| 1차년도 |
○ 기술개발 목표 : 변수분석을 통해 지하대공간 구현시 역타공법이 가능한 삼각유닛 CFT기둥과 단순 패널의 모멘트 접합부의 최적 단면형상을 결정하고, 해석적 연구를 통하여 개발 구조시스템의 구조성능을 검증할 것임 또한, 현행 설계법을 검토하여 개발 시스템에 적용하는 것이 적합한지 여부를 검토. 주관 및 공동 연구기관별 1차 연도 개발목표는 표 2.3과 같음.○ 목표 설정근거 : 기존 합성구조 시스템의 구조적 취약점, 제작공정 및 시공시 발생 가능한 문제점 등을 개선하기 위해서는 다양한 변수분석을 통하여 조립단면을 도입한 합성구조 시스템의 최적 단면형상을 도출하는 것이 필요함. 또한, 현장 적용을 위해서는 개발 시스템의 구조성능 검토 및 적합한 강도산정법과 설계법이 필요함.
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○ 개발 CFTU기둥의 단면은 그림 2.2에 나타낸 것과 같이 삼각형형태의 유닛을 4개 결합하여 제작하여 유닛 삼각형의 모서리가 맞대어 용접된 곳이 기둥면의 중앙에 위치하게 됨. 이는 기둥면 중앙에 스티프너를 설치한 것과 같이 기둥면의 국부좌굴을 방지하는 역할을 함. 따라서, CFTU기둥을 설계시 판폭(B)의 길이를 기둥폭의 절반으로 사용할 수 있기 때문에 경제적인 설계가 가능함. 특히, 휨모멘트에 비해 상대적으로 축력이 큰 부재에서 두께가 얇은 철판을 사용하여 기둥을 제작할 수 있기 때문에 경제적인 효과가 탁월할 것으로 판단됨. ○ 일반적인 각형 CFT기둥과 개발 CFTU기둥이 동일한 폭과 길이일 경우 콘크리트와 접하는 면적이 약 2.4배 크기 때문에 2.4배 큰 직접부착강도를 확보할 수 있을 것으로 판단됨. 또한, 개발 기둥은 콘크리트 타설을 위한 구멍이 있는데 이러한 구멍이 콘크리트 타설 이후 perfobond에 의한 추가부착효과로 추가적인 하중전달요소로 작용할 것으로 예상되어 별도의 전단연결재의 설치가 필요 없음.- 개발하고자 하는 합성기둥은 절곡형상 및 용접상세에 대한 면밀한 검토가 필요함. 따라서, 이 연구에서는 기본적으로 삼각형 유닛의 형태는 그대로 적용하되 다양한 치수와 두께 등을 변수로 그림 2.3에 나타낸 것과 같이 유한요소해석을 수행하여 기둥의 응력분포 및 변형을 검토함으로써 최적화된 합성기둥의 형태를 제시하고자 함. - 그림 2.4에 예시된 바와 같이 중심압축실험 및 편심압축실험을 수행하고자 함. 이때 합성기둥의 처짐 및 변형률을 계측하여 시공하중에 대한 기둥의 저항성능을 검토할 것임.- 콘크리트 타설 이후 합성단계에서 사용하중 및 극한설계하중에 대한 부재의 저항성능을 평가하기 위하여 실물실험을 수행하고자 함. 1차 연도에서는 CFTU기둥에 대한 시공단계와 합성단계에서 중심압축실험과 편심압축실험을 통하여 구조성능에 대한 검증을 수행할 예정임. 또한, 개발 부재에 적합한 강도산정법 및 설계법을 제안할 것임.
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
- 최적화된 제작성 향상 및 구조성능 확보가 용이한 조립단면 충전 각형강관기둥 및 접합부의 하중 저항성능과 콘크리트의 구속효과를 극대화할 수 있어 기둥의 강도 및 연성을 향상시킬 수 있음. 따라서, 물량절감 및 용이한 제작성을 확보할 수 있는 합성구조 시스템 기술 확보 가능. - 개발 보-기둥 접합부는 합성구조뿐만 아니라 철골구조와 철근콘크리트구조에도 호환성이 높기 때문에 다양한 현장에 적용이 가능할 것으로 기대됨 - 개발 합성구조 시스템은 높은 층고가 요구되는 건축물이나 가설작업을 최소화하여 설치가 가능하기 때문에 공기단축, 시공성 및 작업 안전성을 확보할 수 있을 것으로 기대됨.
