R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201616CTAP-C078424-03 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | FBG 광섬유센서 및 EM 센서 융합 생애주기 긴장력 관리형 블록아웃 PSC 거더 시스템 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-08-07 ~ 2017-08-06 | |||||
| 연구책임자 | 이환우 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
15명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 300,000,000 원 기업 : 100,000,000 원 계 : 400,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 900,000,000 원 기업 : 300,000,000 원 계 : 1,200,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 부경대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-002004-01 | |||||
| ISBN | 979-11-962296-0-3 | |||||
| 주요 내용 |
■ PSC 거더교는 국내 도로교 전체 연장의 23.6%, 철도교 전체 연장 중 38.6%를 점유하고 있으며, 도로교는 25~35m, 철도교는 20~25m, 경간에 널리 적용되는 가장 보편화된 교량형식으로 현재까지 인식되고 있음. ■ 국내에 건설된 PSC 교량의 공용연수가 증가함에 따라 PSC 교량의 안전성을 확인 검증 하고자 하는 많은 노력을 기울이고 있음. ■ PSC 거더교는 PS 긴장재의 긴장력이 곧 교량의 강도를 결정하기 때문에 긴장력의 유지가 교량 안전성의 핵심임. ■ PS 긴장력은 즉시손실과 장기손실, 시공오차, 그리고 평면/종단 선형 반경 등 여러 가지 요인에 의해 손실이 발생함. 또한, 공용 연수 증가에 따라 PSC 긴장 시스템의 예기치 않은 손상에 의해 긴장력 손실 문제가 발생됨. ■ 현재 기술수준의 긴장력 관리는 시공중 PS 긴장재의 신장량 측정에 의한 간접관리 방식뿐임. 이러한 방식으로는 PS 긴장재의 긴장력 분포를 직접 확인할 수 없기 때문에 거더에 전달되는 프리스트레스가 거더 위치에 따라 부분적으로 소요 설계량에 비해 과소/과대할 수 있음. 이는 PSC 거더 교량의 안전성과 내구성에 위해한 요소임. 또한 PS 긴장재 정착후인 공용중에는 장기손실력이 반영된 PS 긴장재의 잔여 긴장력을 더 이상 확인할 수 없으며, 균열이 발견된 후에나 재긴장의 필요성이 제기될 뿐만 아니라 적절한 보강 긴장량의 크기도 직접적인 방법으로는 산정할 수 없음. ■ 따라서, 장경간화 추세인 PSC 거더의 안전성 증진 및 내구성 확보를 위해서는 본 연구와 같이 긴장력 손실을 최소화하고 PS 긴장재에 도입된 긴장력의 직접 확인을 통한 생애주기 전반에 걸친 긴장력 관리 및 PSC 거더의 유지관리가 반드시 필요한 기술임. ■ 이상과 같은 현재 PSC 거더교에 대한 산업동향 및 국내외 연구동향을 참고하고 창조경제와 융합기술의 진흥을 표방하는 현 정부의 시책에 맞추기 위한 PSC 거더교에 대한 연구는 (1) 생애주기 유지관리기술 개발을 통한 생애주기 비용 절감, (2) 첨단 센싱기술 융합을 통한 융합연구 활성화, (3) 새로운 창의도전연구를 통한 신제품 개발 등에 초점을 맞출 필요가 있음. ■ 이에 본 연구는 PSC 거더의 긴장력 계측 및 PS 긴장재 성능관리를 위한 첨단 센싱기술을 도입하고 이 기술을 긴장력 손실을 최소화하고 고공작업 안전성과 시공효율성을 크게 향상시킨 블록아웃 PSC 거더공법에 융합하여 생애 전반에 걸친 긴장력 관리가 가능하도록 발전된 새로운 PSC 거더 시스템을 개발하기 위한 연구를 수행하고자 함. ■ 본 연구를 통해 궁극적으로 FBG 광섬유센서 및 EM 센서가 내장된 블록아웃 PSC 거더 시스템 개발을 통해 보다 안전하며 생애주기 저비용의 교량 시공 및 유지관리기술을 확보하고자 함. [최종목표] ■ 이 연구의 최종목표는 생애주기 전반에 걸쳐 설계긴장력 관리가 가능한 FBG 광섬유 센서 및 EM 센서 내장형 블록아웃 PSC 거더 시스템 개발임. ■ 이를 위하여 (1) FBG 광섬유센서 및 EM 센서 기반 PS 긴장재 긴장력 계측시스템을 개발하고, (2) 이를 블록아웃 공법과 융합하여 생애주기 유지관리가 용이한 PSC 거더를 