| 연구개발개요 |
복합소재는 경량/고강도/내부식/고내구성 특성으로 기존의 건설재료인 콘크리트의 열화와 강재의 부식 문제를 근본적으로 해결할 수 있고, 유지관리 비용을 현저히 절감할 수 있으며, 경량특성으로 획기적으로 자중을 줄여 줄 뿐만 아니라, 공기를 대폭 단축시켜 공사비 절감을 도모할 수 있다. 해외 선진국에서는 건설재료의 첨단화를 이룩한 국가가 미래 건설산업의 세계시장을 지배하게 될 것임을 인지하여, 첨단 건설재료인 복합소재를 활용한 혁신적인 기술을 경쟁적으로 연구개발하고 있는 추세이다. 국내에서도 첨단 건설재료 분야에서 세계적으로 선도적 위치를 점유하고, 국제 경쟁력을 제고하기 위하여 조기에 국내기술을 개발하기 위한 노력이 절실하고 시급한 것으로 인지된다. 이러한 시대적 요구에 부응하여, 본 연구진에서는 건교부 건설핵심기술 연구개발사업의“신속시공, 경량/고내구성 복합소재 교량 바닥판 산업화 연구”과제로 연구지원을 받아, 과중량, 내구수명 저하, 고 유지관리 비용등의 단점이 있는 콘크리트 교량바닥판을 대체할 수 있는 복합소재 교량바닥판을 해외 선진국보다 앞선 수준으로 개발하였다. 본 연구에서는 본 연구진이 보유한 이러한 복합소재 교량바닥판 기술을 더욱 향상, 발전시키고 응용범위를 확대하여, 현재 해외시장 특히 유가급등으로 오일샌드 유전개발이 가속화 되고 있는 캐나다의 유전개발현장에서 진입도로 가포장용으로 종래에 사용하고 있는 무겁고 비효율적인 목재 가도 매트를 대체할 수 있는 효과적인 경량 리그매트(가도매트)에 대한 폭증되고 있는 수요에 부응하여 고부가가치, 수출 주도형 전략기술인 신개념의 조립식 경량 복합소재 데크를 개발하고자 한다. 본 연구에서는 기존의 복합소재 바닥판 결합기술인 수평방향의 암수 접착 결합방식을 획기적으로 변환시켜 국제적으로 기술을 선도할 수 있는 완전히 새로운 개념을 도입한 수직방향의 착탈 조립식 복합소재 데크를 개발하고, 이 수직 방향의 연결, 결합방식을 이용하여 유전개발용 복합소재 리그매트를 개발하고자 한다. 한편 국내외에서 현재 사용하고 있는 수평결합방식 복합소재 교량 바닥판의 시공성, 사용성 및 경제성을 대폭 향상시킨 수직결합방식의 교량용 복합소재 데크도 함께 개발 하고자한다. 이러한 수직결합 조립식 복합소재 교량용 데크는 경량/고강도/고내구성/신속시공, 해체가능 등의 뛰어난 특성으로 신설교량, 성능개선 교량, 재해 및 전쟁시 긴급복구용 교량 등에 세계적인 수요가 예상되므로 이에 대한 연구개발 지원이 절실히 요망된다. 특히 수직 조립식 데크를 비접착식으로 사용할 경우에는 바닥판 데크의 조립, 해체가 용이하고 데크간에 접착이 필요 없어 기존의 데크로는 이용이 거의 불가능했던 분야인 사용후 철거나 재사용이 필수적인 가도용 매트, 긴급복구용 교량, 가교, 복공판등에 활용될 수 있는 길이 열려지게 되어 국내는 물론 세계적인 시장성을 확보할 수 있을 것으로 전망된다. 조립 연결 구조는 못을 사용하지 않는 우리나라 전통의 목구조 연결 방법을 접목하고, 복합소재의 탄성 회복 특성을 이용한 이중 착탈 결구식으로 하여, 종래의 복합소재 구조부재 상호간의 기존방식 연결 개념의 발상을 획기적으로 전환한 방법이 될 것이다. 복합소재 데크의 착탈 조립식 결합구조의 개념은 이미 국제특허(미국 제 11/086951호) 및 국내특허(제10-0604251, 제 10-0586377, 제10-2004-0099041)로 등록하여 아이디어를 보호받고 있는 상태이며, 본 연구에서는 이러한 조립식 구조의 데크 단면과 이들을 비접착 및 접착식으로 결합한 패널, 그리고 이러한 데크를 다양한 형태로 결합하여 만든 여러 가지 유형의 매트구조와 복합소재 교량바닥판에 대해 각각 구조적인 안전성, 사용성, 시공성 등을 해석과 성능시험을 통하여 심도 깊게 검증하여 현장에서 직접 사용할 수 있는 수준으로 개발하고자 한다.
