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한국구조물진단유지관리공학회 논문집 KCI 등재 Journal of The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection
- 발행기관 한국구조물진단유지관리공학회
- 자료유형 학술지
- 간기 격월간
- ISSN 2234-6937 (Print)2287-6979 (Online)
- 수록기간 1997 ~ 2020
- 주제분류 공학 > 안전공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 531DDC 624
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Vol.17. No.2. (2013년 3월) 15건
1.
2013.03
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최근 초고층 및 초장대와 같은 대형 구조물들이 시공되고 있으며, 이에 대한 구조물 건전성 모니터링 기술들이 연구되고 있다. 하지만 기존의 기술들은 계측 센서의 관리와 센서로부터 계측된 데이터에 효율적으로 access하지 못하고 있다. 본 논문에서는 구조물 건전성 모니터링을 위한 증강현실 기반 센서 위치인식 및 데이터 시각화 기술을 소개한다. 모바일 디바이스에 내장된 GPS를 통하여 센서와 사용자 간의 거리를 파악하게 된다. 뿐만 아니라, 센서로부터 계측된 데이터는 위치정보시스템 서버에 저장되며, RSS방식을 통해 전송되어 사용자가 모바일 디바이스를 통해 쉽게 계측 데이터를 가시화 할 수 있게 된다. 이 기술을 이용하여 사용자는 센서의 위치인식을 통해 계측센서를 관리하고, 계측 데이터를 시각화하여 시간과 공간에 제약 없이 구조물의 건전성을 모니터링 할 수 있게 된다.
2.
2013.03
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보 구조물의 안전성을 평가하기 위해서, 해당 부재의 구조적 상태를 보여주는 보여줄 수 있는 변형률을 기반으로 한 모니터링 시스템이 이용되고 있다. 하지만 최대 변형률과 같은 부재의 상태를 대표할 수 있는 변형률이 발생하는 정확한 위치에 센서를 설치하지 않은 한, 계측된 변형률을 토대로 합리적인 평가를 할 수 있게 하는 추가적인 프로세스가 필요하다. 이에 따라 본 연구는 변형률계에 의해 계측된 이산데이터를 이용하여 강재 보 구조물의 변형률 분포를 추정하는 기법을 제안한다. 본 기법에서는 보 구조물에 작용하는 하중을 미지의 하중으로 가정하였기 때문에, 실제 적용성을 향상 시켰다. 최종적인 변형률 분포는 회귀 분석을 통해서 함수 형태로 주어진다. 본 기법을 이용한 추정 성능을 검증하기 위해서 분포하중, 집중하중, 모멘트가 동시에 작용하는 강재 보 구조물의 휨 실험을 수행하였다. 실험을 통해 추정 변형률의 값을 직접 계측한 값과 비교해 본 결과, 임의의 위치에서도 절대 오차 2.32με 이내로 변형률을 추정할 수 있었으며, 전체 변형률 분포는 3.32% 이내의 상대오차로 얻을 수 있었다. 따라서 강재 보 모니터링 시스템에 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
3.
2013.03
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본 논문에서는 건축물의 실시간 피드백 진동제어를 위한 기초연구로써, 자체 기술력을 바탕으로 개발된 무선 가속도센서 시스템 및 프로토타입 (Prototype) AMD 시스템을 결합하여 피드백 진동제어 시스템을 구성하고, 모형 건축물을 대상으로 구성된 제어시스템의 기초성능을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 본 논문에서는 우선 MEMS 센서 소자 및 블루투스 통신 모듈 기반의 무선 가속도 센서 유닛, 실시간 가속도 응답획득 및 제어법칙에 근거한 제어출력을 구현하도록 구성한 운영프로그램 등을 개발하였다. 또한 AC 서보모터를 이용해 기동되도록 설계한 프로토타입 AMD 및 모터 드라이버 시스템을 구성하였다. 마지막으로 이를 이용해 실시간 피드백 진동제어 시스템을 구성하였고, 2층 모형 건축물을 대상으로 실험실 규모의 진동제어 실험을 수행하여 목적된 구조물의 진동저감 효과를 정량적으로 분석하였다. 실험의 결과, 모형 구조물의 1차 및 2차 공진주파수 그리고 랜덤주파수 등의 실험조건에서 명확한 진동저감의 효과를 확인할 수 있었으며, 종국적으로 본 논문에서 개발한 무선 가속도센서 시스템 및 AMD 시스템이 향후 여타 구조물의 진동제어를 위한 효과적인 수단으로 응용될 수 있는 가능성을 확인하였다.
