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과제기본정보

유전개발용 리그매트 및 교량바닥판용 착탈조립식 경량 복합소재 데크 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 건설기술연구사업 과제번호 07CCTI-C043414-02
국가과학표준분류 1순위 건설·교통 | 시공·재료·건설관리 기술 | 건설용 신소재·재활용 기술 적용분야 -
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 유전개발용 리그매트 및 교량바닥판용 착탈조립식 경량 복합소재 데크 개발
주관연구기관 (주)국민씨아이
총괄연구 책임자 성명 이성우
소속 국민대학교 산학협력단 직위 전임연구교수
기관 대표번호 02-910-5390 FAX 02-910-5310
총 연구기간 2006-12-20 ~ 2009-12-16
당해연도 연구기간 2007-06-20 ~ 2008-06-16

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 163,000,000 16,500,000 106,000,000 122,500,000 285,500,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 복합소재는 경량/고강도/내부식/고내구성 특성으로 기존의 건설재료인 콘크리트의 열화와 강재의 부식 문제를 근본적으로 해결할 수 있고, 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있으며, 경량특성으로 획기적으로 자중을 줄여 줄 뿐만 아니라, 공기를 대폭 단축시켜 공사비 절감을 도모할 수 있다. 해외 선진국에서는 건설재료의 첨단화를 이룩한 국가가 미래 건설산업의 세계시장을 지배하게 될 것임을 인지하여, 첨단 건설재료인 복합소재를 활용한 혁신적인 기술을 경쟁적으로 연구개발하고 있는 추세이다. 국내에서도 첨단 건설재료 분야에서 세계적으로 선도적 위치를 점유하고, 국제 경쟁력을 제고하기 위하여 조기에 국내기술을 개발하기 위한 노력이 절실하고 시급한 것으로 인지된다.
이러한 시대적 요구에 부응하여, 본 연구진에서는 건교부 건설핵심기술 연구개발사업의“신속시공, 경량/고내구성 복합소재 교량 바닥판 산업화 연구”과제로 연구지원을 받아, 과중량, 내구수명 저하, 고 유지관리 비용등의 단점이 있는 콘크리트 교량바닥판을 대체할 수 있는 복합소재 교량바닥판을 해외 선진국보다 앞선 수준으로 개발하였다.
본 연구에서는 본 연구진이 보유한 이러한 복합소재 교량바닥판 기술을 더욱 향상, 발전시키고 응용범위를 확대하여, 현재 해외시장 특히 유가급등으로 오일샌드 유전개발이 가속화 되고 있는 캐나다의 유전개발현장에서 진입도로 가포장용으로 종래에 사용하고 있는 무겁고 비효율적인 목재 가도 매트를 대체할 수 있는 효과적인 경량 리그매트(가도매트)에 대한 폭증되고 있는 수요에 부응하여 고부가가치, 수출 주도형 전략기술인 신개념의 조립식 경량 복합소재 데크를 개발하고자 한다.
본 연구에서는 기존의 복합소재 바닥판 결합기술인 수평방향의 암수 접착 결합방식을 획기적으로 변환시켜 국제적으로 기술을 선도할 수 있는 완전히 새로운 개념을 도입한 수직방향의 착탈 조립식 복합소재 데크를 개발하고, 이 수직 방향의 연결, 결합방식을 이용하여 유전개발용 복합소재 리그매트를 개발하고자 한다.
한편 국내외에서 현재 사용하고 있는 수평결합방식 복합소재 교량 바닥판의 시공성, 사용성 및 경제성을 대폭 향상시킨 수직결합방식의 교량용 복합소재 데크도 함께 개발 하고자한다.
