| 연구개발개요 |
구조물의 혁식적인 내충격 성능향상을 위하여 카고메 트러스 구조에 기반한 새로운 배근법, 전단연결법을 개발하여 100년 동안 지속되었던 철근 콘크리트 구조물 설계의 프레임을 넘어선 차세대 내충격 설계법을 견인한다는 목적을 가지고 연구를 수행할 계획이며, 궁극적으로 인적, 자연 재난재해에 대한 사회안전망 구축？ 작용 하중의 피폭속도에 따라 구조재는 국부 전단파괴, 국부압축 항복, 부재 휨 파손과 같은 각기 다른 파괴패턴을 가지며, 각 파괴모드에 대하여 구조재의 저항능력이 현격히 달라짐. ？ 외부하중에 의해 구조물에 발생하는 변형을 Strain rate로 도시하면 Impact, Earthquake, Blast로 크게 대별할 수 있으며 이중 충돌하중은 다시 차량, 비행기, 살상무기에 의한 충격하중으로 구분됨. 피폭 속도를 가늠하는 Strain rate는 구조재료의 역학적 성질에 변화를 일으키며, 그 크기가 1.0 이상부터는 급격히 강도 증진계수(DIF: Dynamic Increasing Factor)가 커지면서 이로 인해 구조 요소의 파괴패턴 및 거동에도 변화를 가져오게 됨. ？ 내충격 구조의 저항능력을 피폭속도 Strain rate 범위에 따라 구분하는 점, 대변형-대변형률에 따른 해석의 정밀도를 고려하여 다음과 같이 최종 성과물을 설정하였음. ？ 첫 번째 성과물은 충격하중(impact)을 중심으로 살상무기 이하 충격 즉 자동차, 비행기 충돌급의 충격하중 범위(중간급 blast 하중 상응)로써 비행기 운항속도에 준하는 200m/s 급 고속 충격에 대한 저항성능 시스템 및 보강재이며, 두 번째 성과물은 자동차 충돌에서 발생하는 Strain rate =0.001 이상의 고속 내충격 구조의 거동을 분석하고 성능을 수치적으로 평가하는 내충격 구조재의 정밀해석 기술로 설정하였음. 단, 살상무기 충격부터 재료의 역학적 성질이 급변하는 것과 강도 증진계수의 불확실성이 매우 큰 점을 고려하여 Strain rate=1 이하를 중심으로 충격해석기술을 개발하는 것임.
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| 최종목표 |
인적, 자연 재난재해에 대한 사회안전망 구축의 장기적인 비전과 목적을 실현하기 위한 건설기술로써, 카고메 트러스 구조의 다형성에 기반한 200m/s급 고속충돌 저항형(기존 RC 대비 관입깊이, 손상면적 20% 저감) 내충격 구조의 원천 건설기술 개발 및 ？ 내충격 성능을 개선할 수 있는 관련 핵심요소기술개발을 위하여, 국방, 산업, 특수주거시설 등 적용분야와 적용환경에 따라 요구되는 성능을 설정하고, 실험실성능평가단계(TRL4)의 실험적 검증을 통해 시작품-실용화 단계(TRL5이상)를 위한 전방가치사슬(Forward value chain)로서 카고메 트러스 내충격 구조의 해석, 설계기술을 중점적으로 확보해 나가고자 함.
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| 연구내용 및 범위 |
카고메 트러스 구조를 이용하여 내충격 구조물의 피폭 표면의 하중을 등방적으로 분산시킴으로써 기존 콘크리트의 방폭 취약성을 획기적으로 개선하는 새로운 형태의 콘크리트 결합 복합 구조체를 개발하여 충격하중에 대한 내충격 성능을 개선하는 건축기술을 개발하고자함. 카고메 트러스 보강 콘크리트 부재의 분쇄효과를 고려한 하이드로코드 정밀 해석 분쇄효과와 텐서 기반 콘크리트 재료모델을 통합한 하이드로코드 정밀 해석 카고메 트러스 보강 부재의 고속 충격 정밀 해석기법 검증 및 보완카고메 트러스 내충격 시스템의 개발을 위한 실험실 수준의 평가는 충돌실험에 국한하여 이루어질 예정임. 폭발하중은 국방부의 엄격한 관리 감독에 의하여 민간 실험에서 현실적으로 구현하기 매우 어려운 상태이며, 기초원천기술개발을 위한 실험실 성능평가 단계에서는 구현이 불가능하기 때문임. 현재 가능한 실험실 수준의 충돌 실험은, 앞서 언급한 비행기 운행속도와 유사한 200m/s의 고속충돌실험이 가능한 상태이므로 이를 고려하여 피폭속도 200m/s 급에 저항하는 내충격 시스템을 최종 성과물로 도출하고 기술성숙도를 설정한 것임. 충격하중에 대한 내충격성능은 관통유무, 관입깊이, 손상면적 및 질량손실율 등을 기준으로 평가함. 카고메 트러스의 와이어의 직경, 피치, 매트릭스 재료 혼입 비율 등 다양한 변수에 대해 최적화된 내충격성능을 실험을 통해 평가하는 것을 한계가 있음. 따라서 카고메 트러스와 매트릭스 재료에 대한 해석모델을 구축하여 strain rate에 따른 고속변형거동과 파괴모드를 분석하여 실험실수준평가단계(TRL4)의 실험결과를 예측할 수 있는 해석기술이 필요하며 이를 고려하여 최종성과물과 성숙도를 설정한 것임.카고메 트러스의 다공질 셀에 매트릭스 재료가 혼합된 새로운 배근형태의 내충격 카고메 콘크리트(Kagome Concrete ？ KC) 구조에 대한 실험실 수준의 성능평가 단계를 통해 원천기술을 확보하고, 향후 실용화를 위한 후속연구와 상용화전략을 통한 기술사업화를 점진적으로 확대할 필요가 있는 연구임내충격 성능을 개선할 수 있는 관련 핵심요소기술개발을 위하여, 국방, 산업, 특수주거시설 등 적용분야와 적용환경에 따라 요구되는 성능을 설정하고, 실험실성능평가단계(TRL4)의 실험적 검증을 통해 시작품-실용화 단계(TRL5이상)를 위한 전방가치사슬(Forward value chain)로서 카고메 트러스 내충격 구조의 해석, 설계기술을 중점적으로 확보해 나가고자 함.
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