4.
2013.03
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강바닥판의 구조상세에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있으나, 대부분의 연구가 표준형의 U-rib를 대상으로 실시되었을 뿐, 강바닥판 건설초기의 개단면리브형식에 대한 연구는 미진한 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 공용연수 31년된 개단면세로리브형식의 강바닥판 교량의 피로균열 발생 원인을 조사하기 위하여 실교통류하에서의 계측 데이터를 통하여 대상구조상세의 거동 특성을 분석하였다. 또한 상세구조해석을 통하여 대상교량을 통과하는 대표트럭하중을 추정하고, 상세영향면해석을 이용하여 대상구조상세의 응력 및 변형특성을 분석하였다. 이들 분석에 기초하여 피로균열이 발생된 대상구조상세의 보강방안을 제시하고, 이에 대한 타당성을 검증하였다. 연구결과, 개단면리브에서의 피로균열의 발생원인은 개단면부에서의 전단변형에 의한 응력증가 및 차량의 이동에 따른 교번응력의 발생에 기인하는 것으로 조사되었으며, 국부구조상세에 대한 피로설계에서는 구조상세의 거동특성이 충분히 반영된 상세해석에 근거한 설계를 실시하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다.
5.
2013.03
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현재 강재 교각-기초 연결부에 대한 국내의 설계기준이 명확히 제시되어 있지 않아 연결부의 합리적이고 경제적인 설계가 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 이중 베이스플레이트간의 보강재 역할을 하는 리브의 구조상세 개선을 목적으로 리브의 설계변수에 따른 거동특성을 수치해석적으로 검토하였다. 이를 위해 상용유한요소 해석프로그램을 사용하여 수치해석을 수행하였으며, 앵커볼트와 내부철근은 BEAM 요소와 Embeded 기능을 사용하여 구현하였다. 이러한 해석기법의 타당성을 검증하기 위하여 선행연구의 실험결과와 해석결과를 비교하였고, 검증된 해석기법을 이용하여 리브의 다양한 설계변수 (리브의 개수에 따른 간격, 리브의 높이, 리브의 두께)에 따른 강재 교각의 하중-변위 관계를 도출하여 각 설계변수가 전체 구조물에 미치는 영향을 비교 분석한 후 리브의 합리적인 설계 범위를 제안하였다.
6.
2013.03
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사장교 케이블은 초기 큰 인장력으로 축강성이 매우 크지만, 횡방향 휨강성은 약하다. 풍하중이나 교통하중은 케이블을 심각하게 진동시켜 사장교의 사용성에 부정적 영향을 끼친다. 그러므로 장대교량에 감쇠장치를 설치하는 진동 저감 계획이 절실히 요구된다. 마찰댐퍼는 교통하중이나 풍하중과 같은 동적하중이 작용하는 케이블 진동에서 진폭과 지속시간을 대폭 감소시킬 수 있는 효과적인 장치임을 알 수 있다. 케이블 진동은 댐퍼제작방법과 설치위치 및 형상에 따라 효율이 달라질 수 있다. 그럼에도 불구하고 본 실험연구의 마찰댐퍼 설치전 후 제진성능효과 분석결과는 향후 사장케이블의 진동을 저감시키는 기본 자료로 활용할 수 있다.
7.