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| 사회 경제적 파급효과 |
- 개발 합성구조 시스템은 공장에서 제작되어 현장에서 간단하게 배치가 가능하므로 공기단축 및 노무비 절감 효과에 따른 경제성 확보가 클 것으로 기대됨. - 설계·시공 지침서를 개발하여 개발기술의 현장적용 가능성을 높일 수 있을 것으로 기대됨. 특히 최근 건설시장에서 요구되는 초고층화, 장경간화에 맞물려 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 관련기술을 선도하는 구조시스템으로서 자리매김 될 수 있을 것임.- 현장 적용성 및 시공성이 우수한 합성구조 시스템 개발을 통하여 국외 기술에 대응할 수 있는 독보적인 국내 원천기술로 자리매김 함으로써 향후 해외시장 경쟁력을 확보할 수 있을 것임. - 개발 합성구조 시스템은 불필요한 폐기물을 발생시키지 않는 친환경 기술임. - 이 연구를 통하여‘제작성 향상 및 구조성능 확보가 용이한 조립단면 합성구조 시스템’의 단면형상 및 구조성능에 대한 실험 및 이론적 검증, 설계 및 시공 지침 작성, 시작품 제작 등을 수행함으로써 최적화된 합성구조 시스템의 우수기술을 확보하고 관련기술을 선도할 수 있을 것으로 판단됨. - 개발 기술에 대한 국내/국외 논문, 특허 출원/등록, 설계 및 시공 지침서, 보고서 등을 통하여 이 과제의 연구성과를 정량적으로 평가할 수 있을 것이며, 개발 기술의 현장 적용성을 확보하는 중요한 발판이 될 수 있을 것임.
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| 활용방안 |
？？ 제작성 및 구조성능이 우수한 합성구조 시스템의 원천기술 확보 - 기존 합성구조 시스템이 가지고 있는 구조적, 경제적, 시공적 측면의 문제점을 파악하여, 이에 대한 개선방안을 ‘제작성 향상 및 구조성능 확보가 용이한 조립단면 충전 각형강관기둥 및 접합부’개발에 적용함으로써 제작성, 내진성능, 구조성능과 시공성 및 경제성 향상 등을 확보할 수 있도록 함. 또한, 개발기술의 특허 출원 및 등록을 통해 개발기술에 대한 원천기술을 확보함.？？ 개발기술의 설계 및 시공상세 제시를 통한 현장적용 가능성 증진 - ‘제작성 향상 및 구조성능 확보가 용이한 조립단면 충전 각형강관기둥 및 접합부’에 대한 설계·시공 지침을 작성하여 실무자들의 이해도를 높이고, 이에 대한 홍보를 통해 개발기술의 현장적용 가능성을 증진시킬 수 있을 것임. - 그림 4.2에 나타낸 것과 같이 해석 및 실험적 연구를 통하여 시공단계 구조성능을 검증함으로써 개발기술에 적합한 강도산정법 및 설계법을 수립하고, 이를 시공 지침에 반영함으로써 공기단축, 작업자의 안전성 향상 등을 도모할 것임.？？ 학술발표 및 마케팅을 통한 개발기술 홍보 - 개발 합성구조 시스템에 대한 실험 및 해석적 연구결과를 국내외 저명 학술지 게재 및 학술발표대회 발표 등을 통하여 개발 기술의 우수성 및 장점에 대하여 적극 홍보함으로써 개발기술의 현장적용 기회를 확보할 수 있도록 지속적인 노력을 할 것임. - 기존 판매 및 영업망을 적극 활용하여 개발 시스템의 홍보활동을 전개할 것이며, 글로벌 마케팅을 위한 영문으로 브로셔를 제작하여 국내뿐만 아니라 국외 현장에도 진출할 노력을 기울일 것임. 또한, 소셜네트워크 기반의 글로벌 홍보활동을 전개하여 개발기술에 대한 국내외 홍보활동에도 적극적으로 노력을 기울일 것임.
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