R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C152291-03 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 4차선급 도로용 신형식 경량 차음터널 구조 시스템 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2019-04-19 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 지광습 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
14명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 290,000,000 원 기업 : 96,700,000 원 계 : 386,700,000 원 |
총연구비 | 정부 : 595,000,000 원 기업 : 229,150,000 원 계 : 824,150,000 원 |
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| 연구기관명 | 고려대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 지속적인 소음 민원 증가 및 기준 강화로 인한 차음터널 수요 증가 ● 소음ㆍ진동 민원의 증가: 2012년 이후 소음ㆍ진동 민원 폭증, 2015년 이후 전체 민원의 50% 초과 ● 차음벽의 한계: 직접 소음과 회절 소음 차단에 한계 ● 완전차단 수요증가: 도로 인근 고층건물 건설 증가 및 의식 수준 상승 ● ‘방음시설에 관한 합의문 서명’ (2013): 정부가 주도한 한국 토지주택공사와 한국도로공사 간 방음시설 합의문 서명으로 지속적인 방음시설 투자 및 건설 예상 ○ 차음 시설물의 형태별 특징 ● 흡음소재의 소음 저감 한계: 차음벽의 흡음소재는 설치환경에 따라 흡수할 수 있는 소음량 한계 ● 반사형 차음소재: 민원 발생 구역으로의 소음 유입 저감에만 집중 ● 차음벽 규모 한계: 풍하중으로 인해 차음벽의 높이는 약 15m 정도의 수준이 최대 ● 차음터널의 제작 비용: 차음효과는 우수하나 차음벽에 비해 많은 비용 소요 ○ 국내 차음시설 현황 ● 차음시설 시장 변화: 차음벽 대비 차음터널 시장규모는 급진적 성장 ● 차음벽 교체시기 도래: 2015년부터 교체대상 별도 집계 중. 전체사업 중 약 25% (2017년) ● 차음터널 사업 증가: 차음벽 관련 민원중 대다수가 차음터널 설치 요구 ○ 국내 차음터널 시설 특성 분석 ● 주로 H-거더형 구조 또는 트러스형 구조로 구성 ● 터널형 구조를 만들기 위해 규격화된 H-거더의 휨가공 작업이 필요하여 중장비 소요 ● 무거운 H-거더형 구조의 자중으로 인해 시공성 저하 및 하부구조의 하중부담 초과 우려 ● 트러스형 구조는 설계 경량화가 가능하나, 다수의 접합부로 인해 제작 및 유지보수 어려움 ● H-거더형 터널은 트러스형 터널에 비해 상대적으로 저렴하게 제작 가능 ● 진출입부 회절 소음 및 내부 공기순환에 대한 대처 미비 ○ 해외 차음터널 시설 특성 분석 ● 도시 미관을 고려한 유려한 비선형 곡선 구조가 주류 ● 미관이 강조되므로 전통적인 구조 단면으로는 설계 자중 증가 불가피 ○ 국내ㆍ외 차음터널 시설 현황 분석 시사점 ● 고층화 및 계속되는 소음문제로 인해 차음 터널의 수요 폭등 ● 도시 미관과 부합하는 차음터널 설계 요구의 지속적인 증가 예산 ● 다양한 비선형적 차음터널 단면 구조에 유연하게 대처 가능한 기술 개발 필요 ● 하부구조 부담을 완화하는 경량구조 개발 필요 [최종목표] 신형식 차음터널 구조 ○ 유연한 차음터널 설계 대응을 위한 최적 구조 단면 개발 ○ 운전자 시인성 확보를 위한 단면의 빛 투과율 확보 ○ 제작 용이성을 위한 체결부 개발 ○ 신형식 차음터널 설계도면 확보 ○ 형식별 전산 해석 및 비교 실험 수행 및 성능 인증 소음 방지 및 공기순환 개선 시스템 ○ 공기순환 개선 검증을 위한 풍동 실험 수행 ○ 출입부 회절 소음 저감 장치 개발 ○ 단면 형상을 통한 공기순환 흐름 개선 ○ 소음 저감 장치 검증 비교 실험 수행 신형식 차음터널 시제품 ○ 차음터널 설계 기술 인증 확보 ○ 차음터널 설계 가이드라인 작성 ○ 파일롯 규모의 차음터널 시제품 제작 ○ 시제품 검증 실험 수행 신형식 차음터널의 사업화 ○ 연구기간 내 4억원 규모의 기술사업화 [연구내용 및 범위] 본 연구의 개발 목표를 달성하기 위해 신형식의 차음터널을 설계 및 개발하고자 한다. 