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과제기본정보

철계 형상기억합금을 활용한 콘크리트 기둥 대상 저비용-고성능내진보강공법 및 신속 성능진단 비파괴 기술 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 22CTAP-C164348-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 적용분야 건설업
2순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 과제유형 기초
과제명 철계 형상기억합금을 활용한 콘크리트 기둥 대상 저비용-고성능내진보강공법 및 신속 성능진단 비파괴 기술 개발
주관연구기관 부산대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 정동혁
소속 부산대학교 직위 조교수
기관 대표번호 051-510-2324 FAX 051-512-9835
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 200,000,000 0 0 0 200,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 최근 경주·포항지진 발생 이후 지진피해에 대한 경각심 및 사회적 불안감이 급증하였고 기존 건축물 및 사회기반시설에 대한 내진성능향상의 필요성이 강조되어 왔다. 하지만 많은 피해사례가 보고된 콘크리트 기둥은 여전히 지진의 위험에 노출되어 있으며, 현재까지 이에 대한 대응은 미비하여 효과적인 내진보강공법 개발 및 적용이 시급한 실정이다. 본 연구는 콘크리트 기둥에 적용 가능한 형상기억합금 기반 저비용-고성능 내진보강공법 및 신속한 내진성능진단을 위한 비파괴 기술 개발을 목표로 한다.
최종목표 □ 최종목표
지진에 취약한 소규모 건축물 콘크리트 기둥(필로티)의 내진성능(연성도)을 향상시킬 수 있는 고성능-저비용 보강공법을 개발하고 신속하고 정확한 구조물 성능진단 비파괴 기법을 제시하고자 함

□ 세부목표
▷ 형상기억합금을 이용한 콘크리트 기둥 내진보강 공법 개발 및 성능 검증
- 보강재로서의 철계 형상기억합금 재료성능 파악 및 최적화된 형태(와이어/띠판) 선정
- 실규모 구조실험을 통한 제안된 공법의 성능검증(기존 대비 연성도 30% 증가)

▷ 내부정착철근상세 3D 이미지 알고리즘 및 프로그램 개발
- 전자기파 기반 신호/이미지 알고리즘 개발
- 비파괴 테스트 장비 구축 및 콘크리트 두께별 내부 철근 형상 도출(철근 상세 정보 도출)
- 신뢰도 확보를 위한 3D-DIC 기반 변형 실시간 계측 소프트웨어 개발
- 내부 철근 정착 이미지 알고리즘 고도화
연구내용 및 범위 - 형상기억합금(SMA) 기반 보강공법은 콘크리트 기둥에 SMA 와이어 또는 띠판 형태로 적용되어 기존 공법(강판/FRP 보강) 대비 간편하고 신속한 시공이 가능하며 콘크리트 프리스트레싱을 통해 월등히 향상된 보강효과를 제공한다.
- 본 연구에 활용될 철계(Fe-based) SMA는 낮은 재료비용을 바탕으로 기존 니켈-티타늄계(Ni-Ti-based) SMA에 비해 우수한 경제성(1/10 가격)을 지닌다.
- 보강대상 기둥의 형상, 하중조건 및 구조 거동에 따라 맞춤형 보강공법을 설계·제시하고 내진성능향상을 실험적으로 확인한다.
- 보강 대상 콘크리트 기둥의 내진성능(전단강도 및 연성도)에 직결되는 내부 철근 상세를 신속하게 판단하기 위한 내부시각화 알고리즘과 하중 재하 시 발생하는 변형을 실시간으로 계측을 할 수 있는 영상화 기술을 개발한다.
- 전자기파는 유전율(di-electric) 차이로 인하여 콘크리트 내부 철근에만 민감하게 반응하여, 신호 및 이미지 처리를 통한 내부 3D 이미지 도출로 기둥 내 횡보강근(띠철근)의 정착 및 간격과 같은 배근 정보 확인이 가능하다.
- 지진하중에 저항하는 콘크리트 기둥의 실시간 외부변형 정보 도출 및 보강 성능검증을 위한 레이져 기반 3D-DIC 기반 영상화 비접촉 비파괴 기술을 개발한다.

