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과제기본정보

사회기반시설 내충격 성능평가를 위한 실험기법 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 18CTAP-C129906-02
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 설계 해석기술 | 설계 표준화기술 적용분야 건설업
2순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 시설물점검 진단기술 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 기초
과제명 사회기반시설 내충격 성능평가를 위한 실험기법 개발
주관연구기관 서울대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 조재열
소속 서울대학교산학협력단 직위 교수
전화번호 02-880-9083 FAX 02-887-2662
총 연구기간 2017-04-01 ~ 2018-12-31
당해연도 연구기간 2018-01-01 ~ 2018-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 212,000,000 0 0 0 212,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 2001년 9.11 테러, 최근 브라질 항공기 추락사고 등 인적 재난으로 인한 미사일/항공기/대형차량의 충돌 및 폭발과 쓰나미, 지진, 산사태 등의 자연 재난으로 인한 피해가 증가하고 있다. 이에 일상적 범주를 벗어난 극한하중에 대한 사회기반시설의 안전성 확보 수요가 증가하고 있으며 이를 반영하여 국내외 모두 최근 재난안전분야 산업 및 연구에 대한 투자가 늘고 있다. 하지만 국내 연구수준과 기술력은 선진국에 비해서는 아직 부족한 실정이다. 따라서 극한하중에 대한 사회기반시설의 안전성 확보를 위한 관련 연구 및 기술개발이 시급하다. 사회기반시설의 안전성 확보를 위해서는 내충격 성능평가실험이 필수적이지만 기존 연구들은 여러 한계로 인해 구조물에 적용이 불가한 재료 실험이 대부분 수행되었으며 부재 실험은 거의 수행되지 않았다. 또한, 연구자마다 상이한 방법으로 실험을 수행하여 결과의 신뢰도가 떨어지며 공동 활용이 어려운 한계를 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 극한하중에 대한 사회기반시설의 안전성 검증을 위한 구조물 내충격 성능평가 실험기법을 개발하고 대형 부재 실험을 통해 이를 검증하고자 한다.
최종목표 본 연구의 최종목표는 구조물 내충격 성능평가 실험기법을 개발하여 극한하중에 대한 사회기반시설의 안전성 검증 시스템 구축의 토대를 마련하는 것이다. 연구기간 동안 최종목표를 원활히 달성하기 위해 2가지의 세부 목표를 설정하였고 2년의 연구기간을 통해 달성한다. 세부목표는 (1) 극한하중 재하시 구조물의 내충격성능을 평가할 수 있는 실험기법을 제안하고 (2) 대형 부재에 대한 실험 수행을 통해 제안된 실험기법의 타당성을 검증한다.
연구내용 및 범위 본 연구는 구조물의 내충격성능평가를 위한 실험기법 개발을 목표로 총 2년의 연구기간 동안 연구를 수행한다. 1차년도의 연구목표는 구조물의 내충격 성능평가 실험기법의 제안이며 다음과 같은 연구수행과정을 통해 달성한다. 1) 기존 연구 분석을 통해 기존 연구들의 한계점 및 문제점을 확인한다. 2) 한계점을 극복할 수 있는 구조물 내충격 성능평가 실험기법을 제안한다. 3) 해석 시뮬레이션을 통해 제안된 실험기법에 대한 안전성, 실현성, 적용성 등에 대한 타당성 검증을 수행하고 이를 반영하여 실험기법을 수정 제안한다. 4) 실제 구조물 적용을 위한 본 실험 수행 전 소수의 예비실험 수행을 통해 제안된 구조물 내충격 성능평가기법을 검증한다. 5) 예비실험 결과를 바탕으로 제안된 실험기법을 수정하여 최종 제안한다. 2차년도의 연구목표는 부재실험 수행을 통한 실험기법 검증 및 최종 수립이며 다음과 같은 연구수행과정을 통해 달성한다. 1) 1차년도에 제안된 실험 기법을 활용하여 본 실험 계획을 수립하고 수행한다. 2) 해석 시뮬레이션을 통해 실험결과의 타당성을 검증하고 이를 반영하여 실험기법을 수정하고 최종 수립한다. 이 때, 제안하는 실험기법은 필요한 실험장비 및 악세서리 구성과 시험세팅, 계측방법 등에 실험수행의 제반사항에 대해 제안하도록 한다. 그리고 위의 연구수행과정 및 연구내용이 제대로 추진 될 수 있도록 구체적으로 다음과 같은 연구대상범위, 방법을 설정하였다.