2013.03
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본 연구의 목적은 일자형 슬릿형 강재댐퍼보다 에너지 소산능력 등이 우수할 것으로 평가된 꺽쇠형 강재 댐퍼의 변위 및 속도의존성 평가에 있다. 이를 위하여 6개의 시험체를 대상으로 의존성 시험을 수행하였다. 시험변수는 변위의존성 및 속도의존성이다. 변위의존성 시험결과, 큰 목표변위 (50mm)의 반복횟수 및 누적에너지소산능력은 적은 목표변위 (25mm)에 비하여 감소하였다. 또한 짧은 목표변위보다 큰 항복강도 및 조기파단을 나타내었다. 속도의존성 평가에서는 빠른 목표속도(60mm/sec)의 반복횟수 및 누적에너지소산능력이 느린 목표속도 (40mm/sec)에 비하여 감소하였다. 따라서 강재댐퍼의 이력 의존성은 가력 변위 및 속도와 밀접한 연관이 있는 것으로 평가되었다.
8.
2013.03
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형상비 4.5인 축소모형 원형기둥 실험체 8개를 제작하여 일정한 축력 하에서 반복횡하중을 가력하는 실험을 수행하였다. 실험체의 주요변수는 횡방향철근비, 축방향철근비 (2.017%, 3.161%), 축력비 (0, 0.07, 0.15)이다. 모든 실험체의 횡방향 나선철근 체적비는 소성힌지 구간에서 0.3352~0.8938%의 값을 갖는다. 이 값은 도로교설계기준에서 요구하는 최소 심부구속철근 요구량의 39.7~122.3%에 해당하며, 이는 내진설계가 되지 않은 기존 교각이나 내진설계개념으로 설계되는 교각을 나타낸다. 본 연구의 최종목적은 실험적 기초자료의 제공과 함께 성능단계별 균열, 철근의 항복, 파단 등 정량적 수치와 경향을 제공하기 위한 것이다. 본 논문에서는 실험결과를 통해 분석된 실험변수에 따른 교각의 파괴거동, 강도저감거동, 변위연성도에 대해 중점적으로 기술하였다.
9.
2013.03
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일반적으로 송전철탑 부재들의 보강은 적절한 그라우팅재를 활용한 인젝션과 구조 보강재 부착을 이용한 단면 확장에 따른 강성보강 방식을 주로 사용한다. 이와 같은 그라우팅 인젝션 및 단면보완은 주로 축력능력을 확장시키는 데에 의미를 갖는다. 그렇지만 보다 안정적 상태를 유지케 할 수 있는 보강방안이 적극 요구되는데 그 방법은 좌굴에 의해 손상을 받은 부재를 원상태의 길이로 환원시키고, 또한 내부적 보강효과를 동시에 갖는 새로운 부재로 교체하는 것이다. 본 연구에서는 기초침하로 구조적 손상을 받은 송전철탑의 손상회복을 위한 실증적 과정으로 우선 현장에서의 손상도 확인점검과 손상상태 및 회복상태에 대한 수치 해석적 결과를 도출하였고, 새롭게 고안한 잭킹시스템을 이용하여 보강된 부재를 교체하는 과업을 수행하였다. 이 결과는 송전철탑 유지관리의 차원상승 효과를 갖게 한다.
10.
