R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201414CCTI-C063739-03 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 음파를 이용한 막구조물의 장력 측정장치 개발 및 건전성 모니터링시스템 구축 | |||||
| 총 연구기간 | 2012-11-19 ~ 2015-11-18 | |||||
| 연구책임자 | 진상욱 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
8명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 359,000,000 원 기업 : 120,000,000 원 계 : 479,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 860,000,000 원 기업 : 287,000,000 원 계 : 1,147,000,000 원 |
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| 연구기관명 | (주)타이가 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001000-01 | |||||
| ISBN | 979-11-5811-719-1 | |||||
| 주요 내용 |
인천월드컵경기장으로 일반에 널리 알려진 막구조물은 본래 압축 또는 휨에 대해서는 저항할 수 없는 막재료를 적절한 인장상태로 유지함으로써 안정화되고 막구조물 전체가 눈이나 바람에 의한 하중에 견딜 수 있게 되는 구조물이다. 막재는 직포로 유리섬유가 사용되는 것이나 수지 코팅재의 역학적 성질로 인해 시공 시 도입장력 하에서 크립이나 응력완화를 일으키므로, 이러한 점탄성 거동 후의 상태를 미리 예측해, 초기 도입 장력을 경험적으로 할증해 설계 장력이 확보되도록 시공하는 것이 통상적이다. 구조물의 시공 후, 점탄성 거동이 수렴된 후에 소요의 설계 장력이 도입되었는지는 건전한 유지관리의 관점에서도 파악해 두어야 할 중요 사항이지만, 기존의 기술로는 이를 정확히 파악할 효과적인 방법이 없고, 지금껏 현장 경험이 풍부한 기술자나 현장 인부들의 직관이나 경험에 의존할 수밖에 없는 실정이었다. 그러나, 이러한 막구조물은 시간 경과에 따른 응력완화로 강풍 시 펄럭이는 현상(플러터링)을 일으키는가 하면, 강우 시에는 막면에 빗물이 고이는 현상(폰딩)이 생길 위험성이 있으므로, 막구조물의 설계, 시공, 유지관리 시에는 이러한 현상의 발생을 미리 검토할 필요가 있다. 게다가, 20~30년의 내구연한을 경과한 막구조물은 응력완화로 인한 막장력의 소실이 일어나므로, 정기적인 막장력의 모니터링은 구조물의 건강상태를 파악하고 구조물을 안전하게 유지관리 할 수 있는 필수요건이 된다. 막은 가볍고 채광이 좋아 에너지 효율이 좋고, 지진의 영향을 거의 받지 않아 공공성이 높은 대규모 구조물의 지붕으로 많이 사용되는, 대공간을 실현하기 위한 장래성이 풍부한 귀중한 구조형식이다. 이들 막구조물은 초기투자비로 볼 때 같은 규모의 스페이스 프레임 보다 약 40% 저렴한 공사비로 실현할 수 있는 공간 구조이지만, 태풍이나 적설로 인한 파손이나 붕괴 사고가 일어나면 저비용 구조형식으로서 가지는 장점은 사라져 버릴 뿐 아니라, 막구조물에 대한 국민 인식 또한 나빠져 버리므로 붕괴나 파손을 막을 수 있는 유지관리가 더욱 중요해 진다. 막구조물의 막장력을 정확하고 안정적으로 측정할 수 있는 장치와 막장력을 실시간으로 모니터링할 수 있는 시스템은, 준공 중인 구조물뿐 아니라, 기존 막구조물의 장기적 이용을 실현하기 위해 필수 불가결 항목인 유지관리 도구 및 시스템이 된다. 