개발하고자 함. ■ 이로부터 정확한 긴장력 계측을 통해 시공시 설계긴장력 도입의 오차를 줄이고, PSC 생애주기 전반에 걸쳐 설계 긴장력 관리가 가능한 PSC 거더 시스템을 사업화하는 기반을 마련하고자 함. [연구내용 및 범위] ■ FBG 및 EM 센서 내장형 생애주기 긴장력관리형 블록아웃 PSC 거더 - 관련 기술 문헌 조사 - PSC 거더 블록아웃 정착구 상세개발 : FBG/EM 센서 설치를 위한 블록아웃 정착구 상세개발 - FBG/EM 센서의 calibration 실험 : 소형 시험체를 이용한 긴장력 실험 : 유압잭, 로드셀, FBG/EM 센서의 calibration 및 데이터 분석 : 각종 센서의 적용성 평가 - PSC 거더 부분모델 실험 : 부분모델 설계 및 제작 : 부분모델의 기초성능평가 및 데이터 분석 : 부분모델을 이용한 기초성능평가 및 데이터 분석 : 결과 Feed-back 및 상세 설계 개선 - FBG / EM 센서 내장형 블록아웃 PSC 시작품 거더 실험 : PSC 거더 시작품(50m) 설계 및 제작 : PSC 거더 시작품(50m) 재하실험 및 데이터 분석 : PSC 거더 시작품 성능 평가 : PSC 거더의 상용화를 위한 개선사항 도출 - FBG / EM 센서 내장형 블록아웃 PSC 거더의 품질관리 및 유지관리 지침 개발 : PSC 거더의 시공 중 품질관리 지침 개발 : PSC 거더의 공용 중 유지관리 지침 개발 ■ FBG 광섬유센서를 이용한 PS 긴장재 성능관리시스템 - 아이디어 도출 - PS 긴장재의 긴장력 계측 기술 문헌 조사 - FBG 센서 활용기술 - 실내 시험 - FBG 센서 내구성 증진을 위한 스마트텐던 시편제작 - FBG 센서 부착을 위한 Resin 경화공정 개선 시험 - FBG 센서 부착을 위한 Resin 주입공정 개선을 위한 주입장비 제작 및 검증 시험 - 실내 실험을 통한 신뢰성 검증 - 현장 시험 - 시작품 거더에 FBG 센서 시스템 적용 : 시작품 거더 길이 : 50m : 정착부 FBG 센서 2개 내장 - 현장 시험을 통한 FBG 센서 신뢰성 검증 : FBG 센서내장 텐던의 단부 보호장치 개선 : 계측 오차 범위 검증 : 즉시손실 및 장기손실 계측 - 실내 시험/현장 시험 결과 비교를 통한 FBG 센서 계측시스템 수정 보완 - 추가 R&D - 실내실험 및 시제품개발 과정에서 도출된 개선사항에 대한 추가적인 기술개발 수행 - 특허출원 - 기술개발 과정에서 도출된 독창적 기술의 특허 출원 - 연구 성과 및 기술의 우수성 홍보 - 논문 게재, 학술대회 발표 및 특허 등록을 통한 연구 성과 및 기술의 우수성 홍보 - 현장 활용 - 현장 시험 결과를 통대로 실제 현장 활용 방안 강구 - 표준 시공 절차서 개발 - 품질관리 절차서 개발 ■ EM 센서를 이용한 PS 긴장재 긴장력 모니터링 센서 및 알고리즘 개발 - 아이디어 도출 - PS 긴장재의 긴장력 계측 기술 문헌 조사 - 장비개발 - PSC 거더 정착부 및 연속부 모니터링을 위한 EM 센서 최적화 설계 - EM 센서를 이용한 PS 긴장재 긴장력 손실 계측 기법 최적화 - EM 센서의 calibration 실험 및 데이터분석 - PSC 텐던 모니터링 데이터의 온습도 보상 알고리즘 개발 - 특허출원 ■ 현장적용성 및 계측 성능 평가 - 실내 시험용 EM 센서 프로토타입 제작 - 실내 실험을 통한 계측 적용성 및 신뢰성 검증 - 현장 모사 환경 시험용 EM 센서 시제품 제작 : 정착부/연속부 EM 센서 각 1개 내장 - 현장 모사 환경 시험을 통한 EM 센서 신뢰성 검증 : 계측 오차 범위 검증 - 추가 R&D - 평가 과정 중 수정 보완 사항 추가 개발 - 연구 성과 및 기술의 우수성 홍보 - 논문 게재, 학술대회 발표 및 특허 등록을 통한 연구 성과 및 기술의 우수성 홍보 - 현장 활용 방안 확보 - 현장 모사 환경 시험 결과를 통대로 실제 현장 활용 방안 강구 - FBG 광섬유센서 및 EM 센서 내장형 블록아웃 PSC 거더의 품질관리 및 유지관리 지침 설정 |
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| 색인어 | 한글 | PSC 거더 | 긴장력관리 | FBG 광섬유센서 | EM 센서 | 블록아웃 |
| 영문 | PSC Girder | Prestressing Force Management | Optical FBG Sensor | EM Sensor | Block-Out | |
| 최종보고서 | FBG 광섬유센서 및 EM 센서 융합 생애주기 긴장력 관리형 블록아웃 PSC 거더 시스템 개발(최종보고서).pdf | |||||