연구대상범위에 대해서는, 기존 연구들의 한계를 극복하기 위해 사회기반시설에 실제 적용이 가능하도록 대형 부재를 포함한 내충격 성능평가 실험기법을 제시한다, 이 때, 대형부재는 충격하중 발생 시 위험도가 높은 원전구조물, 대형 플랜트 등의 벽체를 모사할 수 있는 수준 이상의 크기를 확보하도록 한다. 또한, 발생 시 위험성이 높은 항공기 충격하중을 모사를 가능하게 하여 실험기법의 실제 적용 가능성과 활용성을 향상시키고자 한다.
그리고 연구방법에 대해서는, 다음과 같은 세계 최고 수준의 극한성능실험센터 연구 인프라를 활용하여 다양한 변수를 고려한 내충격성능 평가실험기법 개발 및 신뢰성 있는 실험을 수행한다.
- 균질재료 내충격성능 평가에 특화된 19 mm SHPB 장비, 비균질재료 내충격 성능평가에 특화된 76 mm SHPB 장비를 활용하여 사회기반시설에 사용되는 재료의 동적 거동 관측 및 내충격 성능평가를 수행한다. 이를 구조물 내충격 성능평가 실험기법 제안과 해석 시뮬레이션 연구의 인풋 데이터로 활용한다.
- 대형부재의 거치 및 실험, 항공기 충격하중의 모사가 가능한 특화 실험장비인 중속가스건 실험시설을 활용하여 실제 벽체를 모사하여 실험을 수행한다. 이를 통해 부재의 거동 관측 및 내충격 성능평가를 수행하고, 경계 조건, 하중 조건 등 다양한 변수를 통해 최적화된 내충격 성능평가 실험기법 개발에 활용한다.
- 최대 1 MHz로 데이터 획득 가능한 고속 DAQ system 및 최대 50,000 FPS로 촬영 가능한 고속카메라, 레이져 변위계, 레이져 속도계 등 고사양 계측기기를 활용하여 안정적이고 정확도 높은 계측을 실시한다.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 1차년도의 연구목표는 구조물의 내충격 성능평가 실험기법의 제안이다. 1차년도의 연구목표는 다음과 같은 연구수행과정을 통해 달성한다. 1) 기존 연구 분석을 통해 기존 연구들의 한계점 및 문제점을 확인한다. 2) 한계점을 극복할 수 있는 구조물 내충격 성능평가 실험기법을 제안한다. 3) 해석 시뮬레이션을 통해 제안된 실험기법에 대한 안전성, 실현성, 적용성 등에 대한 타당성 검증을 수행하고 이를 반영하여 실험기법을 수정 제안한다. 4) 실제 구조물 적용을 위한 본 실험 수행 전 소수의 예비실험 수행을 통해 제안된 구조물 내충격 성능평가기법을 검증한다. 5) 예비실험 결과를 바탕으로 제안된 실험기법을 수정하여 최종 제안한다. 이 때, 제안하는 실험기법은 필요한 실험장비 및 악세서리 구성과 시험세팅, 계측방법 등에 실험수행의 제반사항에 대해 제안하도록 한다.
연구성과 기술적 기대성과 본 연구를 통한 기술적 기대성과는 크게 세 가지로 첫 번째는 구조물 내충격 성능평가해석 시뮬레이션 툴의 구축이다. 두 번째는 구조물 내충격 성능평가실험 데이터베이스 구축이며 세 번째는 구조물 내충격 성능평가 실험기법수립이다.
