R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C158215-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 지하대공간 구현시 역타공법이 가능한 삼각유닛 CFT기둥과 단순 패널의 모멘트 접합부 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2020-04-13 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 양일승 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
10명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 210,000,000 원 기업 : 70,000,000 원 계 : 280,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 124,000,000 원 계 : 494,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 동신대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
이 연구에서는 ‘지하대공간 구현시 역타공법이 가능한 삼각유닛 CFT기둥과 단순 패널의 모멘트 접합부’을 개발하고자 하며, 시공단계 및 합성단계에 대한 실험 및 해석적 연구를 수행하고, 설계·시공 상세지침 및 시작품 제작을 통해 현장적용의 가능성을 극대화 하고자 함. 연구개발 목표를 달성하기 위한 세부목표는 다음과 같음. ▶ 선행연구 문헌조사 및 기존 합성구조 시스템의 한계점 분석 ▶ 다양한 변수에 대한 유한요소해석을 수행하여 조립단면의 최적형상 도출 ▶ 실험 및 해석적 연구를 통한 개발 합성구조 시스템의 구조성능 검증 ▶ 시공하중 및 극한하중 재하에 따른 기둥의 처짐 및 변형 계측 ▶ 합성 전 실험 및 해석에 근거한 기둥 및 접합부의 가설계획 수립 ▶ 실물실험을 통한 합성 기둥 및 접합부의 구조성능평가 ▶ 이론적, 해석적, 실험적 연구를 통한 성능검증 결과를 바탕으로 설계법 도출, 설계 및 시공지침 작성, 시작품 제작 [최종목표] 이 연구에서는 ‘지하대공간 구현시 역타공법이 가능한 삼각유닛 CFT기둥과 단순 패널의 모멘트 접합부’을 개발하고자 하며, 시공단계 및 합성단계에 대한 실험 및 해석적 연구를 수행하고, 설계·시공 상세지침 및 시작품 제작을 통해 현장적용의 가능성을 극대화 하고자 함. 연구개발 목표를 달성하기 위한 세부목표는 다음과 같음. ▶ 선행연구 문헌조사 및 기존 합성구조 시스템의 한계점 분석 ▶ 다양한 변수에 대한 유한요소해석을 수행하여 조립단면의 최적형상 도출 ▶ 실험 및 해석적 연구를 통한 개발 합성구조 시스템의 구조성능 검증 ▶ 시공하중 및 극한하중 재하에 따른 기둥의 처짐 및 변형 계측 ▶ 합성 전 실험 및 해석에 근거한 기둥 및 접합부의 가설계획 수립 ▶ 실물실험을 통한 합성 기둥 및 접합부의 구조성능평가 ▶ 이론적, 해석적, 실험적 연구를 통한 성능검증 결과를 바탕으로 설계법 도출, 설계 및 시공지침 작성, 시작품 제작 [연구내용 및 범위] 이 연구에서 개발하고자 하는 ‘지하대공간 구현시 역타공법이 가능한 삼각유닛 CFT기둥과 단순 패널의 모멘트 접합부’은 기존 합성구조 시스템의 형상을 혁신적으로 개선하여 합성부재의 하중전달문제를 개선하고 제작성을 향상시킨 합성구조 시스템임. 개발 합성기둥은 콘크리트의 구속효과를 극대화하여 기둥의 강도뿐만 아니라 연성 확보가 가능한 우수한 기술임. 