| 연구개발개요 |
O 엔지니어링 플라스틱을 활용한 RC기둥의 내진/내화성능 확보 기술 개발 - 높은 강성과 강도, 연성능력 등 구조적으로 탁월한 특성을 갖고 있는 엔지니어링 플라스틱을 활용하여 기존 건축물의 RC(Reinforced Concrete)기둥, 특히 필로티 구조의 RC기둥의 내진/내화성능을 확보하는 복합재난 피해저감 보강시스템을 개발하려고함. - 기존의 내진보강 구조물의 경우 화재에 대한 고려가 미미하며, 화재시 내진보강 성능을 대부분 상실하는 특성을 지님. 따라서 현재 내진 보강을 하기 위해서는 개별적인 내진/내화 보강이 필요한 실정으로, 비경제적이며 장기간의 복잡한 시공을 요하는 경우가 대부분임. 내진/내화성능을 발휘하는 엔지니어링 플라스틱 소재를 활용하여 저비용/단기간 시공가능한 피해저감 시스템을 개발하고자함.O DIY (Do It Yourself) 시공용 보강시스템을 활용한 기존 공사비대비 50% 이하의 내진보강공법 - 건축물의 내진보강의 절차는 건축물 안전진단, 내진성능검사, 내진설계, 내진보강 시공의 순서로 진행되고 그 단계가 복잡하고 장기간이 소요되어 인건비 등 내진보강 비용이 증가하게 됨. 엔지니어링 플라스틱을 활용한 저비용 DIY 시공가능한 복합재난 보강시스템은 안전진단, 내진성능검사, 내진설계의 절차를 생략하고 보강을 원하는 개인이 내진보강 유닛들을 직접 구매 혹은 주문하여 직접 시공하는 시스템으로, 50% 이하의 재료비 수준의 경제적인 비용으로 절약할 수 있음O DIY 시공용 내진보강 특허를 활용한 엔지니어링 플라스틱 복합재난 피해저감 시스템 - 주로 사용되는 내진보강 소재인 강재를 사용하는 ‘다가구 필로티 기둥의 DIY 보강용 내진보강 공법(그림3)’을 바탕으로, 저중량 소재인 엔지니어링 플라스틱으로 소재 변경하여 일반인도 손쉽게 시공할 수 있는 저중량 내진보강재를 개발함. - 본 연구에서 제안하는 기술의 핵심은 엔지니어링 플라스틱의 캐스팅 혹은 사출 형식의 생산방식을 통해 내진보강재의 유닛을 간편하게 제작하며, 현장에서는 간단한 볼트이음으로 일반인도 손쉽게 보강할 수 있는 DIY 시공방식에 있음. -- 내진보강재인 FRP 혹은 강재의 경우 다양한 크기, 형상의 제작에 제한적인 반면, 엔지니어링 플라스틱은 캐스팅 혹은 사출 형식의 생산방식으로 실제 건물에 맞는 다양한 크기, 형상 제작에 맞는 보강시스템 유닛 생산이 가능함. -- 내진보강의 시공에 있어 공사기간, 공사비 등을 대폭적으로 늘리는 요소인 모르타르, 앵커볼트, 접착제 등의 추가적인 시공 없이 내진 보강재 유닛을 현장에서 간단하게 볼트로 체결하여 DIY 시공이 가능한 보강시스템 개발. -- RC기둥, 특히 필로티 RC기둥 보강시 하부는 주차공간으로 사용되어 보강재 부피가 제한적으로 사용되어야함. 따라서 상부는 브라켓 타입으로 보 혹은 슬라브에 일체화 시키는 유닛으로 조립하고, 하부는 많은 부피를 요하지 않는 일정 두께의 엔지니어링 플라스틱판으로 보강함.O 신소재를 활용한 RC기둥의 내진/내화성능 확보기술의 구성 및 작동 원리 - 엔지니어링 플라스틱을 활용한 내진/내화성능 확보 기술은 기능적으로 크게 구조성능(Structural reinforced)과 내화성능(Fire resistance)으로 나눌 수 있음 - 엔지니어링플라스틱 보강시스템의 구조성능은 국내 주택분야에서 많은 부분을 이루고 있는 다가구 필로티 구조물의 RC(Reinforced Concrete) 기둥의 내진보강으로, 시공된 기존 구조체의 강도 및 연성능력을 증가시켜 지진시의 피해를 최소화시키는 성능임. -- 엔지니어링 플라스틱 소재는 높은 강도와 강성을 가지고 있어 건축 구조물에 적용하기 적합한 소재이며 내진보강재로 사용되기 적합한 높은 연성능력을 가진 소재임. -- 내진보강 방법은 벽 증설 보강, 브레이스 보강 등과 같은 강도보강과 강판 보강 및 탄소섬유 시트보강 등과 같은 연성보강의 두가지로 나눌 수 있음. 