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과제기본정보

4차선급 도로용 신형식 경량 차음터널 구조 시스템 개발1년차

사업개요
사업개요
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 19CTAP-C152291-01
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 달리 분류되지 않는 건설/교통 | 달리 분류되지 않는 건설/교통 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 환경 | 소음 진동 관리 | 소음 진동 방지 저감기술 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 4차선급 도로용 신형식 경량 차음터널 구조 시스템 개발
주관연구기관 고려대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 지광습
소속 고려대학교산학협력단 직위 정교수
전화번호 02-3290-5863 FAX 02-927-5175
총 연구기간 2019-04-19 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2019-04-19 ~ 2019-12-31

(단위:원)

년도별 비용
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 130,000,000 6,850,000 59,550,000 66,400,000 196,400,000
과제기본정보
연구개발개요 ○ 지속적인 소음 민원 증가 및 기준 강화로 인한 차음터널 수요 증가

● 소음ㆍ진동 민원의 증가: 2012년 이후 소음ㆍ진동 민원 폭증, 2015년 이후 전체 민원의 50% 초과
● 차음벽의 한계: 직접 소음과 회절 소음 차단에 한계
● 완전차단 수요증가: 도로 인근 고층건물 건설 증가 및 의식 수준 상승
● ‘방음시설에 관한 합의문 서명’ (2013): 정부가 주도한 한국 토지주택공사와 한국도로공사 간 방음시설 합의문 서명으로 지속적인 방음시설 투자 및 건설 예상

○ 차음 시설물의 형태별 특징

● 흡음소재의 소음 저감 한계: 차음벽의 흡음소재는 설치환경에 따라 흡수할 수 있는 소음량 한계
● 반사형 차음소재: 민원 발생 구역으로의 소음 유입 저감에만 집중
● 차음벽 규모 한계: 풍하중으로 인해 차음벽의 높이는 약 15m 정도의 수준이 최대
● 차음터널의 제작 비용: 차음효과는 우수하나 차음벽에 비해 많은 비용 소요

○ 국내 차음시설 현황


● 차음시설 시장 변화: 차음벽 대비 차음터널 시장규모는 급진적 성장
● 차음벽 교체시기 도래: 2015년부터 교체대상 별도 집계 중. 전체사업 중 약 25% (2017년)
● 차음터널 사업 증가: 차음벽 관련 민원중 대다수가 차음터널 설치 요구

○ 국내 차음터널 시설 특성 분석


● 주로 H-거더형 구조 또는 트러스형 구조로 구성
● 터널형 구조를 만들기 위해 규격화된 H-거더의 휨가공 작업이 필요하여 중장비 소요
● 무거운 H-거더형 구조의 자중으로 인해 시공성 저하 및 하부구조의 하중부담 초과 우려
● 트러스형 구조는 설계 경량화가 가능하나, 다수의 접합부로 인해 제작 및 유지보수 어려움
● H-거더형 터널은 트러스형 터널에 비해 상대적으로 저렴하게 제작 가능
● 진출입부 회절 소음 및 내부 공기순환에 대한 대처 미비

○ 해외 차음터널 시설 특성 분석

● 도시 미관을 고려한 유려한 비선형 곡선 구조가 주류
● 미관이 강조되므로 전통적인 구조 단면으로는 설계 자중 증가 불가피

○ 국내ㆍ외 차음터널 시설 현황 분석 시사점

● 고층화 및 계속되는 소음문제로 인해 차음 터널의 수요 폭등
● 도시 미관과 부합하는 차음터널 설계 요구의 지속적인 증가 예산
● 다양한 비선형적 차음터널 단면 구조에 유연하게 대처 가능한 기술 개발 필요
● 하부구조 부담을 완화하는 경량구조 개발 필요
최종목표 신형식 차음터널 구조