이러한 수직결합 조립식 복합소재 교량용 데크는 경량/고강도/고내구성/신속시공, 해체가능 등의 뛰어난 특성으로 신설교량, 성능개선 교량, 재해 및 전쟁시 긴급복구용 교량 등에 세계적인 수요가 예상되므로 이에 대한 연구개발 지원이 절실히 요망된다. 특히 수직 조립식 데크를 비접착식으로 사용할 경우에는 바닥판 데크의 조립, 해체가 용이하고 데크간에 접착이 필요 없어 기존의 데크로는 이용이 거의 불가능했던 분야인 사용후 철거나 재사용이 필수적인 가도용 매트, 긴급복구용 교량, 가교, 복공판등에 활용될 수 있는 길이 열려지게 되어 국내는 물론 세계적인 시장성을 확보할 수 있을 것으로 전망된다.
조립 연결 구조는 못을 사용하지 않는 우리나라 전통의 목구조 연결 방법을 접목하고, 복합소재의 탄성 회복 특성을 이용한 이중 착탈 결구식으로 하여, 종래의 복합소재 구조부재 상호간의 기존방식 연결 개념의 발상을 획기적으로 전환한 방법이 될 것이다. 복합소재 데크의 착탈 조립식 결합구조의 개념은 이미 국제특허(미국 제 11/086951호) 및 국내특허(제10-0604251, 제 10-0586377, 제10-2004-0099041)로 등록하여 아이디어를 보호받고 있는 상태이며, 본 연구에서는 이러한 조립식 구조의 데크 단면과 이들을 비접착 및 접착식으로 결합한 패널, 그리고 이러한 데크를 다양한 형태로 결합하여 만든 여러 가지 유형의 매트구조와 복합소재 교량바닥판에 대해 각각 구조적인 안전성, 사용성, 시공성 등을 해석과 성능시험을 통하여 심도 깊게 검증하여 현장에서 직접 사용할 수 있는 수준으로 개발하고자 한다.
최종목표 본 연구에서는 경량/고강도/내부식 특성의 첨단 건설소재인 유리섬유강화 복합소재를 이용하여 유전개발 진입도로용 리그매트(가도매트)와 교량바닥판용으로 사용될 착탈 조립식 경량 데크 시스템을 개발하고자 한다. 이러한 복합소재 데크의 수직결합방식은 국내외에서 종래 사용하고 있는 수평결합방식의 기능성/시공성/사용성 및 경제성을 획기적으로 향상시킬 수 있도록 개발하며, 리그매트용 데크 단면과 이를 연결한 매트구조, 교량바닥판용 단면 등에 대해 설계, 해석, 시작품 제작, 성능시험 등을 통해 실용화 수준으로 개발하고자 한다.
연구내용 및 범위 1. 1차년도
1) 리그매트 해외 자료수집 및 분석
- 해외 현행자료 수집 및 분석
- 리그매트 연구 개발현황 조사
- 리그매트 적용사례 조사
- 현지 기후, 토질조건 조사
2) 수직결합식 복합소재 리그매트용 데크 튜브 본체와 단부 설계 및 해석
- 사용할 섬유, 수지 및 각종 첨가제 등 사용재료의 특성분석 및 선정
- 섬유구조 설계를 통하여 복합소재 적층 설계
- 데크의 수직방향 착탈 조립식 연결부 설계
- 착탈 조립부 결합, 이탈시 선형 및 비선형 해석
- 단일튜브 및 튜브조합 패널의 구조해석(유전개발용 차량하중 재하)
3) 복합소재 리그매트 시스템 설계 및 해석
- 매트 연결부 설계
- 매트 코너 연결부 설계
- 패널로 조합한 단일매트 구조해석
- 매트끼리 연결한 조합매트의 구조해석
- 극한 상태의 지반지지 조건(연약지반)시 해석
4) 폴리에스터 수지 리그매트 시작품 제작
- 수직결합식 데크 튜브 본체단면, 단부단면, 매트 연결부단면 금형설계
- 유리섬유 및 폴리에스터 수지조합 결정