2013.03
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본 논문은 철근콘크리트 구조물이 화재를 입었을 경우의 최고 노출 온도 예측 및 화재손상 분석을 위하여 콘크리트 시험체에 대한 기기 분석적 고찰을 실시하였다. 시차열분석 결과, 200℃까지는 모세관수 및 겔수의 증발로 인한 강한 흡열피크가 일어났으며, 520℃정도에서 수산화칼슘 (Ca(OH)2)의 분해로 인해 흡열피크가 생성되었고, 흡열 반응으로 인해 시료의 중량이 크게 감소되었다. 720℃정도에서 칼사이트 (CaCO3)의 분해로 인해 또 한번의 강한 흡열반응이 발생한 것을 알 수 있었다. 또한 X-선 회절분석 결과, 400℃까지는 Ca(OH)2가 존재하지만 600℃이상부터는 CH성분은 거의 소멸되고 CaO의 성분이 나타났으며, 온도가 높을수록 생성량이 증가하였다. 이것은 화재 시 콘크리트의 온도가 증가될수록 Ca(OH)2과 CaCO3가 분해되어 CaO로 변환되기 때문이며, Ca(OH)2와 CaCO3가 완전히 분해되어 피크가 없어지고 대신 CaO의 피크가 크게 형성되는 온도 범위를 약 700~800℃로 추정할 수 있다. 주사형 전자현미경 분석 결과, 고열에 의해 콘크리트를 구성하고 있는 시멘트 반응생성물에서 결합수 및 겔수의 탈수로 인해 콘크리트의 수축이 발생함으로써 미세한 균열이 전반적으로 심하게 발생되는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 보통 콘크리트가 열을 받으면 300℃부터 미세균열이 발생되어 500℃에서는 상당히 심하게 균열이 발생되는 것을 알 수 있다.
11.
2013.03
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최근 전세계는 급격한 기후조건과 환경변화에 의해 냉난방 에너지 사용이 증가되고 있으며 이는 화석 연료 사용량 증가와 함께 CO2 배출량 상승, 지구 온난화 등 환경과 에너지에 대한 수많은 문제를 유발하고 있어 세계 각국은 온실가스 배출 및 에너지 소비 감소를 위한 대응책을 마련하고 있다. 우리나라 또한 정부의 '저탄소 녹색 성장' 및 '친환경 주택 건설기준 및 성능' 등의 정책을 선포하는 등 건물 부분에 있어 환경과 에너지 관리에 대한 노력을 하고 있다. 우리나라의 총 에너지 소비량 중 건물 부문이 차지하는 비율은 약 25%에 달하며 다른 산업 분야에 비해 연간 에너지 소비 증가율이 높은 편이다. 건물에서 에너지 손실이 가장 큰 부위는 외피로서, 이 부분의 에너지 손실을 감소하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으나 이는 대부분 창호 및 단열재를 사용한 연구이며 건물 외피의 70% 이상을 차지하고 있는 콘크리트에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 건물의 에너지 손실을 최소화하기 위해서는 콘크리트 자체에서 단열성능을 확보할 수 있어야 하며 이에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 콘크리트의 단열성능을 확보하면서 구조용으로 사용이 가능한 콘크리트를 개발하기 위한 실험을 진행하였다. Test 1의 실험결과로써, Micro Foam Admixture (MFA)를 사용한 콘크리트는 슬럼프 경시변화가 개선되었으며, MFA의 혼입율을 증가할 경우 압축강도는 감소되고 열전도율은 증가되는 결과를 나타내었다. Test 2의 실험결과에서는 물시멘트비 변화시 물시멘트비 증가에 따라 압축강도는 감소하였고 열전도율은 증가하였다. 그러나 잔골재율 변화에 대한 물성 및 열적 특성은 큰 차이를 나타내지 않았다.
12.
2013.03
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최근 건설 기술의 발달과 건설 환경 변화로 인하여 콘크리트 구조물이 대형화, 고층화되고 있으며 그에 따른 구조물 유지관리와 성능향상을 위한 보수 보강 및 주변환경과의 조화 등 외관을 중시하는 경향이 늘어가고 있다. 본 연구는 토목, 건축분야에서 사용되고 있는 콘크리트 구조물에 적용 가능한 친환경 내구성 도장에 관한 것으로, 기존 유 무기질계 도장재의 온도변화에 따른 신축성, 외벽과의 접착성, 균열과 박리로 인한 내구성 문제를 보완하고 외적 미관 향상에 목적이 있다. 그 방법으로 전처리 혼합물에 고농축 방수액과 접착증강재를 균일하게 혼합한 친환경 전처리 페인트를 조성하여 콘크리트 중성화방지, 내마모성, 은폐력, 접착력, 온도저항성, 내화학성등의 내구성 시험을 하였다. 그 결과, 친환경 전처리 페인트의 도장에 따른 은폐율은 시험기준인 0.96 이상으로 나타났으며, 내마모성시험에서도 일반 수성페인트값 75mg 보다 우수한 1mg의 값을 얻었으며, 인장강도는 방수시방서 기준보다 6.5배 크게 나타났다.