이 연구개발 과제목표를 효과적으로 달성하기 위하여 주관연구기관과 공동연구기관에서는 다음과 같은 실험 및 해석적 연구와 현장 적용성 평가 등을 수행할 예정임. ▶1차 년도 문헌연구 및 유한요소해석을 이용한 변수분석을 통하여 하중전달 및 구속효과를 극대화할 수 있는 합성구조 시스템의 최적 단면형상을 결정하고, 구조적 취약점, 제작공정 상의 문제점, 시공시 발생 가능한 문제점 등을 파악한 후 이를 개선할 수 있는 해결방안을 수립하여 최적의 단면형상을 도출할 것임. 도출된 최적 단면형상을 가진 합성기둥에 대한 실험 및 해석적 연구를 통하여 개발 기둥의 시공단계 및 합성단계 구조성능을 검증할 것임. 이와 더불어, 요구되는 구조성능에 적합하게 선정된 최적단면을 가진 합성기둥에 대한 경제성 평가를 통하여 기존 합성기둥 대비 경쟁력을 확보할 수 있도록 할 것임. ▶2차 년도 개발된 합성기둥의 형상을 기반으로 합성구조 시스템에 적합한 보-기둥 접합부의 형상을 개발할 예정임. 개발된 접합부는 실험 및 해석적 연구를 통하여 개발 기둥의 콘크리트와 합성 전의 시공단계 및 합성 이후 단계의 구조성능을 검증할 것임. 이와 더불어, 요구되는 구조성능에 적합하게 선정된 최적단면을 가진 합성기둥 및 접합부에 대한 경제성 평가를 통하여 기존 합성기둥 대비 경쟁력을 확보할 수 있도록 할 것임. 개발 기술의 현장적용 시 발생할 수 있는 설계·시공상의 문제점을 사전에 파악하여 설계·시공 상세지침을 작성하고, 이를 바탕으로 시작품을 제작하여 현장적용 가능성을 검토할 것임. ○ 개발 CFTU기둥의 단면은 그림 2.2에 나타낸 것과 같이 삼각형형태의 유닛을 4개 결합하여 제작하여 유닛 삼각형의 모서리가 맞대어 용접된 곳이 기둥면의 중앙에 위치하게 됨. 이는 기둥면 중앙에 스티프너를 설치한 것과 같이 기둥면의 국부좌굴을 방지하는 역할을 함. 따라서, CFTU기둥을 설계시 판폭(B)의 길이를 기둥폭의 절반으로 사용할 수 있기 때문에 경제적인 설계가 가능함. 특히, 휨모멘트에 비해 상대적으로 축력이 큰 부재에서 두께가 얇은 철판을 사용하여 기둥을 제작할 수 있기 때문에 경제적인 효과가 탁월할 것으로 판단됨. ○ 일반적인 각형 CFT기둥과 개발 CFTU기둥이 동일한 폭과 길이일 경우 콘크리트와 접하는 면적이 약 2.4배 크기 때문에 2.4배 큰 직접부착강도를 확보할 수 있을 것으로 판단됨. 또한, 개발 기둥은 콘크리트 타설을 위한 구멍이 있는데 이러한 구멍이 콘크리트 타설 이후 perfobond에 의한 추가부착효과로 추가적인 하중전달요소로 작용할 것으로 예상되어 별도의 전단연결재의 설치가 필요 없음. ○ 기존 CFT기둥의 보-기둥 접합부는 일반적으로 내다이아프램(Internal diaphragm), 외다이아프램(External diaphragm), 관통형 다이아프램 등을 용접하여 제작함. 이러한 이질적인 작업은 보-기둥 접합부를 구현하는데 많은 비용과 시간이 투입되어 경제성과 생산성을 저해시키는 원인이 됨. 하지만 개발 CFTU접합부는 기둥에 인장력이 작용하면 내부의 사재들이 스티프너로 작용함으로써 철판에 과도한 변형 없이 응력을 전달할 수 있기 때문에 접합부에는 추가적인 다이아프램의 설치가 필요 없어 경제성과 제작성 크게 향상시킬 수 있음. |
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| 색인어 | 한글 | 합성구조 | 충전형기둥 | 접합부 | 조립단면 | 구조성능 |
| 영문 | Composite construction | CFT | Joint | Built-up section | Structural performance | |
| 최종보고서 | [서식1] 최종보고서(기반연구)_동신대학교 산학협력단.pdf | |||||