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과제기본정보

강합성 교량 바닥판의 교체와 재시공이 용이한 분리식 전단연결재 및 모듈화 공법 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C164073-01
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 건설업
2순위 원자력 | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 과제유형 개발
과제명 강합성 교량 바닥판의 교체와 재시공이 용이한 분리식 전단연결재 및 모듈화 공법 개발
주관연구기관 (재단)국토교통연구인프라운영원
총괄연구 책임자 성명 정대성
소속 (재단)국토교통연구인프라운영원 직위 본부장
전화번호 031-324-1071 FAX 031-323-2087
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 160,000,000 10,000,000 90,000,000 100,000,000 260,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 콘크리트 바닥판의 손상으로 교량 전체를 개축하는 것은 경제적 손실이 너무 크기 때문에 바닥판만을 쉽게 교체/재시공함으로써 교량 전체의 수명을 연장하고 LCC측면에서 유지관리의 경제성을 높일 수 있는 모듈화기술 개발 필요
또한 노후 콘크리트 바닥판 철거 공사시 발생하는 소음/진동 및 미세먼지 등의 환경적 오염요인을 최소화할 수 있는 교체기술 개발 필요
따라서 본 연구개발을 통해 콘크리트 바닥판 철거시간을 단축하면서 동시에 공해요인을 획기적으로 저감시킬 수 있는 테이퍼진 볼트형 전단연결재를 개발하고, 이를 이용한 바닥판 교체/재시공이 편리한 모듈러 시공법을 제안하고자 함
[강합성 교량의 콘크리트 바닥판 교체·재시공이 용이한 조립식 Y형상의 테이퍼진 스터드볼트 전단연결재를 개발하고, 이를 이용하여 바닥판 해체 시 소음·미세먼지 등을 획기적으로 저감시킬 수 있는 모듈화 시공？해체 방법 개발]
최종목표 연구개발 과정을 통해 제안한 기술의 성능검증을 완료한 후, 우선 적용 가능분야(강합성 교량/ 임시 가설교량 등)에 대한 축소모형교량 실증 실험을 통해 실용화 필요
(강합성 교량 및 노후 바닥판 급속교체) 강합성 교량 적용을 위해서는 분리식 볼트형 스터드 방식의 기술기준 개선이 필요하므로 다양한 실험적, 이론적 검토를 통한 기술기준 개정(안)을 제시할 필요
- 또한, 노후 바닥판에 대한 급속교체를 위한 기술적 검토와 시공 프로세스 등을 제시
(임시 가설교량) 교량 개축 시 주로 시공되는 임시 가설교량의 경우에는 강판을 적용한 복공판이 주로 사용되는데, 소음, 미끄러짐 및 주행 안전성 등에 있어 많은 문점이 지적되고 있어 개발기술을 임시 가설교량에 빠르게 실용화 가능
- 최근 프리캐스트 콘크리트 바닥판을 이용한 조립식 방법이 개발되고는 있으나, 철거/해체 시 앞서 기술한 환경적 문제가 여전히 발생되고 있어 개발기술을 적용한 해결이 가능
□ (1차년도) DY 스터드볼트 시작품 개발 및 축소모형 교량 실험체 설계
□ (2차년도) 소형 강합성 실험체 성능평가 검증, 설계기준(안) 및 실교량 적용 설계서 제시
연구내용 및 범위 □ (1차년도) DY 스터드볼트 시작품 개발 및 축소모형 교량 실험체 설계
- DY 스터드볼트 시작품 개발 및 모듈화 시공방법 정립
- DY 스터드볼트 적용 강합성 교량 합성부의 실험적 평가
- DY 스터드볼트를 적용한 소형 강합성 교량 실험체 설계
？ 다양한 해석적 변수 연구를 통한 DY 스터드볼트 형상 최적화
？ 최적 도면 제시(시제품)
？ 기존 용접스터드 대비
- 전단성능 10% 향상
- 피로성능 설계기준 만족(200만회)
？ 기존 용접스터드 대비
- 휨성능 5% 향상
？ 예산상 모든 변수에 대한 실험적 검증이 어렵기 때문에 실험체 제작 이전에 해석적 변수연구를 통해 실험검증을 위한 최적모델을 우선 제시할 필요
？ 국내 설계기준에 용접스터드 전단연결재에 대한 성능기준이 제시되어 있음
？ 따라서 용접스터드의 성능 대비 동등 이상으로 제시
？ 기존 용접스터드 방식과 본 과제에서 개발하는 DY스터드볼트 방식에 대해서 실험적으로 휨성능을 직접 비교


□ (2차년도) 소형 강합성 실험체 성능평가 검증, 설계기준(안) 및 실교량 적용 설계서 제시
- 소형 강합성 교량 실험체에 대한 해석적, 실험적 성능평가 검증
- DY 공법을 적용한 지간 30m 이상 실교량 설계서 및 시공절차서 작성
- DY 공법을 적용한 강합성 교량 전단연결재 관련 설계기준(안) 제안
- 후속 기술사업화 과제 지원을 위한 사업화 방안 제시
？ 강거더-PC바닥판의 전단합성 조립식 기술 확보
？ 시공 프로세스 검토를 통한 효과 분석
- 바닥판 해체/시공 공기 20% 단축
