R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201919CTAP-C143065-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2018-04-17 ~ 2019-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 김동주 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
7명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 220,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 220,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 세종대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-B552989-000219-01 | |||||
| ISBN | 979-11-964426-9-9 | |||||
| 주요 내용 |
○ 문제제기 ● 프리스트레스 콘크리트 (Pre-stressed concrete, PSC) 구조물에 사용되는 PS 긴장재가 부식 또는 그로 인한 파단이 일어나면 구조부재 공칭강도의 저하로 인해 전체 구조물의 붕괴를 초래할 수 있음 ● 구조물 붕괴사고는 재해재난으로 이어져 많은 인명피해와 사회적인 영향을 끼침 ● 국토교통부가 2017년에 발표한 ‘도로 교량 및 터널 현황조서’에 따르면 우리나라 전체 교량 중 약 25%가 PSC 교량으로 시공됨 ● 재해재난을 야기하는 구조물의 붕괴사고를 예방하기 위해서 PS 강재 관리는 필수적인 부분임 ○ 문제 해결을 위한 현재 접근방법 및 한계점 ● 현재 접근방법:1) 구조물의 강성과 축력 정도에 의해 변화되는 고유진동수 변화 값을 통한 PS 강재 손상여부를 판단하는 진동법, 그리고 2) 광섬유 센서를 PS 강재에 이식하여 지속적으로 긴장력을 관리하는 스마트 강연선이 대표적임 ● 한계점: 1) 진동법: 지속적인 모니터링이 불가능한 일시적 검사방법, 2) 스마트 강연선: 스마트 강연선 자체의 파손과 센서의 수량 자체가 많아야 한다는 점에서 경제성이 낮음 ○ 새로이 제안하는 접근방법 ● 본 연구에서는 긴장력 측정용 스마트 콘크리트 정착구 개발을 하고자 함 ● 제안된 기술은 PSC 구조물에 사용되는 긴장재의 긴장응력 저하를, 콘크리트의 전기-역학적 특성을 이용하여, 감지하는 스마트 콘크리트 정착구를 개발하여 새로운 개념의 PSC 구조물 긴장재의 긴장응력 모니터링 방안을 제시하고자 함 ● PS 강재의 긴장응력 관리방안으로 사용되고 있는 진동법과 스마트 강연선의 한계점을 극복하고, 효율적인 긴장응력 모니터링이 가능한 스마트 콘크리트 정착구를 개발함으로써 PSC 구조물의 붕괴사고를 방지 [최종목표] 연구개발 목표는 “PS 강재 긴장력 모니터링용 스마트 콘크리트 정착구 (Smart concrete anchorage) 기술” 개발을 통하여 혁신적이고 독자적인 PS 강재 정착구를 만드는 것이다. ？ 전기-역학적 민감도 증대를 통한 스마트 콘크리트 개발 ？ 스마트 콘크리트를 이용한 PS 강재 정착구 설계 ？ 스마트 정착구의 긴장력 측정 성능 평가 ● 제안된 스마트 콘크리트 정착구는 기존 강재로 만들어진 정착구와 비교하여 경제성이 우수할 뿐만 아니라, 긴장력의 변화량을 콘크리트 블록 정착구의 전기-역학적 변화 상관관계로부터 측정하고자 함 ● 기존 강재 PS 정착구는 콘크리트 내부에 별도로 나선형 철근을 배치함으로써 높은 긴장력 도입으로 인한 Bursting 또는 Splitting 응력으로 인한 균열 발생을 방지하고 있음 ● 제안된 스마트 콘크리트 정착구의 경우, 콘크리트 블록 내부에 짧은 길이의 전기 전도성이 우수할 뿐만 아니라 매트릭스와의 부착특성이 우수한 섬유보강재를 혼입하여 별도의 나선형 철근의 보강이 필요 없도록 프리캐스트 형 제품으로 생산이 가능함 [연구내용 및 범위] “PS 강재 긴장력 모니터링용 스마트 콘크리트 정착구 기술 개발”을 위하여 크게 두 가지 중점 연구 내용을 아래와 같이 수행하고자 한다: 1) 스마트 콘크리트 정착구 개발을 위한 복합적 연구; 2) 실제 적용성 평가를 위한 스마트 콘크리트 정착구의 전기-역학적 모니터링 성능평가이다. 우선 스마트 콘크리트 정착구 개발을 위한 복합적 연구를 위하여 세부적으로 아래와 같은 상세 연구를 계획하였다. ● 전기-역학적 민감도 향상을 위한 스마트 콘크리트 배합 개발 ● 온도와 습도 등의 환경인자가 스마트 콘크리트의 전기적 특성에 미치는 영향 평가 ● 스마트 콘크리트의 전기-역학적 성능평가 및 역학적 성능평가 ● 스마트 콘크리트 정착구 설계(안) 제시 제시된 스마트 콘크리트 정착구 설계(안)을 바탕으로 실제 적용성을 위한 스마트 콘크리트 정착구 성능을 평가한다. 이를 위한 상세연구내용은 아래와 같다. ● 스마트 콘크리트 정착구용 Plug-in형 매립식 전극 개발 ● 스마트 콘크리트 정착구의 전기-역학적 성능평가 마지막으로, 개발된 스마트 콘크리트 정착구가 실제 PSC 교량 구조물에 적용 가능한 시공방안과 노후화로 인한 보수보강이 필요한 교량에도 적용 가능한 방안을 도출하고자 한다. 가. 1차년도 개발 목표 : 스마트 콘크리트 개발 및 PS 강재 스마트 정착구 설계 개발 내용 및 범위 : 1) 전기-역학적 민감도 향상을 위한 스마트 콘크리트 배합 개발; 2) 온도 및 습도 등의 환경인자가 스마트 콘크리트 전기적 특성에 미치는 영향 평가; 그리고, 3) 스마트 콘크리트 정착구 설계(안)를 진행하고자 함 나. 2차년도 개발 목표 : 스마트 콘크리트 정착구의 전기-역학적 성능 평가 및 실험 검증 개발 내용 및 범위 : 1) 스마트 콘크리트 정착구용 Plug-in형 매립식 전극 개발; 그리고, 2) 스마트 콘크리트 정착구의 전기-역학적 성능 평가를 수행하고자 함 스마트 콘크리트 개발: 전기적 특성이 우수한 Nano functional filler를 사용하여 콘크리트 또는 시멘트 복합재료의 전기-역학적 민감도를 향상하고, 인장강도와 부착성이 우수한 섬유보강재를 혼입하여 기존 PSC 정착부에 필요한 철근배근이 필요하지 않은 PSC 정착구용 스마트 콘크리트를 개발하고자 함. 스마트 콘크리트 정착구 설계: 정착구 설계기준을 만족하고, PS 강재 정착구를 대체하는 스마트 콘크리트를 이용한 정착구를 개발하고, 실제 적용성 평가를 위해 긴장력의 변화에 따른 전기-역학적 거동을 조사하고자 함. |
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| 색인어 | 한글 | 스마트 콘크리트 | PS 강재 정착구 | 모니터링 시스템 | 섬유 | 나노재료 |
| 영문 | Smart concrete | PS steel anchorage | Monitoring system | Fiber | Nano materials | |
| 최종보고서 | 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 기술 개발 최종보고서.pdf | |||||