| 연구개발개요 |
본 연구개발기술은 건축 및 토목분야에서 최근 수요가 증가하고, 모듈러 구조에서 주요 부재인 프리캐스트 구조용 보를 공장에서 원심성형 기법으로 생산하는 기술로, 기존 초고강도 PHC 말뚝의 콘크리트 강도인 100MPa이상의 콘크리트가 적용되며 원심성형에 의해 수밀성이 높아 내구성에 있어서도 우수한 초고강도 프리텐션 직사각형 보를 공장에서 대량 생산할 수 있는 제작기술임. 또한 제작단계에서 원심성형 거푸집에 형강을 고정하여 콘크리트 보 단부에 합성시켜 일반적인 강구조의 볼트이음이 가능한 연결부를 개선한 원심성형 프리캐스트 보의 제작 기술이며, 이렇게 생산된 원심성형 초고강도 보를 피암터널의 상부구조에 적용하는 공법기술임. 하부벽체의 시공 이후에 공장에서 원심성형으로 제작된 100MPa급 초고강도 콘크리트 직사각형 보를 현장으로 운반하여 기둥벽체 상부 면에 거치하고, 거더단부에 매립된 형강과 벽체 위에 설치된 형강 부재간 고장력볼트로 체결 후 바닥판 콘크리트를 타설하여 기둥벽체와 거더를 일체화시키는 공법으로, 동바리 없이 시공하여 시공이 간편하고 빠르며 우각부 강결시공 시 긴장력 도입과 같은 복잡한 추가 공정이 필요없는 피암터널용 원심성형 직사각형 보 공법. 1차적으로 상부구조를 프리캐스트로 시공하는 피암터널(또는 생태터널)의 공법을 개발한 후 저류조, 잔교 등의 토목분야와 물류창고, 아파트 지하주차장 등과 같은 건축분야로 활용방안을 확대해 나갈 수 있는 종합기술임.
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| 최종목표 |
최종목표 : 원심성형으로 제작된 100MPa급 초고강도 직사각형 보의 제작기술 개발 및 이를 상부구조로 하는 프리캐스트 피암터널 공법개발단계별 세부목표▣ 원심성형으로 제작된 직사각형 보의 설계 및 제작몰드 개발▣ 중공률 10%이하 100MPa급 배합비 및 제작기술(원심력) 도출▣ 원심성형으로 제작된 100MPa급 초고강도 직사각형보가 적용된 피암터널의 설계 및 시공기술개발원심성형으로 제작된 100MPa급 초고강도 직사각형 보를 상구구조로 하는 피암터털의 시공기술개발은 급경사지에 낙석으로 인한 피해를 방지하기 위해 건설되는 피암터널의 상부구조를 공장에서 원심성형으로 제작된 초고강도 직사각형보로 시공하여, 기존 현장제작 PC보 공법과 비교하여 공기를 30%이상 단축하고 상부공사비를 20%이상 낮추기 위한 목표를 위해 피암터널용 원심성형 보의 설계 및 시공에 대한 기술이 요구되며, 이를 개발하는 것을 최종 목표로 하였음.
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| 연구내용 및 범위 |
1단계(2021.04~2022.12)▣ 원심성형을 이용한 초고강도 직사각형 보의 제작기술개발● 기존 PHC파일 생산시스템을 활용하기 위한 방안 도출 : 기존의 단계별 수작업에 의존하던 파일생산 업체가 대형화하며 생산라인방식을 구축하여 대량생산이 가능/기존의 생산라인을 활용하여 원심성형 콘크리트의 장점을 최대한 활용한 직사각형 보를 생산 ● PSC 각형보의 제작을 위한 원심성형용 거푸집 설계 및 제작 : PHC파일의 원심성형 거푸집의 내부에 강판을 사용하여 직사각형 단면으로 내부거푸집을 형성/거푸집은 원심성형시 회전속도를 고려하여 안전하게 2분절로 구성하며 중공률을 10%이하로 하기 위해서 거푸집 몸체에 콘크리트를 투입할 수 있는 개폐식 홀(hole)을 마련하고, 원심성형 전 덮개판을 볼트로 체결하여 폐쇄하는 구조로 제작● 단부에 형강이 매립된 원심성형 직사각형 보의 생산기술 개발 : 기존에 공장에서 생산되는 다수의 프리캐스트 보가 현장에서 다른 부재와의 이음에 어려움을 가졌던 부분을 개선하기 위하여, 원심성형단계에서 단부에 H형강을 매립시켜 원심성형 보를 생산하는 기술개발● 중공율을 최소화하기 위한 원심성형 속도 및 100MPa이상의 콘크리트 배합비 개발 : 원심성형을 통해서 발생되는 중공단면은 직사각형 전체단면에 10%이하로 생성되어야 한다. 