- 해체/철거시 절단/파쇄 작업량 30% 단축(미세먼지 발생량)
？ DY 스터드볼트를 반영한 볼트형 전단연결재에 대한 설계기준(안) 제안
？ 후속 사업화방안 제시
？ 예산 및 과제 특성상 실교량 시험시공이 불가능하여, 설계서 및 시공 프로세스를 기반으로 평가
？ 본 기술의 장점인 교체/재시공 편리성을 판단할 수 있는 지표(공기단축, 파쇄작업량)를 설정
？ 개발 기술의 빠른 적용 기반을 마련하기 위해 설계기준(안) 제안 및 후속 사업화과제와 연계할 수 있도록 실용화/사업화 방안 수립을 최종 목표로 설정함
？ 본 연구과제(2년간) 및 기술개발 이후 후속 사업화 단계에 걸쳐 각 단계별 추진전략, 세부 연구내용 및 단계별 목표성과 등을 제시함
？ 본 연구에서는 기반연구의 취지에 맞게 프리캐스트 부재의 연결부 개선을 위한 DY 스터드볼트에 대한 기술개발을 목적으로 축소모형 실험체에 대한 성능검증까지를 최종 목표로 진행하되, 실교량 적용 및 사업화에 대한 부분은 연구기간 및 연구비 등을 고려하여 본 과제 종료 이후 사업화과제를 추가적으로 진행할 수 있도록 과제 제안서까지 작성하는 것을 내용에 포함시킴
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 ？ DY 스터드볼트 시작품(안) 개발 및 강합성 교량 합성부의 실험적 평가
？ 부모멘트부(연속교) 적용 검토 및 소형 실험체 설계(강거더)
？ DY 스터드볼트 적용 및 소형 실험체 설계(PC바닥판)
 - 주관연구개발기관(재단법인 국토교통연구인프라운영원)
？ DY 스터드볼트 전단연결재 적용을 위한 강거더-콘크리트 바닥판 합성 시스템 개념정립
？ 강합성 교량의 연결부(강거더-바닥판 합성) 및 전단연결재 연구동향 조사 및 사례 분석
？ 다양한 설계변수에 대한 해석적 검토를 통해 DY 스터드볼트의 역학적 거동 파악
？ 상세 구조해석을 통한 DY 스터드볼트의 형상 최적화
？ 변수연구 수행 : Stud bolt 직경, Y-shape 형상, 강거더 플랜지 두께, 체결방식 등
？ DY 스터드볼트 시작품(pilot model) 제시(설계도면, 성능기준)
？ 강합성 교량의 바닥판 합성성능 평가를 위한 실험？성능평가 방법 검토
？ 전단합성성능 실험 준비 및 센서 설치
？ Push-out 실험(정적 성능) 및 결과 분석
？ 전단연결재 관련 설계기준 분석 및 설계기준 개정(안) 초안 도출
- 공동연구개발기관((주식회사)아이오컨스텍)
？ 강합성 교량 설계기준 및 설계자료 조사 (강거더 분야)
？ 연속교 적용(부모멘트부) 설계 변수 검토
？ 교량의 중앙부 및 지점부(연속교 부모멘트부)에 대한 검토 → 상세 구조해석(운영원) 연계
？ 소형 강합성 거더 실험체 설계(DY 스터드볼트 적용, 지간 10m 수준)
？ (강거더) 설계도면, 구조계산서 등 작성
- 공동연구개발기관((주식회사)브리콘)
？ 강합성 교량 설계기준 및 설계자료 조사 (PC 바닥판 분야)
？ 전단연결부 성능평가(Push-out) 실험체 설계 및 제작
？ 수량 : 실험변수(해석변수 연계), 평가항목(정적강도/피로강도) 고려하여 결정
？ DY 스터드볼트 적용 PC바닥판 시공 절차서(안) 제시
？ DY 적용 기존 PC바닥판 개선 사항 도출
？ 국내외 강합성 교량의 콘크리트 바닥판(현장타설·프리캐스트) 해체 공법 조사 및 문제점 분석
？ PSC 바닥판 베딩층의 부착성능 제거 방법 등
？ 콘크리트 바닥판 교체/재시공에 대한 국내외 설계기준 및 시공사례 분석
？ 소형 강합성 거더 실험체 설계(DY 스터드볼트 적용, 지간 10m 수준)
？ (PC 바닥판) 설계도면, 구조계산서 등 작성
연구성과 기술적 기대성과 -강합성 교량/임시가설교량의 바닥판 교체기술 확보로 완전 조립식 모듈러 건설 가능
-교량 구조물 프리팹 건설을위한 연결부 기반기술 확보
사회 경제적 파급효과 -바닥판 해체/교체 공기 단축으로 LCC기반 유지관리 비용 절
-스마트 건설 실현 및 노후 바닥판 철거/교체 시 환경문제 최소화
활용방안 [현장적용&사업화]
1.기술이전 : 설계시공실적
-설계사 및 시공사 등과 협력체계 구축
2. 시험시공 : 참여기업 현장 적용
-강교량/바닥판 교체 시험시공 적용
3.현장시공 확대 : 국토부/지자체 등
-발주공사 적극수주
4. 건설실기술 인증추진
[R&D]통한 기술 고도화
1. 후속 기술사업화 지원과제 추진
2.기술적용범위 확대
3.DY스터드볼트 양산 체계 및 강거더 자동화 공장 추진
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 스터드볼트 전단연결재 강합성교량 임시가설교량 조립식교량
영문 Stud bolt Shear connector Concrete composite bridge Temporary bridge Modular bridge
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