13.
2013.03
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원형 구조물의 보수/보강 및 FRP를 구조부재로 활용한 신설 구조물 시공을 위해서는 일정한 곡률반경을 갖는 곡면 FRP 부재가 요구된다. 그러나 현재까지 FRP 곡면부재는 수작업 (hand-lay-up) 또는 필라멘트 와인딩 (filament winding) 작업에 의해서만 생산이 가능하였으며, 대량 연속생산에는 한계가 있다. 또한 일반적으로 인발성형법 (pultrusion method)으로 생산된 FRP 부재가 상대적으로 물리적 특성이 우수한 것으로 알려져 있다. 따라서 FRP 부재를 일정곡률을 유지하며 인발로 뽑아낼 수 있는 신개념의 곡면 FRP 부재 인발성형법 제안 및 성형장비를 개발, 곡면 FRP 제품을 생산하였으며, 본 연구에서는 곡면 FRP 부재를 이용한 구조물 보수/보강시 야기될 수 있는 FRP와 콘크리트 부착면의 동결융해 영향을 분석하였다.
14.
2013.03
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본 연구에서는 고유동성의 SBR 개질 시멘트 모르타르의 기초적 성능을 바탕으로 콘크리트의 보수용 재료에 매우 중요한 요구성능인 부착강도에 대한 피착체의 표면에 존재하는 표면수량의 영향을 검토하는 연구가 수행하였다. 고유동성 SBR 개질 시멘트 모르타르의 기초적인 성능을 토대로 부착강도, 잔갈림성, 재료분리 저항성이 좋은 시험체를 선택하였다. 시험체는 C:F=1:1인 경우 P/C=20%, 30%의 시험체 2개, C:F=1:3인 경우 P/C=50%의 시험체 1개, 총 3개가 선택되었으며 이 3개의 배합에 대하여 피착체의 표면수량에 따른 고유동성 SBR 개질 시멘트 모르타르의 특성을 파악하였다. 표면수는 콘크리트 피착면의 단위 면적 (cm2) 당 각각 0, 0.006, 0.012, 0.017, 0.024 g이 균등하게 살포되었으며, 이에 따른 연도변화, 플로우값, 부착강도, 부착파괴형상, 내균열성 및 재료분리여부를 파악하였다. 본 연구를 통해 콘크리트 피착체에 살포된 표면수는 고유동성 SBR 개질 시멘트 모르타르의 부착강도를 증진하는 효과가 있다는 결론을 얻었다.
15.
2013.03
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A Study on the Improvement of Early-age Compressive Strength of Smart BFS Powder Added Cement Mortar
본 연구에서는 CaO-SiO2-Al2O3가 다량 함유된 산업폐기물과 산업부산물을 소성하여 개발한 분말형 속경성 분말을 초기강도의 향상을 위해 기능성 분쇄조제로 처리하여 분쇄한 속경성 미분말을 제조하였다. 이렇게 제조된 미분말을 BFS 분말과 일정비율로 혼합한 후, 시멘트에 첨가하여 모르타르 압축강도 실험을 실시하였다. 그 결과 BFS 조기강도 향상 실험 (Series I)에서는 클링커 분쇄시 기능성 분쇄조제가 첨가되어 분쇄된 속경재가 혼합된 BFS의 초기강도 발현이 우수하며 OPC 조기강도 향상 실험 (Series II)에서는 Clinker-C에 본 실험의 기능성 분쇄조제가 첨가되어 분쇄된 속경성의 분말형 자극제가 첨가된 경우에 가장 압축강도가 높은 사실을 알 수 있었다.
