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과제기본정보

취약한 공공건물의 생애주기 지진붕괴확률 50% 저감하는 내진보강설계 원천기술개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C152179-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 자연재해 저감기술 적용분야 건설업
2순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 구조물 보수 보강기술 실용화대상여부 비실용화
3순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 시설물점검 진단기술 과제유형 개발
과제명 취약한 공공건물의 생애주기 지진붕괴확률 50% 저감하는 내진보강설계 원천기술개발
주관연구기관 한양대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 한상환
소속 한양대학교산학협력단 직위 정교수
기관 대표번호 02-2220-0870 FAX 02-2220-0407
총 연구기간 2019-04-19 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2021-01-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
3차년도 329,000,000 10,967,000 98,700,000 109,667,000 438,667,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ (사회이슈해결) 취약한 공공건물의 생애주기 지진붕괴확률 50% 저감하는 내진보강 설계 원천기술개발을 연구목표로 연구를 진행함.
○ 연구개발 주요 내용은 다음과 같음. 그림 1에 연구목표와 내용을 정리하였음.
(1) 생애주기 지진붕괴확률 평가위한 건물의 위치한 대상 (임의의)지역의 지진 재해도 기반 입력지진하중 선정방법/소프트웨어 구축,
(2) 취약 공공건물 기존 실험결과와 제한된 실험결과를 보완하기 위한 시뮬레이션을 기초한 부재특성 데이터 베이스구축,
(3) 취약 공공건물 지진붕괴확률 평가위한 정밀 및 간략 해석법 구축,
(4) 공공건물 지진붕괴확률 50% 저감 위한 보강 설계법/소프트웨어 개발은 이분야 전문가인 한양대학교 내진진동연구실 (한상환교수)에서 분담하고,
(5) 최적의 대상건물 보강기법 선정을 위한 효율적 대체 실험방법 구축은 많은 부재실험 노하를 갖고 실험관련 특허개발 실적이 풍부한 (주)페트라텍 (강병국대표)가 분담하여 원활하고 전문적인 연구진행을 하도록 함.
최종목표 취약한 공공건물의 생애주기 지진붕괴확률 50% 저감하는 내진보강 설계 원천기술개발
(1) 생애주기 지진붕괴확률 평가위한 건물의 위치한 대상 (임의의) 지역의 지진 재해도 기반 입력지진하중 선정방법/소프트웨어 구축
(2) 취약 공공건물 기존 실험결과와 제한된 실험결과를 보완하기 위한 시뮬레이션을 기초한 부재특성 데이터 베이스구축
(3) 취약 공공건물 지진붕괴확률 평가위한 정밀 및 간략 해석법 구축 (4) 공공건물 지진붕괴확률 50% 저감 위한 보강 설계법/소프트웨어 개발
(4) 최적의 대상건물 보강기법 선정을 위한 효율적 대체 실험방법 구축
연구내용 및 범위 연구목표를 달성하기 위한 주요 연구 내용은 다음과 같음.
○ 취약한 공공건물의 생애주기 지진붕괴확률 50% 저감하는 내진보강 설계 원천기술개발을 연구목표로 연구를 진행함. 연구목표의 구체성, 타당성 및 도전성을 확보하기 위한 중간 및 최종성과물을 그림 3으로 표시하였음.
○ 과제의 완성을 위하여 주관기관인 한양대학교 내진진동연구실 (한상환교수)과 공동연구관인 실험경험이 풍부한 페트라텍 (강병국대표)이 참여함. 주관연구기관에서는 다음네가지 항목을 담당할 것임:
(1) 생애주기 지진붕괴확률 평가위한 건물의 위치한 대상 (임의의)지역의 지진 재해도 기반 입력지진하중 선정방법/소프트웨어 구축
(2) 취약 공공건물 기존 실험결과와 제한된 실험결과를 보완하기 위한 시뮬레이션을 기초한 부재특성 데이터 베이스구축
(3) 취약 공공건물 지진붕괴확률 평가위한 정밀 및 간략 해석법 구축
(4) 공공건물 지진붕괴확률 50% 저감 위한 보강 설계법/소프트웨어 개발.
