나타나는 큰 차이를 해결할 수 있는 정량적 기법이 없는 실정이다. ○ 따라서 본 연구개발은 설계자료와 계측자료를 분석하여 현 상태의 안전성에 대한 판단과 향후 안정성 여부를 예측하는데 실무에서 손쉽게 활용하며, 수치해석 기법을 제공하고, 적기 대응과 설계변경 등을 합리적으로 처리할 수 있는 반작용PS힘 싱크로나이즈 장치를 활용한 흙막이공사 제어·예측·조정 정보화시공 관리시스템을 개발하여 테스트베드를 통한 검증과 현장적용을 통해 건설신기술과 사업화를 목표로 연구를 진행하고자 한다. [최종목표] 반작용 PS힘 연동 싱크로나이즈장치 및 공법과 역해석 시스템이 연동하는 지반굴착 흙막이공사 정보화시공관리·예측·조정 통합시스템 개발 세부 목표 1. 흙막이 공사의 반작용 PS힘 싱크로나이즈 장치 및 공법 개발 2. 계측센서시스템 및 유압제어시스템, 통합제어시스템 개발. 3. 순탄소성해석 및 역해석 프로그램 개발 4. 실용화 및 사업화 - 주관연구기관(효광): ▷ 반작용 PS힘 싱크로나이즈장치 및 공업개발 - 공동연구기관(고려대학교산학협력단): ▷ 계측센서시스템 및 유압제어시스템, 통합제어시스템 개발 - 공동연구기관((주)동성엔지니어링): ▷ 순탄소성해석 및 역해석 프로그램 개발 [연구내용 및 범위] - 본 연구개발의 최종성과물은 지반굴착 흙막이공사의 감시, 제어, 예측, 조정 등을 위한 소프트웨어장치 및 공법 시스템 개발로서 건설과 IT, 기계 기술을 융합하여 개발하여야 하는 기술로서, 테스트베드를 통한 검증과 보완으로 실용화할 예정이며, 또한 현장적용을 통하여 지반굴착 흙막이공사의 반작용 PS힘 연동 씽크로나이즈 시스템을 포함한 정보화시공관리·제어·예측·조정 통합시스템의 특허 및 건설신기술 등 지적재산권을 활용하여 실용화 및 사업화 성격의 연구개발이다. - 본 연구는 비균질적, 불연속성, 점탄성적인 지반물성치 단순화와 해석 모델링과 기법의 한계성으로 인해 순탄소성해석으로는 실제 지반과 구조거동을 정확히 모사할 수 없는 문제점으로 실제 구조거동과 상당한 차이가 발생한다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 지금까지는 순해석변위와 계측변위 차이를 목적함수로 정의하고 이 목적함수가 허용오차 범위 내까지 최적의 설계변수를 얻도록 확률론, 회귀분석법 및 비선형최적화 수치해석방법을 제안하고 있다. 이러한 종래의 연구 수치해석방법 또한 상기와 같은 문제로 인하여 현재 제대로 된 역해석 수치해석기법을 통한 예측이 불가한 상황이다. - 그러나 본 연구개발을 통하여 자료 수집과 본 연구조직이 자체 개발하여 기술을 확보하고 있는 현 단계의 기술수준의 한계성을 극복할 수 있는 평형과 적합상태의 함수를 평가할 수 있는 수치해석 알고리즘에 대한 이론적 평가기법을 적용하여 상기의 문제점을 해결하고자 한다. - 본 연구조직이 자체 개발한 이론적 근거인 작용 힘에 의해 발생하는 구조거동인 응력과 변형을 상쇄, 회복하고 평형과 적합상태의 함수를 적용하고자 하며, 본 연구를 위한 참여연구원들은 문제해결용 조정 반작용 PS힘 연동 싱크로나이즈장치 및 공법과 관련 유사 공사와 관련한 설계자문의 경험적 기술 축적이 되어 있다. - 연구개발 참여 구성원은 직접 현장적용과 사업수행자를 주관기관으로, 순탄소성해석과 계측관리시스템 프로그램 개발과 프리스트레스 원리 분야에 경험이 많은 구조, 토질, 시공 연구기관, 건설 관련 IT, 기계기술을 확보한 학계로 구성 수행하게 되므로, 현장적용과 건설신기술 신청 및 사업화하는데 충분한 연구역량 확보와 확실한 목표 달성이 가능하다. - 연구목표 달성 기간은 1차년도에 순탄소성해석과 계측관리의 프로그램과 연계 알고리즘을 개발로 하고, 2차년도에는 반작용 PS힘 연동 싱크로나이즈장치 및 공법과 역해석 프로그램 개발로 하며, 3차년도에는 상기 시스템들을 통합한 정보화시공관리 통합시스템, 테스트베드를 통한 검증과 보완, 현장적용 및 건설신기술 신청 등으로 할 계획이며, 현장적용과 테스트베드는 사업화 관계자가 직접 제공하여 사업화를 이루도록 할 계획이다. 주요 연구내용은 아래와 같다. - 순탄소성해석 프로그램 개발 - 역해석 프로그램 개발 - 장경간 무지보 공법 개발 - 정보화시공 통합시스템 연계 - 계측센서시스템 설계 및 제작 - 유압제어시스템 설계 및 제작 - 통합제어시스템 현장적용 시험 지원 - 시공 및 유지관리 가이드라인 개발 - 제품생산 및 현장적용 - 건설신기술 신청 |
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| 색인어 | 한글 | 흙막이공사 | 정보화시공 | 역해석 | 싱크로나이즈 | |
| 영문 | Retaining Structures | Realtime Construction | Inverse Analysis | Synchronize | ||
| 최종보고서 | [서식1] 반작용 PS힘 과제 최종 보고서 (효광엔지니어링) 2019-07-08.pdf | |||||