R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201919CTAP-C142864-02 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 취성파괴 특성이 개선된 FRP를 활용한 합성/RC 기둥의 내진/내화성능 확보 기술 개발 및 성능검증을 위한 실험적 연구 | |||||
| 총 연구기간 | 2018-04-17 ~ 2019-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 최성모 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
8명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 210,000,000 원 기업 : 70,000,000 원 계 : 280,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 360,000,000 원 기업 : 120,000,000 원 계 : 480,000,000 원 |
|||
| 연구기관명 | 서울시립대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
？ 지진과 화재 발생에 대한 신축 건축물의 합성기둥 보강과 피해를 입을 건축물의 RC(Reinforced Concrete)기둥 보수가 가능하고 유지·보수·시공 능력이 뛰어난 FRP(Fiber Reinforced Plastic) 소재를 활용한 성능 개선된 FRP 시스템을 개발하고 건축물의 저층부 필로티 기둥에서 보강/보수 장치로 활용함 ？ 지진력에 저항할 수 있는 연성능력을 향상시킬 수 있도록 부착제(에폭시계열)를 활용하여 합성·RC 기둥에 성능 개선된 FRP를 설치함 ？ 성능 개선된 FRP 시스템은 기존 내화 피복재와는 달리 내화 도료제의 부착강도, 피로강도 등의 내구성에 대한 분석을 통해 최적의 내화피복 두께에 대한 정량적 수치에 대한 산출이 가능함 ？ 성능 개선된 FRP 시스템에서는 섬유소재에서 제공하는 연성능력 및 에너지 소산성(Dissipation)과 내화 도료제에서 제공하는 화재에 대한 저항성(Fire Resistance)를 동시에 활용하기 때문에 건축물 기둥의 변형 감소효과와 강도증진 그리고 내화성능 향상을 동시에 기대할 수 있음 [최종목표] ▣ 최종 연구개발 목표 ？ (1차년도)성능 개선된 FRP 소재를 활용하여 내진과 내화성능을 동시에 만족시킬 수 있는 새로운 시스템 장치를 개발하고 실험체 제작을 위한 상세 설계 완성하며 실험체를 제작하고 재료 및 구조 실험 일부 수행함 ？ (2차년도)구조실험을 실시하여 실험결과의 분석을 통하여 물리적 성능을 검증하고 평가하며 실험 결과를 바탕으로 정밀한 유한요소 해석을 수행하여 설계 파라미터별 성능 개선된 FRP 시스템의 복원성, 에너지 소산 능력, 내화성과 같은 역학적 메커니즘을 분석 평가 업무를 수행함 ▣ 최종 연구개발 성과 ？ 지진 및 화재로부터 발생하는 구조물의 피해를 최대한 줄이고 손상으로부터 치유하는데 요구되는 유지·보수비용을 최소화하는 새로운 성능 개선된 FRP 시스템 장치에 대한 원천 기술을 개발하고 해석과 실험을 통한 구조적 성능 검증으로 세계적 수준의 관련 기술을 보유하는 성과를 창출함 [연구내용 및 범위] ▣ 이론적 배경과 연구내용(핵심1) ？ 내진 보강재로서 가장 사용되는 것은 기존의 FRP 보강재는 높은 강성과 강도적 특성을 가지고 있으나, 연성능력의 부족으로 인해 최대강도 도달이후 취성적으로 파괴되는 특성으로 인해 제한적으로 적용됨 ？ 기존 내진보강재와 내화페인트들에 대한 구조적/열적 특성을 분석하고, 성능 개선된 FRP 보강 시스템에 적합한 모델을 제안함 ？ 제안된 모델의 특성을 실험과 해석을 통해 검증함 ？ 본 연구에서는 FRP와 내화도료의 재료적 거동을 ABAQUS 프로그램을 사용하여 해석 방법으로 모사(Simulation)하고 재료 실험에서 얻어진 물성치를 사용하고자 기존에 개발된 알고리듬을 활용하여 UMAT 모델을 제작함 ▣ 이론적 배경과 연구내용(핵심2) ？ FRP 소재의 기본적 특성인 고강성, 고강도 특성에 약점으로 지적된 취성적 파괴를 극복할 수 있는 연성적 특성을 만족시켜 내진보강 효과를 극대화 시킬 수 있는 최적의 요소 특성 분석이 가능함 ？ 복원력 및 에너지 소산능력의 증가 시킬 수 있는 FRP를 통해 변형 발생을 최소화하면서 내진성능을 향상시키는 최적 성능 개선된 FRP 보강 시스템 장치의 설계가 가능함 ▣ 이론적 배경과 연구내용(핵심3) ？ 성능 개선된 FRP 보강 시스템을 설계하고 단주기둥 실험체를 축하중과 횡하중 구조실험을 위해 각각 6개 정도 제작함 ？ 각 실험체 모델별로 얻어진 하중-변위 곡선에서 항복강도 및 최대강도, 이력곡선의 면적을 나타내는 에너지 소산능력, 잔류변위, 복원성 등을 측정하여 댐퍼 모델의 물리적 성능을 관측하고 평가함 ▣ 이론적 배경과 연구내용(핵심4) ？ 경계조건을 고려하여 Geometry를 간소화하고 Symmetric 경계조건을 사용하여 Half 모델을 제작하여 유한요소 해석을 수행함. ？ 각각의 모델별로 성능 개선된 FRP 보강 시스템 하중-변위 등의 거동을 측정하여 역학적 메커니즘을 확인한 후 보강 시스템 전체의 거동과 비교하여 최적의 설계 파라미터를 도출함 ▣ 이론적 배경과 연구내용(핵심5) ？ 화염에 노출 된 경우 또는 부재 일부에 열화 현상이 발생이 된 경우든 보수 보강을 위해서는 필연적으로 내화 피복재를 제거해야함. 이때, 접합 부위 피복제거는 매우 난해하며, 부재까지 손상, 변형 우려가 큼(그림 11 참고) ？ 국내 인증받은 50여개의 내화페인트를 대상으로 내구성(부착강도, 피로강도)을 분석하여 내화피복 두께에 따른 정량적인 수치를 제시함. ▣ 이론적 배경과 연구내용(핵심6) ？ 내화성능이 확보된 성능 개선된 FRP 보강 시스템을 설계하고 단주 기둥 규모의 실험체 모델을 4개 제작함 ？ 화재시험 전문기관인 KCL의 내화가열로를 이용하여 표준온도 상승곡선에 따른 성능 개선된 FRP 보강 시스템의 내화성능 측정함 ▣ 이론적 배경과 연구내용(핵심7) ？ 성능 개선된 FRP 보강 시스템의 내화성능 분석을 위한 열해석 모델링을 제작함 ？ 다양한 파라미터에 대한 열해석을 통해 성능 개선된 FRP 보강 시스템 최적의 설계파라미터를 도출함 |
|||||
| 색인어 | 한글 | 신소재 | 에프알피 | 내화도료재 | 내진/내화성능 | 피해복구 |
| 영문 | New material | FRP | Fireproof paint | Earthquake/Fire resistance performance | Damage restoration | |
| 최종보고서 | 01. 최종보고서_200326.pdf | |||||