최근 나노 버블 수의 건설 산업에 적용한 효과에 대하여 검증하고자 나노 버블 수를 혼입한 모르타르의 물리적 특성에 관한 연구를 진행하였으며 산소 및 이산화탄소 기체를 이용하여 나노 버블 수를 사용하였다. 모르타르의 물리적 성능을 비교하기 위하여 응결 시험과 압축강도 시험을 진행하였으며 응결 시간 내 열중량 분석을 통하여 응결 시험의 원인을 분석하고자 하였다. 본 연구 결과로써 산소 나노 버블 수를 사용하였을 경우 모르타르의 미세 응결촉진을 가져왔으며 이산화탄소 나노 버블 수를 사용한 경우 응결시간의 지연이 유의미하게 나타났다. 또한 실험한 기체의 종류에 관계 없이 강도가 증가 하였으며 응결 지연 여부와 관계없이 조기강도가 증가함을 확인하였다. 추가적인 공극구조 및 수화물 구조 분석에 관한 연구가 필요하지만 나노 버블 수가 건설 산업에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단된다.

PURPOSES : In this study, a method for improving roadside barrier performance by introducing additional reinforcing materials without dismantling or drilling the old underperforming roadside barrier is developed based on the Installation and Management Guide for Roadside Safety Feature. METHODS : Reinforcing roadside barriers comprising reinforcement rails, impact absorbers, blockouts, and support reinforcement plates attached to an old underperformance roadside barrier were designed and manufactured. The manufactured prototypes were subjected to a vehicle crash test to verify their performance. RESULTS : In a structure whose performance is measurable after it collides with a large truck, the minimum strength of the structure to withstand the collision is maintained. Additionally, the safety of passengers measured via the collision test of a small vehicle is excellent. Hence, the reinforcement plan for the old underperforming roadside barrier satisfies all the performance evaluation standards. CONCLUSIONS : The cost of the improvement technology specifications proposed herein is approximately 50% lower than that of a SB3 level roadside barrier. The proposed method for improving the old underperforming roadside barrier is expected to be widely applied as it can be applied conveniently to road sites.

PURPOSES: This study, compared and verified the test results of post-bearing capacity and the test results of a full-scale vehicle crash test on flat ground and slope ground. METHODS: The results of the bearing capacity test on the barrier post show that, the bearing capacity of the banking section ground and flat ground was relatively large. In the full-scale vehicle crash test, the maximum deformation of the barrier was not large, and the occupant safety indexes(THIV, PHD) were relatively similar. The post-bearing capacity test is a static load test. RESULTS: Therefore, there was a large difference on the flat ground and on the banking section ground because of the effect of soil failure. On the other hand, the full-scale vehicle crash test is close to the impact load. CONCLUSIONS: Therefore, it can be concluded that the whole barrier system was not affected by soil failure alone.