- 수직결합식 데크 튜브 본체, 단부, 매트 연결부 인발성형 제작
- 데크를 조합한 단일매트 제작
- 단일매트끼리 연결 조립한 조합매트 제작
5) 폴리에스터 수지 리그매트 재료시험
- 제작된 리그매트 시편에 대한 인장, 압축, 전단시험 및 열팽창 시험 등을 통해 재료의 기계적, 물리적 특성 분석
- 제작된 리그매트 시편에 대한 촉진 내후성 시험, 내약품성 시험을 통해 재료의 내구특성 분석

2. 2차년도
- 폴리에스터 수지 리그매트 구조성능시험
- 폴리에스터 수지 리그매트 동파시험
- 폴리에스터 수지 리그매트 연약지반 지지시험
- 폴리에스터 수지사용 리그매트의 성능을 개선시키기 위해 타 수지(우레탄, 비닐에스터 등)를 사용한 리그매트 제작
- 타 수지 사용 리그매트 재료시험
- 타 수지 사용 리그매트의 구조성능시험
- 타 수지 사용 리그매트의 동파시험
- 타 수지 사용 리그매트 연약지반 지지시험
- 복합소재 리그매트 경제성 검토
- 복합소재 교량 바닥판에 대한 자료수집 및 분석

3. 3차년도
- 수직결합식 복합소재 교량 바닥판 튜브 본체와 단부 설계 및 해석
- 수직결합식 복합소재 교량 바닥판 거더 연결부 설계 및 해석
- 수직결합식 복합소재 바닥판 금형제작
- 수직결합식 복합소재 바닥판 시작품 제작
- 수직결합식 복합소재 바닥판 재료시험
- 착탈연결 결합부 성능시험
- 수직결합식 복합소재 바닥판 휨성능 시험
- 수직결합식 복합소재 바닥판 휨피로 시험
- 수직결합식 복합소재 바닥판 압축피로 시험
- 기존 노후교량 상부구조 교체시 복합소재 바닥판 활용방안 검토
- 복합소재 교량 바닥판의 경제성 분석
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 * 타 수지 사용 수직 결합식 복합소재 리그매트 설계 및 시작품 제작

* 수직결합식 복합소재 교량 바닥판 자료수집 및 분석
* 폴리에스터 수지 리그매트의 구조성능시험
* 폴리에스터 수지 리그매트의 동파시험
* 폴리에스터 수지 리그매트 연약지반 지지시험
* 타 수지 사용 리그매트의 시작품 설계 및 제작
* 타 수지 사용 리그매트 재료시험
* 타 수지 사용 리그매트 구조성능시험
* 타 수지 사용 리그매트 동파시험
* 타 수지 사용 리그매트 연약지반 지지시험
* 복합소재 리그매트 경제성 분석
* 복합소재 교량 바닥판 자료수집 및 분석
연구성과 기술적 기대성과 - 경량조립식 복합소재 리그매트는 캐나다 유전개발용 진입도로 가도용으로 종래에 사용되고 있는 무겁고 비효율적인 목재매트를 대체할 수있는 기술이다.
- 종래 목재매트는 중량이 무거워 설치 및 해체시 반드시 장비를 사용하여야 하나 이를 대체한 본 연구의 복합소재 가도용 매트는 두 사람이 들어서 설치, 해체가 가능하므로 설치 장비가 별도로 필요 없고, 매트상호간의 연결구조도 간단하여 용이하게 접속시킬 수 있어 시공성과 사용성 측면에서 상대적으로 탁월한 기술적 우위를 갖추고 있다.
- 종래 목재매트에서는 곤란했던 커브구간도 용이하게 처리할 수 있고, 매트 상호간 연결이 완전히 결합되므로 운송 장비의 주행성을 높여주고 안전성을 확보해 줄 수 있어 기존의 목재매트와는 탁월한 기술적 우위를 점거할 수 있어서 기술 경쟁력이 확보될 수 있을 것으로 기대된다.