공동연구기관에서는 (5) 최적의 대상건물 보강기법 선정을 위한 효율적 대체 실험방법 구축을 담당할 것임. 공동연구기관인 페트라텍은 많은 부재실험 노하를 갖고 실험관련 특허개발 실적이 풍부하여 원활하고 전문적인 연구진행이 가능할 것임.
○ 각 네가지 항목은 다음과 같은 세부 연구목표를 바탕으로 수행될 것임:
(1) 생애주기 지진 붕괴확률을 결정하기 위하여 지진 재해도에 따른 입력지반 운동 선정이 필수적임. 따라서 국내 계기지진과 지질 특성 DB를 활용 및 구축하고 이에 대한 알고리즘을 개발할 것임. 또한 이를 바탕으로 재해곡선 기반 목표 응답스펙트럼을 구축하고, 지반운동 선정 알고리즘을 개발하고, 입력지진하중선정 소프트웨어를 구축할 것임.
(2) 공공건물의 붕괴해석을 위한 비선형구조해석 모델을 구축하기 위하여 구성 부재특성 DB구축이 되어야 함. 이를 위하여 취약공공건물의 부재특성 DB 자료를 확보하고 이에 대한 실험체를 제작할 것임. 또한 실험결과 기반 구조부재 수치모델을 완성하고 시뮬레이션을 통하여 취약 공공건물 부재특성 데이터 베이스를 구축할 것임.
(3) 공공건물 생애주기 지진 붕괴확률 평가를 효과적으로 하기 위한 간략해석법 개발은 반복계산을 요구되는 계산비용과 복잡한 비선형 해석모델의 어려움을 해결할 수 있는 실무적 중요한 사항임. 이를 위하여 공공건물 정밀해석 모델과 간략모델을 구축하고 대상건물에 대한 해석을 수행할 것임. 또한 간략모델 해석 수행을 위한 소프트웨어를 구축하여 해석법에 대한 소프트웨어를 구축할 것임.
(4) 대상공공건물의 최적의 내진보강방법을 결정하기 위하여 기존 개발된 갸별적 보강기법에 대하여 구조실험 진행하는 것은 매우 큰 비용과 시간이 소요됨. 이를 해결한 대체 실험방법 제안하여 최적의 보강방법 선정시 활용할 것임. 이는 실제 구조부재의 실험 결과에 대한 분석을 바탕으로 이를 대체할 수 있는 대체부재 시작품을 제작할 것임. 또한 대체 부재를 이용한 구조실험을 통하여 최적의 보강방법에 대한 선정을 수행하고 타당성을 평가할 것임.
(5) 공공건물은 지진후 기능을 유지하여야 하는 중요건물이므로 지진붕괴확률 50% 저감시킬 수 있는 정확한 보강설계법과 소프트웨어 개발할 것임. 이를 위해 공공건물의 붕괴해석방법을 구축하고 해석을 수행할 것임. 또한 붕괴확률 모델을 구축하고 이를 바탕으로 붕괴확률 50% 저감 위한 보강 설계법 제안 및 소프트웨어를 개발할 것임.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 - 주관연구기관(한양대학교):
(1) 지진의 연간발생률에 대한 위치별 구조별 재해곡선 구축 알고리즘 개발
(2) 취약공공건물 부재특성 DB자료 확보
(3) 공공건물 정밀해석 모델 구축
(4) 공공건물의 붕괴해석방법 구축
- 공동연구기관(페트라텍):구조부재이력거동 모사할 수 있는 대체 부재개발
- 주관연구기관(한양대학교):
(1) 공공건물 구조부재 특성 DB 보완을 위한 실험체 제작 및 부재실험
(2) 연간발생률에 대한 위치별-구조별 재해곡선 구축 알고리즘 개발
(3) 구축된 모델로 지반운동에 대한 비선형 시간이력해석/공공건물 정밀해석 모델 구축
(4) 공공건물의 붕괴해석방법 구축지반운동에 대한 공공건물의 붕괴해석수행
- 공동연구기관(페트라텍):
(1) 구조부재의 실험 결과 확보 및 분석
(2) 구조부재 (보, 기둥, 접합부)의 이력거동 모사할 수 있는 대체부재 개발
연구성과 기술적 기대성과 ○ 내진설계 기준 이전의 건축된 취약한 다수의 공공건물 지진 붕괴 확률 평가 및 내진보강설계에 적용될 것으로 기대하며 특히 공공건물의 보강기술과 정책 결정에 중요한 요소로 사용될 수 있다는 점에서 기대가 큼.