2010년 인천공항으로 향하던 공항버스가 인천대교 부근에서 노측용 방호울타리를 뚫고 넘어서 추락하는 사고가 발생되었다. 사고 장소에 설치된 방호울타리는 평지부에서 실차충돌시험을 거쳐 성능이 검증된 방호울타리로서 시험성적에는 문제가 없는 제품이었다. 하지만 실차충돌시험을 수행할 당시에는 ‘도로안전시설 설치 및 관리지침-차량방호 안전시설 편, 국토교통부’에 따라 평지부에서 시험을 수행하였으나, 실제 도로현장에서는 대부분의 방호울타리가 평지부가 아닌 성토부에 설치되어 가드레일 지주의 수평지지력이 성능시험 조건보다 매우 취약하다는 문제가 제기되었다. 이를 계기로 국토교통부는 실차충돌시험을 평지부가 아닌 현장조건과 동일한 성토부에서 수행하도록 2012년 지침을 개정하였으며, 시험기관에서는 실차충돌시험 시에 지주의 수평지지력 시험을 수행하여 시험성적서에 지지력 값을 명기하도록 하였다. 따라서 현장에 설치하고자 할 경우에는 설치현장의 수평지지력 시험을 수행하여 시험성적서의 지지력보다 낮은 경우에는 지주를 보강하여 시험장지지력의 90% 이상 만족하도록 하였다. 특히, 2012년 지침이 개정되기 이전에 평지부에서 실차충돌시험을 거친 방호울타리의 경우에는 지지력이 상대적으로 높기 때문에 반드시 현장지지력 시험을 거쳐 지주 보강방안을 마련하도록 하였다. 공인시험기관의 평지부에서 수차례 수평지지력 시험을 수행한 결과, 지침 개정 이전에 평지부에서 실차충돌시험을 수행한 방호울타리는 수평지지력을 4.5tonf으로 가정하고 현장의 성토부에 설치할 경우에는 지주 지지력이 4.5tonf의 90% 이상 확보하도록 규정한 것이다. 지주의 수평지지력 시험은 지주를 성토부의 시작점(B.P)에 지주를 설치하고, 유압실린더나 윈치 등 적절한 가력장비를 이용하여 지주를 수평방향으로 인장 또는 압축하여 지주가 성토부 방향으로 변형되도록 힘을 가한다. 횡하중 가력높이는 지표면으로부터 650mm로 하고 가능한 지주가 더 이상의 하중에 저항하지 못할 때까지의 하중-변위 관계를 계측한다. 충돌시험장에서 계측된 지주의 하중-변위 관계는 제품의 시험성적서에 명기하고 변위가 350mm일 때의 하중을 지주의 수평지지력으로 본다. 만일 최대하중이 변위 350mm 이전에 나타난다면 그 하중을 수평지지력으로 볼 수 있다. 본 연구에서는 방호울타리의 지주 보강방안을 개발하여 한국도로공사 도로교통연구원에서 수평지지력 시험을 수행하였다. 보강방안은 보강지주 길이가 0.9m와 1.2m로 두 가지 타입에 대하여 각각 보강 전·후로 지지력 지지력시험을 수행하여 비교하였다. 시험결과 보강길이 0.9m의 경우에는 보강 전·후 466%의 보강효과를 보였으며, 1.2m의 경우에는 보강 전·후 300%의 보강효과를 보였다.

최근 평창 동계올림픽을 준비하기 위해 영동고속도로가 정비 중이다. 뿐만 아니라 과거에도 수 차례 고속도로 확장, 고속도로 보수 등 도로 작업자들이 고속도로 위에서 작업을 하는 일이 많다. 그러나 도로 작업자들의 안전은 보장받지 못하고 있다. 2015년 국정감사 자료를 보면 도로 작업자들이 얼마나 사망 위험에 노출되어 있는지 알 수 있다. 2015년 국정감사에서는 지난 2010년부터 2015년 7월까지 5년간 고속도로 작업구간에서의 사고를 다루는데, 모두 212건의 사고가 발생하였으며 이 중 사망 사고는 79건이 발생한 것으로 나타났다. 고속도로 내 작업장 교통사고 사망률은 2012년 29%, 2013년 41%, 2014년 48%로 지속적으로 증가했으며, 평균 사망률은 37.3%로 작업장 내 교통사고 발생 시에 3명 중 1명은 목숨을 잃는 통계 수치를 기록했다. 이와 같은 통계를 볼 때, 도로 작업자들은 항상 위험한 상황에 노출되고 있다. 사고를 대비하기 위해 도로 작업을 하는 구간 이전부터 교통콘을 세우거나 도로 차단용 싸인카를 이용하여 고속도로 운전자들에게 작업 구간의 위험성을 알리지만, 고속도로 운전자의 전방주시태만, 졸음운전, 음주운전 등으로 사고는 꾸준히 발생한다. 이러한 운전자 부주의에 따른 사고를 예방하기 위해 이동식 방호울타리를 개발하였고, 도로 작업 구간에 이동식 방호울타리를 배치함으로써 도로 작업자들의 상해위험을 예방할 수 있다. 이동식 방호울타리의 안전성 검증은 ㈜스마트에어챔버 자체충돌시험장 실차충돌실험, 시뮬레이션 해석검증실험으로 안전성을 평가하였으며, 개발 제품에 대한 명확한 검증 기준이 없으므로 ‘도로안전시설 설치 및 관리지침 -차량방호 안전시설 편’의 차량 방호울타리 탑승자 보호 성능 평가 기준을 참고하였다 실차충돌실험은 이동식 방호울타리를 배치하고 1300kg 내외 무게의 승용차와 충돌시켜 탑승자 보호 성능 평가 기준을 만족하는지 보았으며, 6번의 실험을 진행하였고 모두 탑승자 보호 성능 평가 기준을 만족하였다. 해석검증실험은 가상의 공간이므로 1300kg 내외 무게의 승용차가 아닌 8t 트럭으로 충돌시켰으며, 이동식 방호울타리와 8t 트럭이 충돌 후 이동식 방호울타리의 변형거리를 알아보았다. 변형거리는 약 571mm 변형되는 것으로 확인되었다. 이번 실차충돌실험과 해석검증실험을 통해서 이동식 방호울타리를 고속도로 작업 구간에 배치 시, 도로 작업자들이 안전하게 작업할 수 있고 사고가 났을 때에도 작업자들이 상해를 입지 않을 것으로 판단되었다.