차음터널의 최적의 성능을 확보하기 위해 기존 차음터널 구조형식별 장점을 조합한 새로운 구조형식을 개발한다. 차음터널의 심미성 개선을 위해 곡선형 제작이 용이한 부재 단면 및 체결부를 개발한다. 차음터널의 사용 성능 개선을 위한 소음 저감, 공기순환 개선 및 조도편차 저감 시스템을 개발한다. 구조 성능 및 사용 성능 실험을 통해 개발한 신형식 차음터널을 검증하고 사업화를 진행한다. 최종적으로 본 연구의 주요 목표는 다음 4가지 항목으로 요약할 수 있다. (1) 제작성이 우수한 경량 차음터널 구조형식 개발 (2) 사용성능을 개선한 차음터널 시스템 개발 (3) 신형식 차음터널의 성능 검증 (4) 개발한 신형식 차음터널의 사업화 개발 요소 및 요소 목표 ○ 나비형상의 거더용 부재 개발 - 공동(空洞)형 부재로 전체 구조 경량화 - 높은 빛 투과성으로 운전자 시인성 개선 (조도편차 감소) - 차음터널 내 공기흐름 순환 개선 ○ 우각부 날개형 접합부 개발 - 변단면 구성으로 지주부 휨모멘트 저감 - 휨모멘트 저감을 통한 전체 구조거동 안정화 ○ 파이프형 체결부 개발 - 규격 파이프 채용으로 설계 용이 - 우수한 체결성으로 제작비용 절감 - 파이프 간격 조절을 통해 단면 변화에 유연한 대처 - 경량 부재로 전체 구조 경량화에 기여 ○ 진출입부 타공판 개발 - 차음터널 진출입부 회절 소음 저감 - 진출입부 공기흐름 개선 최종 목표별 연구 내용 ○이식 가능한 신형식 차음터널 구조 도로시설물 설계하중을 만족하는 신형식의 경량화 차음터널 구조 개발 1차년도 ？ 연구개발 자료 조사 설계 필요사항 정리, 기존 구조물 특성 조사 및 분석 ？ 구조 설계 전산해석, 개념설계 및 단면도 도출, 상세 도면 작성 2차년도 ？ 상세 설계 전산해석 및 분석 ？ 실험 수행 비교 실험 수행 ○소음 방지 및 공기순환 개선 시스템 차음터널 구조물의 사용 성능을 위한 소음 및 공기순환 통합 시스템 개발 1차년도 ？ 연구개발 자료 조사 설계 필요사항 정리, 기존 구조물 특성 조사 및 분석 ？ 개념 설계 시스템 형성을 위한 개념 설계 ？ 실증 기반 마련 검증을 위한 실험 설계, Test-Bed 구축 2차년도 ？ 실험 수행 풍동 실험 수행 3차년도 ？ 성능 검증 검증 실험 수행, 실험 결과 분석 및 성능 확인 ○신형식 차음터널 시제품 신형식 차음터널 구조물의 실증 및 시제품 제작 1차년도 ？ 실증 기반 마련 검증을 위한 실험 설계, Test-Bed 구축 2차년도 ？ 실증 및 인증 시제품 샘플 제작, 시제품 제작 및 인증 3차년도 ？ 실증 및 인증 구조 요소별 성능 인증 수행, 시제품 성능 인증 수행 ○신형식 차음터널의 사업화 개발한 차음터널 구조물의 사업화 1차년도 ？ 사업화 기반 마련 수요처 및 경쟁 기업 조사, MOU 체결 2차년도 ？ 실증 기반 사업화 추진 구조계산서 및 설계 가이드라인 작성, MOU 체결 3차년도 ？ 사업화 국내수주 계약 |
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| 색인어 | 한글 | 차음터널 | 경량화 | 제작성 | 사용성능 | 사업화 |
| 영문 | Noise barrier tunnel | Lightweight | Workability | Serviceability | Commercialization | |
| 최종보고서 | 최종보고서.pdf | |||||