○ 유연한 차음터널 설계 대응을 위한 최적 구조 단면 개발
○ 운전자 시인성 확보를 위한 단면의 빛 투과율 확보
○ 제작 용이성을 위한 체결부 개발
○ 신형식 차음터널 설계도면 확보
○ 형식별 전산 해석 및 비교 실험 수행 및 성능 인증

소음 방지 및 공기순환 개선 시스템
○ 공기순환 개선 검증을 위한 풍동 실험 수행
○ 출입부 회절 소음 저감 장치 개발
○ 단면 형상을 통한 공기순환 흐름 개선
○ 소음 저감 장치 검증 비교 실험 수행

신형식 차음터널 시제품
○ 차음터널 설계 기술 인증 확보
○ 차음터널 설계 가이드라인 작성
○ 파일롯 규모의 차음터널 시제품 제작
○ 시제품 검증 실험 수행

신형식 차음터널의 사업화
○ 연구기간 내 4억원 규모의 기술사업화
연구내용 및 범위 본 연구의 개발 목표를 달성하기 위해 신형식의 차음터널을 설계 및 개발하고자 한다.
차음터널의 최적의 성능을 확보하기 위해 기존 차음터널 구조형식별 장점을 조합한 새로운 구조형식을 개발한다. 차음터널의 심미성 개선을 위해 곡선형 제작이 용이한 부재 단면 및 체결부를 개발한다. 차음터널의 사용 성능 개선을 위한 소음 저감, 공기순환 개선 및 조도편차 저감 시스템을 개발한다. 구조 성능 및 사용 성능 실험을 통해 개발한 신형식 차음터널을 검증하고 사업화를 진행한다.

최종적으로 본 연구의 주요 목표는 다음 4가지 항목으로 요약할 수 있다.

(1) 제작성이 우수한 경량 차음터널 구조형식 개발
(2) 사용성능을 개선한 차음터널 시스템 개발
(3) 신형식 차음터널의 성능 검증
(4) 개발한 신형식 차음터널의 사업화


개발 요소 및 요소 목표

○ 나비형상의 거더용 부재 개발
- 공동(空洞)형 부재로 전체 구조 경량화
- 높은 빛 투과성으로 운전자 시인성 개선 (조도편차 감소)
- 차음터널 내 공기흐름 순환 개선

○ 우각부 날개형 접합부 개발
- 변단면 구성으로 지주부 휨모멘트 저감
- 휨모멘트 저감을 통한 전체 구조거동 안정화

○ 파이프형 체결부 개발
- 규격 파이프 채용으로 설계 용이
- 우수한 체결성으로 제작비용 절감
- 파이프 간격 조절을 통해 단면 변화에 유연한 대처
- 경량 부재로 전체 구조 경량화에 기여

○ 진출입부 타공판 개발
- 차음터널 진출입부 회절 소음 저감
- 진출입부 공기흐름 개선

최종 목표별 연구 내용

○이식 가능한 신형식 차음터널 구조

도로시설물 설계하중을 만족하는 신형식의 경량화 차음터널 구조 개발

1차년도
? 연구개발 자료 조사
설계 필요사항 정리, 기존 구조물 특성 조사 및 분석
? 구조 설계
전산해석, 개념설계 및 단면도 도출, 상세 도면 작성

2차년도
? 상세 설계
전산해석 및 분석
? 실험 수행
비교 실험 수행

○소음 방지 및 공기순환 개선 시스템

차음터널 구조물의 사용 성능을 위한 소음 및 공기순환 통합 시스템 개발

1차년도
? 연구개발 자료 조사
설계 필요사항 정리, 기존 구조물 특성 조사 및 분석
? 개념 설계
시스템 형성을 위한 개념 설계
? 실증 기반 마련
검증을 위한 실험 설계, Test-Bed 구축