국내 지침에 의하면 성능기준에 적합한 노측용 방호울타리만이 도로 현장에 설치될 수 있다. 그러나 공용중인 고속도로 노측의 상당 구간에는 지침 개정 이전에 설치된 성능이 미흡한 기존 구형 가드레일이 설치되어 있어서 고속도로 운전자의 안전을 위협하고 있다. 구형 가드레일은 전국의 고속도로에 약 2,777km가 설치되어 있으며 일률적으로 동시에 모든 구간의 가드레일을 교체하기란 예산상 어려움이 많아 최소한의 보강을 통해 국내 지침에 만족스럽게 보강개선된 가드레일을 개발하는 것이 본 연구의 목적이다. 본 연구에서는 LS-DYNA 3D를 이용한 충돌시뮬레이션과 실물차량 충돌시험을 통해 철재 노측용 가드레일 보강방안(SB1, 3, 5등급)을 개발하였고 개발된 가드레일 보강개선방안은 차량의 충돌 및 이탈사고의 심각성을 감소시켜 도로의 안전도를 개선, 향상시킬뿐만 아니라 많은 예산절감을 기대할 수 있다.

충격흡수시설의 충돌거동은 보통 0.4초 미만의 짧은 순간에 일어나므로 삼차원의 매우 복잡한 거동을 수치적으로 계산한다는 것은 쉽지 않다. 따라서 새로운 충격흡수시설을 개발할 때 특별한 설계단계를 거치지 않고 실물차량 충돌시험에만 의존하고 있는 실정이다. 충돌시험에서 탑승자 안전도를 평가하기 위해서 계측기를 통해 가속도와 각속도를 추출하여 계산하고 있으며 고속카메라를 이용해 차량과 충격흡수시설의 충돌거동을 촬영한다. 하지만 고속카메라 영상의 활용범위는 제한적으로 사용되고 있으며, 탑승자 안전도 분석이나 충격흡수시설의 에너지소산 메커니즘을 분석하기위해 활용된 사례가 없다. 본 연구에서는 계측기로부터 획득한 데이타와 고속카메라 영상분석을 통해 추출된 데이타를 비교해 적합성 여부를 판단하고 탑승자 안전도 해석이나 충돌거동을 분석 에 활용할 수 있는 방안을 모색하였다.