엔지니어링 플라스틱을 활용한 복합재난 보강시스템은 강도보강과 연성보강을 동시에 만족하여 실제 지진시 기존 구조체의 피해를 최소화할 수 있는 시스템임. -- 내진보강은 전문적인 시공기술을 요하며 보강재 또한 중량인 경우가 많아 인건비, 운반비 등의 시공비가 높으며 장기간의 시공기간을 필요로 하는 경우가 많은 반면, 본 연구에서 제시하는 보강시스템은 저중량인 엔지니어링 플라스틱 유닛을 모르타르, 앵커볼트와 같은 추가적인 시공단계 없이 간단한 볼트로 일체화하여 일반인도 손쉽게 이동, 시공할 수 있는 저비용/단기간 시공가능한 보강시스템임. - 엔지니어링플라스틱 보강시스템의 내화성능은 보강구조물의 화재에 대한 저항능력으로, 내화설계가 이루어진 기존의 구조물과 달리 건물 사용 중 추가로 시공되는 보강구조물에 대한 내화는 고려되는 바가 미미함.
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| 연구내용 및 범위 |
보강시스템 개발에 앞서 엔지니어링 플라스틱이 사용되는 국내외 산업 현황 조사 후 건축 구조물에 적용 가능한 엔지니어링 플라스틱을 분류 및 탐색함. 이를 통해 얻어진 소재적 특면의 내진/내화적 성능을 확인하기위해 국제표준 시험방법을 준수하여 재료 실험을 실시하며 내진보강구조물로 사용될 엔지니어링 플라스틱 구조적 물성치 파악함. 또한 내화성능에 취약한 기존 내진보강재의 문제점을 파악하여 일정수준의 재료적인 내화성능을 보유한 엔지니어링 플라스틱의 내진/내화 복합보강재로서의 사용성을 평가함. 이를 바탕으로 실지진, 화재시 거동 재현을 위한 해석적 재료 모델 완성하여 내진/내화보강 시스템 구성에 활용함. 기존의 내진/내화 보강기술 개념 정립 후 각각의 요소 기술들의 역학적 필요 거동 및 성능을 파악함. 엔지니어링 플라스틱 재료모델을 바탕으로 내진/내화 보강기술을 재현하며 이를 통해 새로운 DIY 시공용 복합재난 보강시스템을 완성함. 또한 엔지니어링 플라스틱의 저중량 특성을 활용하여 전문적인 시공기술 없이 일반인도 시공 가능한 보강시스템을 개발을 목표로 함. 기존 내진보강 시스템의 시공의 복잡성, 전문성 등을 파악하고 이를 해결하기 위한 저중량 엔지니어링 플라스틱의 유닛화 후 현장 단순조립 형식의 보강시스템을 개발함. 개발된 엔지니어링 플라스틱을 활용한 목표성능별 저비용/단기간 시공 가능한 복합재난 보강시스템의 구조적/내화적 성능을 검증하기 위한 실험을 계획하고 구조/내화실험체를 각각 제작하여 복합재난 보강성능 확인에 대한 실험을 진행함. 구조실험은 실규모 크기 단주기둥을 제작하여 반복횡하중 혹은 진동대 실험을 진행하며 엔지니어링 플라스틱을 활용한 내진보강 성능을 확인함. 내화실험은 표준화재곡선에 따른 온도를 배경으로 실험을 진행하며, 화재피해 저감성능, 화재로 인한 성능 저하 등 온도에 따른 엔지니어링 플라스틱의 내화성능을 검증함. 이를 통해 얻어진 복합재난 보강시스템의 화재시 거동으로 목표성능별 추가적인 내화설계의 필요성을 판단하고 이를 해결하기 위한 내화설계 형식을 제안함. 이러한 실험을 통해 얻어진 데이터로 시스템 설계의 완성도 향상시키며 이가 반영된 설계모델로 유한요소해석을 진행함. 목표성능별, 파라미터별 설계를 유한요소해석을 통해 진행하여 복원성, 피해저감성, 에너지 소산성 등 내진성능 및 내화성능의 검증함.
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