2차년도
? 실험 수행
풍동 실험 수행

3차년도
? 성능 검증
검증 실험 수행, 실험 결과 분석 및 성능 확인

○신형식 차음터널 시제품
신형식 차음터널 구조물의 실증 및 시제품 제작

1차년도
? 실증 기반 마련
검증을 위한 실험 설계, Test-Bed 구축

2차년도
? 실증 및 인증
시제품 샘플 제작, 시제품 제작 및 인증

3차년도
? 실증 및 인증
구조 요소별 성능 인증 수행, 시제품 성능 인증 수행


○신형식 차음터널의 사업화
개발한 차음터널 구조물의 사업화

1차년도
? 사업화 기반 마련
수요처 및 경쟁 기업 조사, MOU 체결

2차년도
? 실증 기반 사업화 추진
구조계산서 및 설계 가이드라인 작성, MOU 체결

3차년도
? 사업화
국내수주 계약
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 - 주관연구기관(고려대학교): 차음터널 설계 기술개발 개념 정립
- 공동연구기관(동아이엔지): 신형식 차음터널 구조 설계 기술 개발
-주관연구기관(고려대학교)
○차음터널 설계 기술개발 개념 정립
? 하중 조건 등 설계 필요사항 정리
? 기존 차음터널 구조 특성 사항 분석
? 부재 수준 전산해석 수행
? 설계요건 검증을 위한 비교 실험 설계

-공동연구기관(동아이엔지)
○신형식 차음터널 구조 설계 기술 개발
? 기본 구조 개념 설계안 및 부재 단면도 도출
? 설계 요건 및 설계안을 바탕으로 한 설계 도면 작성
? 설계안 검증을 위한 Test-bed 구축
? 설계요건 검증을 위한 비교 실험 설계

연구성과 기술적 기대성과 ○ 기술적 기대효과
- 설계기술 발전을 통한 기술인력 양성
- 신규 기술요소의 제시로 기술 수요 형성
- 요소기술간의 연계성을 파악하여 타 구조물로의 기술력 확장

○ 학술적 기대효과
- 차음터널 건설 시장을 확대하여 기술 개발 연구 활성화
- 사회 인식 향상으로 다양한 연구분야의 유입 유도
- 차음터널 연계 기술 사업 확대를 통한 안정적 연구 인프라 확보
사회 경제적 파급효과 ○ 사회적 기대효과
- 차음터널 성능을 개선하여 주거지역의 민원 해결
- 차음시설 중요성을 재고하여 환경 소음차단의 필요성 환기
- 도시미관에 부합하는 차음터널

○ 사업적 기대효과
- 소음 대책을 확보하여 기존 저성능 차음시설 대체
- 차음터널 건설 시장을 확대하여 침체된 차음터널 시장 활성
- 타 구조물로 기술력을 확장하여 도로구조물 기술 사업 확대
활용방안 ○ 기술적 활용
- 신형식 차음터널의 설계 가이드라인 제시로 차음터널 설계 기술력의 도약
- 차음터널 소음 저감 기술 확보로 관련 기술의 도약
- 개발 성과물을 바탕으로 타 구조물로의 기술 확장

○ 사회적 활용
- 기존 구조물에 부담이 없는 경량구조로 주거지역 민원을 적극적으로 해결
- 시제품의 홍보를 통해 사회환경소음 저감을 위한 차음시설의 중요성 재고
- 유려한 형상의 차음터널로 도시미관을 개선

○ 사업적 활용
- 성능이 인증된 신규 차음터널 구조로 기존의 저성능 차음시설 대체
- 적극적인 사업화를 통한 차음터널 건설 시장 확대
- 차음터널이 요구하는 연계 기술 사업으로의 확대

○ 학술적 활용
- 다학제간 교류를 통한 복합분야의 연구경험 축적
- 연구 진행과정을 바탕으로 차음터널 분야의 연구수행 마일스톤 수립
- 연구성과를 토대로 하는 신규 연구영역의 발굴
핵심어
핵심어
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 차음터널 경량화 제작성 사용성능 사업화
영문 Noise barrier tunnel Lightweight Workability Serviceability Commercialization
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