| 연구개발개요 |
○ 연구의 필요성● 2002년 태풍 루사(최대순간풍속 56.7 m/s), 2003년 태풍 매미(최대순간풍속 60 m/s), 2018년 태풍 제비(최대순간풍속 60 m/s) 등 한국 주변에서 슈퍼태풍으로 외장재와 지붕 손상, 구조물 피해 발생 ● 최근 기후변화로 태풍의 강도는 커지고 있으며, 2100년까지 태풍 최대풍속은 2~11% 증가할 것으로 예상1), 평균태풍강도는 약 14% 증가할 것으로 예상2)→ 현재 기준은 기존의 관측 데이터를 기반으로 통계적 해석을 통해 100년 재현주기 하중을 산정하나 이는 기후변화에 따른 슈퍼태풍 발생 증가를 반영하지 못함● 보통 수명이 30년인 일반 구조물과 달리 중요 인프라 시설의 경우 그 중요도로 인해 높은 안전성, 50~100년의 긴 수명 등이 요구되나 현재의 건축구조기준(KBC 2016)에서는 이를 제대로 반영하지 못함→ 교량, 고층건물 등 중요 인프라 시설에 대한 생애주기 신뢰성 확보 필요● 내진설계의 경우 다양한 연구와 가이드라인 개발을 통해 기존 코드 기반 설계법에서 비탄성해석을 통한 성능기반내진설계로 패러다임이 전환되었으나, 풍하중 설계는 여전히 등가정적하중의 탄성설계 수행→ 기후변화에 대응하기 위해 100년 재현주기 풍하중에 대한 탄성설계를 벗어나 다양한 재현주기에 대한 비탄성설계, 즉 성능기반 내풍설계 필요● 성능기반 내진설계를 통해 건물의 효율적인 연성 구조시스템 설계가 가능해졌지만, 내풍설계에서 탄성설계를 수행하여 구조물 전체의 연성능력 저하가 발생→ 성능기반 내진-내풍 통합 설계로 건물의 연성 측면에서 효율적인 설계 기법 개발 필요● 일본에서는 태풍 제비(2018)에 의해 선박 충돌로 교량 손상으로 교량 및 공항 폐쇄 등 구조물 손상에 따른 사회기반시설 마비로 2차 피해 발생→ 현행 건축구조기준에서는 태풍에 의한 비산물, 태풍과 동반된 너울성 파도에 의한 부표물 및 선박 등 충돌에 대한 설계 기준 부재● 태풍에 의한 비산물 및 부유물에 대응하기 위해 내충돌성·내충격성이 우수한 구조시스템 개발 필요→ Ultra High Performance Concrete (UHPC)를 활용한 인프라 시설 구조시스템 개발 필요● 교량, 초고층 건물 등 인프라 시설의 대형화, 고층화, 비정형화에 따라 초고강도 콘크리트의 수요 증가→ UHPC를 적용한 구조물의 성능 연구 및 설계 기준 필요● 국내의 시공기술에 비해, 구조설계 및 시스템은 외국 설계 업체에 의존하고 있으며, 해외 초고층 건물 시장에서 점유율과 수익률이 하락하고 있음→ UHPC의 특성을 고려하여 이를 적용한 교량, 초고층 건물 시스템 개발로 구조 기술의 자립화, 세계 시장 개척 필요● UHPC가 적용된 복합구조물에 대한 시장이 개척되고 있으며, 이에 따라 UHPC 복합구조물에 대한 성능 확인 필요● 주요 인프라 시설의 빠른 손상 복구 및 장기간 안정성 확보를 위해 UHPC를 적용한 보수·보강 방법 개발 필요● UHPC의 극한하중 거동 연구를 통해 장기간 생애주기에 대한 신뢰성 극대화 및 검증 연구 필요(a) 태풍 매미 피해 - 부산(b) 태풍 제비 피해 - 일본(c) 태풍 차바 피해 ？ 부산(d) 한국 역대 태풍의 최대풍속3)(e) 기후변화에 따른 태풍 풍속 기압 변화 예상4)그림 1.1 태풍에 의한 피해 및 기후 변화에 따른 슈퍼태풍 추이○ 연구개발의 중요성● 자연재해에 의한 피해는 주거시설, 교량, 사회기반 시설 등에서 피해가 크게 발생하며, 국내의 경우 자연재해 피해가 태풍에 집중되어 있음● 인프라 시설 피해는 시설물 손상과 수명감소 유발, 사회 경제적 손실과 함께 국민 안전에 위협이 될 수 있으며, 보수·보강 기간동안 사용할 수 없어 2차 피해 유발● 구조물 설계 시 슈퍼태풍에 대한 고려를 통해 생애주기 동안 유지관리 경제성을 확보하고 구조적 안정성 확보 가능● 전세계적으로 구조물의 대형화, 고층화로 UHPC 시장이 크게 증가하고 있으며, 구조 실험 데이터 기반의 구조 시스템 개발로 세계 시장 선도 가능그림 1.2 최근 10년간 원인별 자연재해 피해액 (기상청)그림 1.3 미국 UHPC 시장 규모 예상 (https://www.grandviewresearch.com)
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