따라서 국내외에 건설되어온 사회적 자산으로서의 막구조물의 설계, 시공, 유지관리 시 성능확보와 그로 인한 막구조물의 장수명화를 위해 꼭 필요한 기술로, 막구조물의 설계와 시공분야에 크게 기여할 수 있는 기술력이 되리라 확신한다. [최종목표] ① 소형, 경량화 막장력 측정장치 완성 막장력을 측정하는 직접적 장치 이외의 부속 장치인 음원 작성 및 증폭 장치와 데이터 해석 및 저장장치를 통합하고, 데이터 송수신 장치를 탑재한 올인원 형식의 소형 경량 장치를 완성한다. ② 막장력 헬스모니터링 시스템 구축 막장력 측정장치를 원거리의 관리센터에서 리모트 컨트롤할 수 있는 시스템과, 음파로 인한 막의 진동 데이터를 실시간으로 전송할 수 있는 무선 송수신 시스템을 탑재해 모니터링 도구를 완성한다. 한편, 완성된 도구를 막구조물에 정착시킬 수 있는 기술개발을 비롯해, 중앙 관리 시스템 상에서 이 데이터들을 해석하고 기록할 수 있는 소프트웨어를 개발함으로써 막구조물에 도입되어 있는 장력을 리얼타임으로 모니터링할 수 있는 시스템을 완성한다. ③ 막장력 유지관리 기준 및 지침 작성 포터벌 막장력 측정장치와 막장력 헬스모니터링 시스템으로 시공 중의 막구조물뿐 아니라, 기존 막구조물을 대상으로 막장력을 직접 측정 또는 모니터링함으로써 막구조물의 성능은 물론 구조물의 안전 상태를 파악하고, 이를 토대로 막구조물의 설계 및 시공, 유지관리에 가장 중요한 막장력 도입과 유지관리에 관한 기준 및 지침을 작성한다. [연구내용 및 범위] ① 소형, 경량화 막장력 측정장치 개발 2축 막 인장장치를 통해 막재를 세팅하고, 시험 제작한 측정장치로 실험적이고 반복적인 검증 작업을 거침으로써 측정 오차요인을 분석하고, 그 결과를 지속적으로 피드백해 장치를 개량한다. 또, 측정장치 이외의 장력표시부와 연산장치를 마이크로 컴퓨터에 탑재하고, 이를 구동할 수 있는 소프트웨어를 개발할 뿐 아니라, 가정용 전원을 대신해 1.5V 교류전압의 휴대용 배터리 구동 환경을 구축해 장치를 일원화함으로써 전체 장치 중량 2.5kg 이내의 소형, 경량화를 이룬다. ② 막장력 헬스모니터링 시스템 구축 공학 분야의 헬스모니터링 수법에 관한 자료조사를 통해 헬스모니터링 수법을 파악해 이 연구의 참고자료로 활용한다. 새로운 시스템 구축에 있어, 앞서 개발한 막장력 측정장치를 원거리의 관리센터에서 리모트 컨트롤할 수 있는 시스템과, 음파로 인한 막의 진동 데이터를 실시간으로 전송할 수 있는 무선 송수신 시스템, 그리고 데이터를 분석하고 모니터링하는 소프트웨어를 개발해 모니터링 도구를 완성한다. 또, 완성된 장력 측정장치를 막구조물에 정착시킬 수 있는 요소 기술개발을 비롯해, 구축된 헬스모니터링 시스템의 현장 가동으로 얻어지는 장력 데이터를 피드백하고, 문제점을 보완 개량함으로써 막장력을 리얼타임으로 모니터링할 수 있는 시스템을 완성한다. ③ 막장력 유지관리 기준 및 지침 작성 측정자가 휴대할 수 있는 막장력 측정장치와 상시 설치의 막장력 헬스모니터링 시스템으로 시공중의 막구조물뿐 아니라, 기존 막구조물을 대상으로 막장력을 직접 측정 또는 모니터링함으로써 대상 구조물의 장력 측정 데이터가 축적되어 설계장력의 도입 상태가 파악되면, 막구조물의 성능은 물론 구조물의 안전 상태가 파악된다. 이 측정 결과를 토대로 막구조물의 설계 및 시공, 유지관리에 가장 중요한 막장력 도입과 유지관리에 관한 기준 및 지침을 작성한다. |
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| 색인어 | 한글 | 막구조 | 막장력 | 음파 | 측정장치 | 헬스모니터링시스템 |
| 영문 | membrane structure | membrane stress | sound wave | measurement equipment | health-monitoring system | |
| 최종보고서 | 국토교통기술촉진연구사업_(주)타이가__최종보고서(2015.12).pdf | |||||