따라서 축소모형몰드에 대한 시험을 통해서 중공률이 5%이하에서도 원심성형이 가능하다는 결론으로부터 중공률에 대한 상한선을 10%로 하여 100MPa급 초고강도를 발현할 수 있는 원심성형용 콘크리트 배합설계를 개발할 계획● 단부에 형강이 매립된 초고강도 직사각형 보의 시험생산 : 단부에 형강을 배치하고 직사각형 단면을 유지시키며 강봉에 프리스트레스를 도입하여 보강한 길이 10m인 프리텐션 원심성형 보를 시제품으로 생산▣ 원심성형으로 제작된 초고강도 직사각형 보의 구조성능 검증● 원심성형 초고강도 보의 최적설계 : 최적화 매개변수를 바탕으로 휨강성을 최대화할 수 있는 최적단면의 초고강도 원심성형 보를 찾아내어 제시할 계획이며, 동시에 제작상에 문제점이 없는 설계를 수행● 원심성형 초고강도 보 시제품의 휨 및 전단성능 시험 : 시제품에 대한 구조성능 시험은 가력하중 150tonf 만능시험기를 사용하여 4점재하 휨 성능시험과 4점재하 전단성능 시험을 2회에 걸쳐 수행하며, 시험결과의 검증 및 인증을 위해 한국건설생활환경시험연구원(KCL)에 시험을 의뢰● 바닥판과 합성된 원심성형 초고강도 보의 성능시험 및 분석 : 벽체상면 위에 가설된 초고강도 원심성형 보는 바닥판 콘크리트와 합성된 후에 공용하중을 받게 되는 데, 원심성형 보와 바닥판 사이에는 휨에 의해 수평전단응력이 발생되고 이는 스터드나 수평철근등의 전단연결재를 통해서 보와 바닥판은 합성거동을 하게 된다. 원심성형으로 제작되는 단계에서 바닥판과 합성거동을 위해 보의 상부에 설치되는 스터드나 수평전단철근의 배치는 공정상에서 시공성을 결정하는 중요한 변수가 되기 때문에 사전에 형강재에 스터드를 부착한 후 보의 상단에 형강을 매립시켜 원심성형 할 수 있는 방안을 제시● 원심성형 초고강도 보와 하부구조의 연결부 성능시험 및 분석 : 부모멘트부에 대한 거동을 확인하기 위하여 원심성형 직사각형보로 제작된 부모멘트 우각부 시험체를 제작하여 우각부 형강연결장치에 따른 캔틸레버 시험체의 설계하중 및 변위에 대한 구조안전성을 검증● 원심성형 초고강도 보의 표준화 및 설계/시공 지침서 제시 2단계(2023.01~2023.12)▣ 초고강도 직사각형 보를 상부구조로 하는 피암터널의 설계 및 시공● 피암터널 모델 가상설계 수행 : 국내에서 시공예정이거나 완료된 피암터널을 대상으로 설계도서(구조계산서, 도면, 수량산출서, 내역서)를 확보하여 기존 설계에서 적용된 현장제작 PSC 보를 본 과제를 통해서 개발된 초고강도 원심성형 보로 대체하여 구조계산→도면화→수량산출→내역서를 작성/작성된 설계도서를 기초로 공사비를 포함한 경제성 등 다양한 지표로 기존 공법들과 비교를 통해서 개발 공법의 우수성을 홍보할 수 있는 자료를 만드는 데 사용● Test Bed (지자체발주 피암터널 or 생태터널) 확보 및 적용● 생산성 및 원가계산을 통한 경제성 분석 : 일반적으로 몰드에 콘크리트를 투입하고 증기양생으로 일일 1부재 씩 생산되는 PC방법 대비 원심성형으로 제작된 각형보의 생산성 비교와 콘크리트 재료간 수화반응을 통해 강도발현이 되는 일반 PC제품과 원심성형 다짐의 물리적 성형방법을 도입한 본 연구 방법의 원가분석을 통한 경제성 평가를 수행▣ 신기술 인증● “초고강도 원심성형 직사각형 보” 우수제품 조달 인증 ● 피암터널 기술로 방재신기술 인증절차 실시
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