| 연구개발개요 |
최근 경주·포항지진 발생 이후 지진피해에 대한 경각심 및 사회적 불안감이 급증하였고 기존 건축물 및 사회기반시설에 대한 내진성능향상의 필요성이 강조되어 왔다. 하지만 많은 피해사례가 보고된 콘크리트 기둥은 여전히 지진의 위험에 노출되어 있으며, 현재까지 이에 대한 대응은 미비하여 효과적인 내진보강공법 개발 및 적용이 시급한 실정이다. 본 연구는 콘크리트 기둥에 적용 가능한 형상기억합금 기반 저비용-고성능 내진보강공법 및 신속한 내진성능진단을 위한 비파괴 기술 개발을 목표로 한다.
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| 최종목표 |
□ 최종목표지진에 취약한 소규모 건축물 콘크리트 기둥(필로티)의 내진성능(연성도)을 향상시킬 수 있는 고성능-저비용 보강공법을 개발하고 신속하고 정확한 구조물 성능진단 비파괴 기법을 제시하고자 함 □ 세부목표▷ 형상기억합금을 이용한 콘크리트 기둥 내진보강 공법 개발 및 성능 검증- 보강재로서의 철계 형상기억합금 재료성능 파악 및 최적화된 형태(와이어/띠판) 선정- 실규모 구조실험을 통한 제안된 공법의 성능검증(기존 대비 연성도 30% 증가)▷ 내부정착철근상세 3D 이미지 알고리즘 및 프로그램 개발- 전자기파 기반 신호/이미지 알고리즘 개발- 비파괴 테스트 장비 구축 및 콘크리트 두께별 내부 철근 형상 도출(철근 상세 정보 도출)- 신뢰도 확보를 위한 3D-DIC 기반 변형 실시간 계측 소프트웨어 개발- 내부 철근 정착 이미지 알고리즘 고도화
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| 연구내용 및 범위 |
- 형상기억합금(SMA) 기반 보강공법은 콘크리트 기둥에 SMA 와이어 또는 띠판 형태로 적용되어 기존 공법(강판/FRP 보강) 대비 간편하고 신속한 시공이 가능하며 콘크리트 프리스트레싱을 통해 월등히 향상된 보강효과를 제공한다.- 본 연구에 활용될 철계(Fe-based) SMA는 낮은 재료비용을 바탕으로 기존 니켈-티타늄계(Ni-Ti-based) SMA에 비해 우수한 경제성(1/10 가격)을 지닌다.- 보강대상 기둥의 형상, 하중조건 및 구조 거동에 따라 맞춤형 보강공법을 설계·제시하고 내진성능향상을 실험적으로 확인한다.- 보강 대상 콘크리트 기둥의 내진성능(전단강도 및 연성도)에 직결되는 내부 철근 상세를 신속하게 판단하기 위한 내부시각화 알고리즘과 하중 재하 시 발생하는 변형을 실시간으로 계측을 할 수 있는 영상화 기술을 개발한다. - 전자기파는 유전율(di-electric) 차이로 인하여 콘크리트 내부 철근에만 민감하게 반응하여, 신호 및 이미지 처리를 통한 내부 3D 이미지 도출로 기둥 내 횡보강근(띠철근)의 정착 및 간격과 같은 배근 정보 확인이 가능하다.- 지진하중에 저항하는 콘크리트 기둥의 실시간 외부변형 정보 도출 및 보강 성능검증을 위한 레이져 기반 3D-DIC 기반 영상화 비접촉 비파괴 기술을 개발한다.○ 1차년도: SMA 보강공법 및 비파괴 기술 핵심요소기술 개발- 형상기억합금의 열-기계적 거동, 상변화 온도 및 재료성능(프리스트레싱) 파악- 형상기억합금의 주변 온도변화에 따른 재료거동의 안정성 및 민감성을 분석- 프리스트레싱 성능, 가열온도 및 경제적 타당성을 고려한 형상기억합금 선정- 보강에 적합한 형상기억합금 형태, 기둥 형상 및 하중조건에 따른 보강법 개발- 형상기억합금의 콘크리트 능동구속 효과 검증- 재료단위 실험을 통해 콘크리트 구속효과 및 주요 성능향상 지표 확인- 전자기파 기반 신호/이미지 처리 알고리즘 개발- 비파괴 테스트 장비 구축 및 콘크리트 두께별 내부 철근 형상 도출○ 2차년도: SMA 보강공법 및 비파괴 기술 성능검증- 개발된 SMA 보강공법 적용 및 콘크리트 기둥 구조실험을 통한 성능 검증- 실험결과 분석 및 피드백을 통한 공법 고도화- 실험결과를 바탕으로 한 형상기억합금 내진보강공법 설계법 제시- 형상기억합금으로 보강된 콘크리트 기둥의 시뮬레이션 수행 및 해석모델 개발- 구조성능 실험 적용 3D-DIC 기반 변형 실시간 계측 소프트웨어 개발- 내부 철근 정착 이미지 알고리즘 고도화
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