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| 연구내용 및 범위 |
1. 1차년도 1) 리그매트 해외 자료수집 및 분석 - 해외 현행자료 수집 및 분석 - 리그매트 연구 개발현황 조사 - 리그매트 적용사례 조사 - 현지 기후, 토질조건 조사 2) 수직결합식 복합소재 리그매트용 데크 튜브 본체와 단부 설계 및 해석 - 사용할 섬유, 수지 및 각종 첨가제 등 사용재료의 특성분석 및 선정 - 섬유구조 설계를 통하여 복합소재 적층 설계 - 데크의 수직방향 착탈 조립식 연결부 설계 - 착탈 조립부 결합, 이탈시 선형 및 비선형 해석 - 단일튜브 및 튜브조합 패널의 구조해석(유전개발용 차량하중 재하) 3) 복합소재 리그매트 시스템 설계 및 해석 - 매트 연결부 설계 - 매트 코너 연결부 설계 - 패널로 조합한 단일매트 구조해석 - 매트끼리 연결한 조합매트의 구조해석 - 극한 상태의 지반지지 조건(연약지반)시 해석 4) 폴리에스터 수지 리그매트 시작품 제작 - 수직결합식 데크 튜브 본체단면, 단부단면, 매트 연결부단면 금형설계 - 유리섬유 및 폴리에스터 수지조합 결정 - 수직결합식 데크 튜브 본체, 단부, 매트 연결부 인발성형 제작 - 데크를 조합한 단일매트 제작 - 단일매트끼리 연결 조립한 조합매트 제작 5) 폴리에스터 수지 리그매트 재료시험 - 제작된 리그매트 시편에 대한 인장, 압축, 전단시험 및 열팽창 시험 등을 통해 재료의 기계적, 물리적 특성 분석 - 제작된 리그매트 시편에 대한 촉진 내후성 시험, 내약품성 시험을 통해 재료의 내구특성 분석 2. 2차년도 - 폴리에스터 수지 리그매트 구조성능시험 - 폴리에스터 수지 리그매트 동파시험 - 폴리에스터 수지 리그매트 연약지반 지지시험 - 폴리에스터 수지사용 리그매트의 성능을 개선시키기 위해 타 수지(우레탄, 비닐에스터 등)를 사용한 리그매트 제작 - 타 수지 사용 리그매트 재료시험 - 타 수지 사용 리그매트의 구조성능시험 - 타 수지 사용 리그매트의 동파시험 - 타 수지 사용 리그매트 연약지반 지지시험 - 복합소재 리그매트 경제성 검토 - 복합소재 교량 바닥판에 대한 자료수집 및 분석3. 3차년도 - 수직결합식 복합소재 교량 바닥판 튜브 본체와 단부 설계 및 해석 - 수직결합식 복합소재 교량 바닥판 거더 연결부 설계 및 해석 - 수직결합식 복합소재 바닥판 금형제작 - 수직결합식 복합소재 바닥판 시작품 제작 - 수직결합식 복합소재 바닥판 재료시험 - 착탈연결 결합부 성능시험 - 수직결합식 복합소재 바닥판 휨성능 시험 - 수직결합식 복합소재 바닥판 휨피로 시험 - 수직결합식 복합소재 바닥판 압축피로 시험 - 기존 노후교량 상부구조 교체시 복합소재 바닥판 활용방안 검토 - 복합소재 교량 바닥판의 경제성 분석
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