- 복합소재 교량 바닥판인 경우 콘크리트 바닥판을 대체함으로서 경량?내부식?고강도 특성을 보유하고 있으므로 콘크리트 열화 및 철근 부식으로 인한 문제점을 근원적으로 해결한다.
- 성능개선이 필요한 교량의 바닥판을 경량 복합소재 교량 바닥판으로 교체하여 시공하면, 자중의 증가없이 교량의 승급이 가능하며, 수직결합 방식이므로 기존 콘크리트 바닥판 철거시 전단 연결재의 제거가 불필요하여 경제성과 시공성을 획기적으로 개선한다.
- 복합소재는 고내구성 소재이므로 구조물의 내구연한을 증대시키며, 유지관리가 거의 필요 없다.
- 복합소재 바닥판은 경량이므로 자중경감에 의해 내진성을 크게 향상시킨다.
- 수직결합식 복합소재 바닥판은 조립해체가 가능하므로 긴급복구 교량, 군사용 교량, 가교 등에 확대 적용할 수 있다.
- 복합소재는 경량 특성을 가지므로 운송 및 시공장비의 경량화가 가능하고, 바닥판을 신속하게 조립 설치할 수 있어 현장작업을 최소화 시키므로 공기단축 효과로 공사비를 절감할 수 있으며 수직조립 방식이므로 기존의 수평결합 방식에 비해 추가적인 시공성과 경제성이 확보된다.
- 복합소재 데크의 수직결합 조립방식은 조립과 해체가 용이하여 시공성과 사용성이 탁월한 세계적으로 완전히 새로운 개념의 복합소재 연결방법으로 이 분야 기술을 세계적으로 선도할 수 있을 것으로 기대된다.
- 첨단 복합소재를 이용한 신개념의 조립식 바닥판을 개발하여 국내 건설 기술력 향상은 물론 국제 경쟁력을 제고할 수 있다.
사회 경제적 파급효과 - 고유가에 따른 캐나다의 오일샌드 유전개발이 폭증함에 따라 이를 위한 진입도로용으로 종래 사용하고 있는 무겁고 비효율적인 목재매트를 본 연구에서 개발되는 시공성과 경제성을 동시에 갖춘 경량 조립식 복합소재 리그매트로 전면적으로 대체할 수 있어 대규모 수출이 기대된다.
- 조립식 리그매트는 캐나다뿐만 아니라 세계 각국의 유전, 광산, 벌채, 건설등에 가도로 사용될 수 있으며 긴급 작전도로, 헬리패드, 긴급 활주로 등 군사용으로도 사용될 수 있고, 전쟁 또는 재해시 긴급 복구용 도로등으로 사용될 수 있어 국내외적으로 광범위한 수요가 예상되므로 성공적인 개발시 세계적인 시장을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
- 수직결합 조립식 복합소재 데크 기술은 이미 국내 및 미국에서 특허등록을 받아 그 아이디어의 독창성이 인정된 상태이며 국제적인 보호를 받고 있으므로 본 연구의 실용화를 위한 검증개발 단계만 거치면 국제적인 경쟁력을 갖추어 상용화에 박차를 가할 수 있을 것으로 기대된다.
- 수직결합식 복합소재 교량 바닥판의 경우도 종래에 국내외에서 통용되고 있는 수평결합식 바닥판의 시공성과 경제성을 대폭 향상 시킨 것으로 경량/고강도/고내구성/신속시공/해체가능 등의 탁월한 특성으로 국내외적인 신설교량 및 성능개선 교량 바닥판 시장을 석권할 수 있을 것으로 전망되어 내수뿐만 아니라 이 역시 해외 특히, 복합소재 바닥판 교량이 활성화되고 있는 미국으로 수출할 수 있을 것으로 기대된다.
