| 연구개발개요 |
1. 연구배경 (국내배경 : 국내 지진 위험 증가)국내 지진 발생 빈도는 점차 증가 추세이며 2016년부터 급격하게 증가, 한해 200회 이상 지진 발생하고 있음. 특히, 경주지진과 포항지진의 발생에 따라 지진방재에 관한 국민적 불안감이 증폭되고 있음.(국내배경 : 노후화 국가 공공 건축물 증가와 내진 안전성 불안감)공공 건축물 중 준공 20년 이상 노후화 건축물은 전체 약 20만 동 대비 약 45%에 다다르며(2016년 기준), 향후 지속적인 증가가 예상됨.SOC 공공시설물은 62.3%의 내진율이 확보되어 있으나, 공공 건축물 및 학교시설물은 각 약 35%의 수준으로 다른 시설에 비해 현저히 낮은 수준임(2018년 기준).(국내배경 : 국내 내진보강 시장 전망)정부에서는 공공시설물 안전확보를 위해 내진보강 1단계(’11~’15년) 사업을 추진하였으며, 2단계(’16~’20년) 사업을 추진 중임. 포항지진 이후에는 내진보강 예산투자가 크게 증가하고 있으며(’18년 8244억원), 향후 예산투자가 증가 될 것으로 예상 됨.(해외배경 : 지속적인 강진 발생에 의한 지진 위험 증가)1900년~2017년 동안 전 세계적으로 규모 7.0의 강진은 1,350여 회 발생하였으며(연평균 17회), 이에 따라 세계 각국의 막대한 인적·재산적 피해를 초래하고 있음. (해외배경 : 내진보강 시장의 확대) 일본 고베지진에서는 노후화 건축물에 집중적인 피해가 발생하였으며 노후화 건축물에 대한 내진보강 대책은 세계 공통적인 문제점임. 또한, 불의 고리에 인접한 동남아 지진 다발 국가를 중심으로 수요의 확대가 있으며 내진보강 시장은 세계적으로 지속적으로 성장 중임. (해외배경 : 내진보강 관련 국내·외 업체의 한계)내진보강관련 시장은 다양한 연구개발을 통한 기술력과 국가 제도를 바탕으로 일본 주요 건설사들이 주도하고 있으나, 고비용의 취약점이 있음. 한편, 국내는 내진 기술개발은 중소기업의 틈새시장 공략용으로 인식되고 있으며, 해외 기업들과의 기술제휴를 통해 해외기술에 의존하는 경우가 많음.2. 연구개발 필요성 기존 제진장치를 이용하여 내진보강을 하는 경우, 개구부 내측에 X형 또는 K형 으로 설치되는 경우가 일반적이고 이에 따라 다음과 같은 문제점이 있음.1)생산성 : 누유방지·좌굴방지·성능확보를 위해 구성이 복잡해짐2)시공성 : 기존 구조물과 댐퍼 시스템의 접합부 보강 면적증가3)구조성능 : 보강면적 증가로 기존 건축물 다수 부위의 구조성능에 영향4)사용성 : 개구부 제한에 따른 공간기능과 미적기능 저하따라서, 생산성·시공성·구조성능·사용성이 우수한 저비용의 내진보강공법 개발하여 내진보강 효율성의 제고가 필요함.이 연구에서는 생산성·시공성·구조성능·사용성이 우수한 저비용의 내진보강공법의 개발과 단계적 검증을 통하여 내진보강 분야에 가성비와 효율성 높은 내진보강방법의 보급과 상용화를 촉진하여 노후화 공공 건축물의 내진성능 향상에 이바지함.
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| 연구내용 및 범위 |
1. [전단항복형 강재댐퍼 유닛요소의 최적화 설계기법 개발 및 실물 성능검증] 해외 연구사례 및 선행연구사례 조사를 통해 강재댐퍼의 구조성능에 관한 Data base를 구축함.기존 건축물에 요구되는 내진보강량을 고려하여 강재댐퍼 유닛요소의 초기강성(휨·전단변형 이론 기반)과 항복강도(소성해석 기반)를 조절하는 맞춤형 최적설계기법을 개발함. 유한요소해석과 구조실험을 통한 강재댐퍼 유닛요소의 설계기법 검증과 S-N곡선(피로곡선)을 이용한 강재댐퍼의 보유 변형성능 검증함. 2. [전단항복형 강재댐퍼 모듈 시스템의 목표성능 설계기법 개발 및 실물 성능검증] 강재댐퍼와 주변 지지구조를 포함한 모듈시스템에 대하여, 유한요소해석을 통해 구성요소별 힘전달기구를 분석함. 제진보강의 필수 조건인 기존 건축물의 손상 최소화를 위해 강재댐퍼 모듈시스템의 목표성능 설계법(변형이론 기반 강성비-항복내력 관계)을 정립함. 구조실험을 통해 목표 설계법 및 모듈 시스템內의 댐퍼 성능을 검증함.3. [모듈시스템과 기존 건축물 간 접합공법 개발 및 실물 성능검증] 유한요소해석을 이용하여 댐퍼 성능이 최대로 발휘되고 시공성이 우수한 강재댐퍼 모듈시스템과 기존 건축물 간 접합상세와 설계방법을 개발함. 구조실험을 통해 모듈시스템과 기존 건축물 간 접합부의 설계방법 및 성능(댐퍼 최대내력 발휘시 탄성상태 유지)을 검증함. 4. [제안 공법 적용 내진보강 한 건축물의 내진성능평가]강재댐퍼 댐퍼 모듈시스템의 내진성능 목표설정을 위한 기존 건축물의 내진성능을 평가함. 변수연구를 이용하여 댐퍼의 최적화 설계기법을 개발하여 S-N곡선을 이용한 댐퍼의 보유 변형성능과 요구 변형성능 비교·분석을 통해 해당 댐퍼의 변형성능을 검증함.주요 연구내용의 단계적 성능검증 및 평가를 통한 성과는 다음과 같음. 1. 시제품(데모단계) : 강재댐퍼 유닛, 강재댐퍼 모듈 시스템, 강재댐퍼 모듈 시스템과 기존 건축물 간 접합부2. 구조성능 공인 시험성적서 : 강재댐퍼 유닛, 강재댐퍼 모듈 시스템, 강재댐퍼 모듈 시스템과 기존 건축물 간 접합부3. 전단항복 강재댐퍼시스템의 시공 지침 개발(설계편/시공편/유지관리편)4. 전단항복 강재댐퍼시스템의 내진보강 최적 설계지침 개발(강재댐퍼 유닛요소 설계/강재댐퍼 모듈 시스템 설계/강재댐퍼 모듈 시스템과 기존 건축물 간 접합부 설계/해당댐퍼로 내진보강한 건축물의 내진성능평가)
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