○ 1차년도: SMA 보강공법 및 비파괴 기술 핵심요소기술 개발
- 형상기억합금의 열-기계적 거동, 상변화 온도 및 재료성능(프리스트레싱) 파악
- 형상기억합금의 주변 온도변화에 따른 재료거동의 안정성 및 민감성을 분석
- 프리스트레싱 성능, 가열온도 및 경제적 타당성을 고려한 형상기억합금 선정
- 보강에 적합한 형상기억합금 형태, 기둥 형상 및 하중조건에 따른 보강법 개발
- 형상기억합금의 콘크리트 능동구속 효과 검증
- 재료단위 실험을 통해 콘크리트 구속효과 및 주요 성능향상 지표 확인
- 전자기파 기반 신호/이미지 처리 알고리즘 개발
- 비파괴 테스트 장비 구축 및 콘크리트 두께별 내부 철근 형상 도출

○ 2차년도: SMA 보강공법 및 비파괴 기술 성능검증
- 개발된 SMA 보강공법 적용 및 콘크리트 기둥 구조실험을 통한 성능 검증
- 실험결과 분석 및 피드백을 통한 공법 고도화
- 실험결과를 바탕으로 한 형상기억합금 내진보강공법 설계법 제시
- 형상기억합금으로 보강된 콘크리트 기둥의 시뮬레이션 수행 및 해석모델 개발
- 구조성능 실험 적용 3D-DIC 기반 변형 실시간 계측 소프트웨어 개발
- 내부 철근 정착 이미지 알고리즘 고도화
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 1차년도 최종목표: SMA 보강공법 및 비파괴 기술 핵심요소기술 개발 1차년도는 최종목표 달성을 위한 핵심요소기술 개발단계로서 보강공법에 활용될 재료 성능 파악 및 보강공법 개발, 내부철근 계측 신호 및 이미지 처리 알고리즘 개발을 수행한다.
- 형상기억합금의 열-기계적 거동 및 재료성능(프리스트레싱) 파악
- 프리스트레싱 성능, 가열온도 및 경제적 타당성을 고려한 형상기억합금 선정
- 보강에 적합한 형상기억합금 형태, 기둥 형상 및 하중조건에 따른 보강법 개발
- 재료단위 실험을 통해 콘크리트 구속효과 및 주요 성능향상 지표 확인
- 전자기파 기반 신호/이미지 처리 알고리즘 개발
- 비파괴 테스트 장비 구축 및 콘크리트 두께별 내부 철근 형상 도출
연구성과 기술적 기대성과 - 콘크리트 기둥에 적용 가능한 형상기억합금 기반 저비용-고성능 내진보강공법 개발？ 비SCI논문 2건, SCI 논문 1건,
특허 출원 1건
- 신속한 보강 대상 선정 및 사후 내진성능 평가를 위한 비파괴 진단기술 개발？ 비SCI논문 1건, SCI논문 2건, 프로그램(소프트웨어) 등록 1건, 활용메뉴얼 1건
사회 경제적 파급효과 - 저비용, 신속&정확 공법 개발로 인한 경제성 있는 시장 구축
- 대형 재난 대비를 통한 인명, 재산의 선제적 예방으로 사회적 안정감 추구
- 선도형 기술 개발을 통한 학문적 진보 및 국가경쟁력 향상에 기여
- 선제적 예방 관리 패러다임의 전환으로 국가 정책적 기조에 기여
활용방안 - 신속한 내부 철근 상세 정보 도출을 통하여 보강대상 콘크리트 필로티 구조물을 확인하고 저비용 내진보강 공법을 통하여 구조물에 대한 선제적 보강이 가능함
- 국가적 관심이 높은 기술로써 유관기관과의 협력 및 기술 교류를 통한 기술 이전 및 관련분야 교육/홍보를 수행하며, 관련 후속과제 도출에 활용하고자 함
- 원천기술 확보를 통한 지적재산권 및 기술소유권을 선점하며 추후 해외 시장에서의 로열티 확보를 위한 기반을 구축하고자 함
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 저비용 내진보강 콘크리트 기둥 형상기억합금 비파괴 기술 내부 이미지
영문 Low-cost seismic retrofitting Concrete column Shape memory alloy Non-destructive test Internal image
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