- 성능개선이 필요한 교량의 바닥판을 콘크리트 바닥판 무게의 1/5 수준의 경량 복합소재 교량 바닥판으로 교체하여 시공하면, 자중감소로 거더 및 하부구조 보강 없이 교량의 승급이 가능하므로 초기 공사비가 대폭 절감되며 수직결합 방식의 이점으로 경제성이 추가 확보된다.
- 내부식 특성으로 내구연한이 현격히 증가되어 구조물의 수명기간 대비 실질 투자비용이 감소하므로 건설비용에 대한 투자효과가 증대된다.
- 복합소재는 경량이므로 시공장비의 경량화가 가능하고 공기단축 효과로 공사비를 절감할 수 있다.
- 도심구간 교량 보수 또는 신설시 공장제작된 복합소재 바닥판을 사용하면, 차량통제 없이 공사가 가능하여 차량지체로 인한 에너지 비용을 현저히 절감하고 시민불편을 최소화시킨다.
- 복합소재는 내부식 소재이므로 유지관리가 불필요하여 유지관리비용을 절감한다.
- 공장에서 대량으로 생산하므로 품질관리가 용이하고 대량 보급 및 수출이 가능하여 국가 경제에도 일조할 수 있을 것으로 기대된다.
- 조립식 복합소재 리그 매트 데크인 경우, 유전개발, 벌목, 광산 등의 작업용 진입도로에 경량의 복합소재 매트를 사용하면 생태파괴를 최소화 시킬 수 있고 쾌적한 주변 환경이 보장되며, 매트 사용 후 해체, 제거 후에는 신속한 환경복원이 가능하다.
- 국내의 서해안 등지의 매립공사용 가도는 토공으로 연약지반의 안정을 꾀한 후 작업차량을 진입시키게 되나, 이 경우 갯벌의 교란으로 생태파괴를 유발하게 된다. 그러나 복합소재 리그매트를 공사용 진입도로로 사용하면 이러한 토공을 해주지 않아도 되므로 갯벌 생태계의 파괴를 최소화 시켜 주며, 공사용 차량 통행시 먼지 등이 날리지 않으므로 쾌적한 주변환경을 보장해준다.
- 복합소재 교량바닥판은 콘크리트 바닥판처럼 철근의 부식이나 콘크리트의 노후화 같은 문제가 없으므로 교량의 수명이 연장되어 보수공사가 거의 불필요하다. 따라서 오늘날 한강교량의 성능개선 및 보수공사를 하는 동안 교통통제의 장기화로 인하여 극심한 시민불편을 초래하는 경우가 없는 쾌적한 교통 소통이 보장된다.
- 복합소재 교량바닥판은 부식이 없으므로 항상 교량이 청결한 상태로 유지되어 도시 미관과 시민 정서를 안정시켜준다. 한편 지금과 같이 교량의 성능개선을 위해 보수공사를 하는 경우라도 본 연구의 복합소재 교량바닥판을 이용하면 공장에서 미리 제작된 바닥판을 현장에서 단시간에 거치하므로 공사기간을 현저히 단축하고 교통통제기간을 대폭 줄여주어 시민 불편을 최소화 시켜준다.
활용방안 ① 조립식 복합소재 리그매트 데크
- 유전개발용 진입도로 가포장
- 건설공사용 임시도로 가포장
- 광산, 벌채용 진입도로 가포장
- 군사용 긴급 작전도로
- 긴급 활주로 및 헬기착륙 패드
- 재해복구용 가도로

② 조립식 복합소재 교량 바닥판
- 복합소재 바닥판을 이용한 도로교 교량의 성능개선
- 복합소재 바닥판을 이용한 신설 교량의 바닥판 시공
- 재해 및 전시 긴급복구용 교량 바닥판
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
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국문 복합소재 바닥판 착탈식 연결부 리그매트 교량
영문 Composite Material Deck Snap-fit Connection Rigmat Bridge
최종보고서
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최종보고서 0480_유전개발용 리그매트 및 교량바닥판용 착탈조립식 경량 복합소재 데크 개발.pdf   다운로드
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