| 연구개발개요 |
최근 전 세계적으로 큰 지진이 발생함과 동시에 수많은 인명 및 재산피해가 발생하였으며, 토목 및 건축구조물, 사회기반시설물 등에 심각한 피해가 발생하고 있음. 또한, ‘불의 고리’라고 불리는 환태평양 지진대에 속한 나라의 경우 거의 모든 메가 지진과 지진해일이 주기적으로 발생하고 있음.불의 고리에 속한 아이티와 칠레의 경우, 규모 7.0 이상의 지진이 발생한 아이티와 규모 8.8의 지진이 발생한 칠레의 지진 규모는 불과 1.8밖에 차이가 발생하지 않지만, 에너지 강도는 그 차이가 500배가 넘는 강한 위력의 지진이 발생하였음. 하지만, 인명 및 재산 피해는 칠레가 약 700명, 아이티는 약 30만명에 달함.지금까지 내진성능에 초점이 맞추어졌던 고층 구조물이나 빌딩, 교량 등과 달리, 그림 3에서 보는 바와 같이 일상생활에서 가장 많이 사람이 거주하고 생활하는 학교, 개인주택, 상업건물 등의 공공시설은 비보강 조적조 벽체와 철근 콘크리트 슬래브로 구성되어 있는 조적식 구조물이 대부분임. 이러한 조적식 구조물은 건설이 용이하면서도 충분한 강성을 가지고 있기 때문에 세계적으로 저층 구조물에 많이 사용되어 왔으나, 내진성능에 매우 취약하다는 단점이 있음.또한, 조적식 구조물은 전 세계적으로 중·저층 주거 및 상업시설, 종교용 건축물, 학교, 관공서 등의 용도로 폭넓게 사용되고 있으나, 지진과 같은 횡력 발생 시 접착력을 잃거나 미끄러지면서 파괴될 수 있어 수많은 인명피해가 예상됨.본 연구에서는 기존 노후화된 조적식 구조물의 내진성능 향상과 신속한 보수·보강을 위해 폴리머계 재료를 활용한 분사형 폴리우레아 내진성능 보강 시스템을 개발하고자 함.제안하고자 하는 폴리우레아를 이용한 조적식 구조물의 내진성능 보강공법의 경우, 건물에 사람이 주거하는 동안에도 신속한 보수·보강시공이 가능하기 때문에, 기존 건물을 폐쇄하지 않아도 되는 점이 가장 큰 장점이라 할 수 있으며, 이를 통해 시간적, 경제적으로 효율적 시공이 가능하고, 무엇보다도 공사비 절감효과를 가져올 수 있음.분사형 폴리우레아를 이용한 구조물 보수·보강공법은 내진의 핵심인 내력 및 연성능력을 증진하여 에너지 소산능력을 갖게 하는 기술임. 또한, 기존 강판보강공법과 달리 보강 부위의 하중 증가량이 적어 구조물에 큰 영향을 끼치지 않으며 부식에 대한 안정성을 가지고 있음.
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| 최종목표 |
조적식 구조물(토목, 건축)에 적용 가능한 내진 보수？보강용 폴리우레아 재료개발 및 스프레이식 폴리우레아 보수보강공법 시스템 개발을 통해 조적식 구조물의 저비용 급속 내진보강기술 개발조적식 구조물에 적용가능한 보수보강용 폴리우레아의 최적 배합비 도출폴리우레아 시공공법 개선방안 제시보수보강용 폴리우레아 재료성능 평가를 통한 물성 검증조적식 구조물 벽체 축소부재의 휨강도 및 진동대 실험을 통한 내진성능 검증실제 조적식 구조물의 테스트 베드(Test-bed) 구축을 통한 현장 적용성 평가
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| 연구내용 및 범위 |
본 연구에서는 기존 노후화된 조적식 구조물의 내진성능 보강을 위해 폴리우레아의 물성개선을 위한 연구를 수행하고자 함. 고연성 및 고인성 효과를 나타내는 내진보강재료를 개발하기 위하여 보수보강용 폴리우레아의 최적배합비를 도출하고, 구성물과 함유량을 조절하여 다음과 같은 보수·보강용 폴리우레아 재료에 대한 재료성능시험을 실시하고자 함.(시험종류 : 인장강도 및 신장률, 부착성능, Shore 경도)노후화된 조적식 구조물의 보수·보강용 폴리우레아를 도포하기 위해 기존 분사용 장비시스템의 성능을 개선하여 정확한 분사량과 분사범위를 확보하여야 함. 기존 장비로는 도포방법이 상이하거나 분사거리가 너무 멀어져 도료가 비산하거나 도막이 얇아져 일정한 두께로 도포하기가 어렵기 때문에, 최적물성을 확보하기 위한 분사노출 및 분사각도에 따른 스프레이 분사성능의 표준화된 방향제시를 하고자함.재료성능이 검증되고 노즐시스템이 개선된 이후, 조적식 벽체에 적용하기 위해 일반 사각 공시체 크기와 유사한 조적식 중공 공시체(굴뚝형상)를 그림 8에서 보는 바와 같이 제작하여, 개발된 폴리우레아 재료를 도포한 후 수직 및 수평 강도시험과 내구성 시험을 수행함.(시험종류 : 압축강도, 휨강도, 산환경 노출, 자외선 노출, 탄산화 노출, 동결융해)재료성능 및 내구성 시험은 국가공인인증기관에 의뢰하여 측정하도록 하며, 공인시험성적서를 통해 데이터 및 결과에 신뢰성을 부여하도록 진행함.조적식 구조물은 그림 16에서 보는 바와 같이 지진과 같은 수평하중이 발생하게 되면 충격을 이기지 못하고 무너져 내리거나 심각한 손상이 발생할 수 있음. 따라서 이러한 조적식 구조물의 벽체를 대상으로 모형실험을 통해 보강성능을 검증하고자 함.2차년도에는 조적식 벽체의 내진성능을 평가하기 위해, 조적식 구조물의 벽체를 일부 떼어내어 실험체화 한 축소모형을 그림 17에서 보는 바와 같이 제작하여, 1차년도에서 개발된 보수·보강용 폴리우레아를 분사함. 보수보강용 폴리우레아를 도포한 보강 시편과 도포하지 않은 무보강 시편을 대상으로 수평 휨강도 실험과, 진동대를 이용한 동적거동 실험을 통해 벽체의 보강효과 유무에 따른 거동을 비교·분석하고자 함.조적식 구조 벽체의 축소부재 실험이 완료되고 폴리우레아의 보강성능이 검증되면, 그림 18에서 보는 바와 같이 실제 노후화된 주택, 또는, 공공기관 시설 중 한 곳을 선정하여 테스트 베드(Test-bed)를 구축하고 현장에 적용하고자 함.실제 현장적용을 통해 보수·보강용 폴리우레아의 적용 가능성과 신속한 보강 가능성을 검증하고, 내진보강과 더불어 보수·보강공법의 실용화를 도모, 적은 공사비용으로 최적의 내진성능 개선효과를 증명하고자 함.
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