국내에 설치되고 있는 가드레일의 단부처리시설(end treatments)은 차량의 관통이나 전복을 유발할 수 있는 형상을 하고 있어 사고 시 탑승자가치명상을 입을 가능성이 매우 높다. 실제로 차량이 가드레일의 단부에 충돌하였을 경우, 가드레일이 차량내부를 관통하여 탑승자에게 직접적인 상해를 입히는 경우가 발생되고 있다. 본 연구에서는 미국과 유럽의 성능평가기준(performance evaluation criteria)에 근거하여 국내 실정에 적합한 단부처리시설에 관한 성능평가기준(안)을 제시하였다. 또한 외국의 설치사례 및 연구사례를 조사하여 단부처리시설의 mechanism을 파악하고 국내 도로환경 에 적합한 단부처리시설을 제안하였다. LS-DYNA 프로그램을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안된 단부처 리시설에 대한 성능을 검증한 결과 성능평가기준(안)에 모두 만족한 결과를 보였으며, 개발 단부처리시설에 대한 실물차량 충돌시험을 수행한 결과 성능평가기준(안)의 탑승자 보호성능, 단부처리시설의 거동, 충돌 후 차량의 거동을 모두 만족하였다. 국내 최초로 탑승자의 안전을 고려하여 개발된 단부처리시설이 고속도로나 국도에 설치된다면 단부충돌사고의 심각성을 감소시켜 도로의 안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.

도로를 이용하는 운전자들의 안전을 위해서 없어서는 안될 차량방호안전시설이 충격 흡수시설이다. 그러나 충격 흡수시설의 합리적이고 현실적인 설계방법이 미비한 상태임으로 대안없이 충돌시험에만 의존하고 있고 이것으로 인해 시간적, 물리적 손실이 큰 실정이다. 본 연구에서는 실차 충돌시험 데이터를 이용하여 삼차원의 복잡한 충돌거동에 대해 탑승자의 안전을 고려한 단자유도계 적용의 적합성을 증명하고 충격흡수시설의 거동을 분석함으로써 효과적인 단자유도계 충격흡수시설 설계법을 개발하고자 했다. 그리하여 단자유도계를 이용한 충돌해석 모델을 정립하고 충격흡수시설 설계법을 제시하였다. 충격흡수시설 설계법의 유효성을 검증하기 위해 단자유도계 설계법으로 CC2등급 충격흡수시설을 설계 제작하여 실차 충돌시험을 실시하였다. 성능시험 결과 매우 만족스러운 결과가 도출되었고 이로써 단자유도계 충격흡수시설 설계법은 충격흡수시설을 설계하는데 있어 유용한 방법중의 하나임이 증명되었다.

잠정적으로 결정된 SMART Highway 상위등급 충돌조건(900kg의 승용차가 120km/h의 속도와 20°의 각도로 충돌하는 조건과 14000kg의 트럭이 85km/h의 속도와 15°의 각도로 충돌하는 조건)에 대한 종방향 연성 배리어의 개발을 위하여 예비설계, 상세설계, 그리고 실물 충돌시험이 수행되었다. 상세설계에는 소형차와 대형차 충돌조건에 대하여 효과적으로 종방향 연성 배리어를 개발하기 위해서 차량 속도-시간 이력이 이용되었다. 차량 종방향 속도-시간 이력 곡선과 횡방향 속도-시간 이력 곡선의 기울기가 충돌초기의 전반 부분에서 가능한 증가되고 THIV 발생시간 전후의 시간구간인 후반 부분에서 감소될 수 있도록 연성 배리어의 설계가 이루어 질 때 연성 배리어의 설계를 주로 좌우하는 THIV가 효과적으로 감소될 수 있었다. 이러한 이상적인 차량 속도-시간 이력을 발생시킬 가능성이 있는 다양한 예비설계가 수행되었고 LS-DYNA 프로그램을 이용한 유한요소해석을 통하여 적합한 설계가 결정되었다. 상세설계를 통하여 최종 결정된 배리어는 부분 보강된 원형지주, 3개의 보, 그리고 Slip이 발생할 수 있도록 설계된 Block-Out 등으로 구성되어 있다. 그리고 지주 간격은 2.5m 이고 모든 구성요소는 구조용 강재로 이루어져 있다. 그리고 최종설계에 대한 실물차량 충돌시험을 통하여 고규격 종방향 연성 배리어의 개발이 완료 되었다.