첫 번째 핵심 성과인 내충격 성능평가해석 시뮬레이션 툴의 구축은 본 연구에서 수행되는 실험결과와 비교 분석을 통해 실험기법의 타당성 검증에 활용되며 추후 실험수행이 불가능한 경우 해석시뮬레이션 툴을 사용한 결과값을 연구에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 두 번째 핵심 연구성과인 구조물 내충격 성능평가실험 데이터베이스 구축은 기존 실험 결과들의 신뢰성, 일관성 부족으로 인한 공동 활용의 불가능한 한계를 극복하고 추후 연구에 활용되어 다양한 연구 수행 및 연구 활성화에 기반이 될 것으로 기대된다. 세 번째 핵심 연구성과인 본 연구의 최종목표인 구조물 내충격 성능평가 실험기법수립은 본 연구의 최종 목표로 개발된 실험기법을 활용하여 신뢰성 있는 실험 연구가 가능하며 이를 통해 극한하중에 대한 사회기반시설의 안전성 검증 및 안전성 확보 방안, 구조물 내충격성능 향상방안 등 추후 관련 연구의 활성화에 토대가 될 수 있을 것으로 기대된다.
사회 경제적 파급효과 본 연구를 통해 개발된 실험기법을 활용하여 초장대 교량, 초고층 빌딩, 대규모 가스 및 유류 저장시설, 원자력발전소, 대형 플랜트 등 주요 사회기반시설의 극한하중에서의 안전성을 검증, 확보하도록 방안을 마련하여 안전한 사회를 구축하고 이를 통해 국민의 삶의 질 향상에 기여하는 사회적 파급효과를 가져올 것이다. 또한 신뢰성있고 공동활용이 가능한 실험기법 및 데이터베이스 구축을 통해 이후 구조물의 내충격성능평가기술의 개발을 위한 추후연구에 필요한 연구비용 및 시간을 효율적으로 사용할 수 있게 될 것이고 궁극적으로 이후 성능평가기술의 개발로 사회기반시설의 안전성확보를 통해 최근 점점 증가하고 있는 극한하중으로 의한 구조물의 피해규모를 줄이는 경제적 파급효과를 가져올 것이다.
활용방안 본 연구로부터 개발되는 구조물의 내충격성능평가를 위한 실험기법은 사회기반시설의 내충격 설계 및 성능평가 연구에 활용될 수 있는 기초 연구로서 표준화된 실험기법을 통해 신뢰성과 일관성을 갖춘 실험데이터들의 획득과 이를 통합하여 관련 연구의 활성화에 이바지할 수 있을 것이다. 또한, 다음과 같은 기술적, 경제/산업적, 사회적 기대효과를 가져올 것이다.
- 기술적 기대효과: 개발된 실험기법을 통해 기존의 해석 의존적이고 재료에 국한된 실험 연구의 한계를 극복하고 신뢰성 있는 실험데이터를 획득함으로써 내충격 성능평가 실험 관련 기술의 발전이 가능하다.
- 경제/산업적 기대효과: 개발된 실험기법을 활용하여 극한하중에 대한 사회기반시설의 안전성을 검증하고 필요시 안전성 확보 방안, 구조물의 내충격성능 향상 방안 등에 대한 연구가 가능하며 이를 통해 최근 선진국들을 중심으로 그 규모가 빠르게 커지고 있는 재난·안전관련 연구 및 산업시장을 선도할 수 있다.
- 사회적 기대효과: 개발된 실험기법을 활용하여 초장대 교량, 초고층 빌딩, 대규모 가스 및 유류 저장시설, 원자력발전소, 대형 플랜트 등 주요 사회기반시설의 극한하중에서의 안전성을 검증, 확보하도록 방안을 마련하여 안전한 사회를 구축과 이를 통한 국민의 삶의 질 향상에 기여할 수 있다.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 극한상황 내충격성능 내충격성능평가 실험기법 내충격설계 해석시뮬레이션
영문 Extreme situation Impact resistance performance Experimental technique for evaluation of impact resistance performance Impact resistance design Analytical simulation
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