○ 구조형식 유사한 많은 공공건물의 최적보강방법 선정을 위하여 개발된 대체골조 실험은 비용절감과 함께 실험시간을 최소화 할 수 있는 최적이 방법으로 기대함. 개발된 대체 실험법은 특허와 사업화 가능하여 향후 내진보강시장 경쟁력 확보에 기여할 것으로 기대함.
○ 개발된 소프트웨어와 데이터베이스는 현장사용 장려를 위해 사용하기 쉬운 사용자 인터페이스 (User interface)를 보유하도록 할 것이어 그 기대효과가 크며, 구조 실무나 학계에서 크게 활용되는 구조해석 소프트웨어와 연동하여 신뢰성을 높임으로 학술적, 실무적 파급효과가 클 것으로 기대함.
사회 경제적 파급효과 ○ 붕괴저감 보강설계를 최종적으로 구조 실무 엔지니어들이 사용가능하도록 소프트웨어로 구축하게 되므로 그 파급효과가 클 것으로 기대함.
○ 개발된 내진보강설계 플랫폼은 공공건물이외의 다양한 건물에도 해석 모듈을 추가하면 붕괴 평가방법과 보강 설계법 활용 할 수 있어 그 확장성 및 파급성이 매우 큼.
○ 시스템수준에서 구조물의 전체적인 붕괴 확률 평가는 학술적으로 큰 가치가 있는 부분으로 본 연구는 학술적 기여도가 클 것임.
활용방안 ○ 본 연구에서 개발하고자 하는 신뢰성 기반 내진성능평가방법의 중요성은, 현재까지 개발된 대부분의 내진성능평가 방법이 부재단위에서 평가를 진행하고, 시스템수준에서 구조물의 전체적인 평가를 하지 못한다는 한계점을 극복할 수 있는 방법으로 정확한 붕괴평가와 붕괴보강설계에 활용 가능.
○ 본 연구에서 개발한 연구 성과물들은 연구과제 종료 후 개발된 기술을 구조 기술자가 실무에서 적용할 수 있도록 기술이전을 적극적으로 진행할 것임.
○ 본 연구를 통하여 제안된 보강설계 방법과 최적의 보강 방법 선정은 취약한 공공건물의 경우 그 수가 많고 구조형식이 유사하다하다는 점을 고려하면 그 활용 구모는 매우 클 것으로 기대함. 특히 공공건물 내진보강을 위한 정책 수립시 활용 가능함.
○ 본 연구에서 개발된 결과물의 구조실무 현장 활용을 활성화하기 위하여, 소프트웨어 플랫폼 형대로 제안됨. 또한 기존의 실무와 학계에서 사용하는 보편적인 구조해석 소프트웨어와 연계하여 그 신뢰성을 높임으로 많이 실무에서 사용될 것으로 기대함.
○ 국내외 관련학회에서 개발내용을 실무와 학계, 그리고 정책관련 담당자들에게 세미나 및 강연을 통하여 홍보 및 설명하여 그 결과물의 중요성을 인식하게 하고 개발된 소프트웨어를 사용할 수 있도록 적극적인 협조를 할 것임.
○ 연구과제에서 개발하는 소프트웨어는 범용 소프트웨어와 연동하여 본 연구의 연구성과를 범용 소프트웨어에서 활용 할 수 있도록 제작할 것임. 예시로써 지반운동 선정 소프트웨어의 경우 목표 지역의 위치, 지반조건 등의 조건과 사용자가 요구하는 조건을 입력할 경우 지역별-주기별 재해도 기반 목표 평균 응답스펙트럼과 평균 및 목표 스펙트럼을 고려한 입력스펙트럼을 범용 소프트웨어의 인풋으로 사용할 수 있도록 제작하는 것을 고려하여 개발할 것임.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 공공건물 붕괴확률 내진보강 대체실험체 소프트웨어
영문 public building collapse probability seismic retrofit alternative specimen software
최종보고서
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