본 연구는 기존 (불)투과형 사방댐의 부식 및 시공성 등의 문제를 보완하고자 GFRP와 CFRP를 사용하여 내부식성 투과형 사방댐을 설계한 선행연구의 후속 연구로써 FRP로 제작된 격자형 사방 구조물(Grid)을 설계하여 탈부착이 가능한 투과 형 사방댐을 개발하기 위한 기초 연구이다. 이를 위해 탄소산업진흥원(K-Carbon)의 상용 Grid 제원을 인용하였으며, Grid를 구성 하는 띠(Strip)는 41×21개로 총 4000×2000×1.5 mm의 크기로 설계하였다. Grid의 개발을 위한 기초 연구라는 특성상 Grid의 지지 부(Slot)와 충진재는 파괴되지 않는다고 가정하였으며, FRP의 파괴 이론인 Hashin Damage Criteria에 따라 Grid의 설계하중 작용 시의 안전성을 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS로 평가하였다. 그 결과, 0.01~0.03sec 내에서 GFRP와 CFRP Grid가 파괴 되었으며, 이는 Grid의 성능이 충분하지 못함을 의미한다. 이에 따라 Grid의 성능 향상을 위해서 GFRP 및 CFRP(면재)와 Balsa Wood(심재)로 구성된 Sandwich Grid를 개발하였으며, 동일 조건에서 해석을 수행한 결과, Grid 대비 Sandwich Grid가 약 126~140 배 뛰어난 성능을 보였다. 결론적으로 Sandwich Grid를 이용한 탈착형 사방댐은 내구성 및 경제성 측면에서 이점이 분명하다 판 단되지만, 이는 일부 가정 사항과 수치 해석을 기반으로 하는 결과이므로 향후 추가 연구가 수행되어야 할 필요가 있다.

본 논문은 마이크로 유전 알고리즘을 이용하여 그리드 구조물의 최적화를 수행하고 초기인장력이 최적화에 미치는 영향을 분석하였다. 최적화시 여러 제약조건을 설정하여 구조물의 물량이 최소화 되도록 부재의 단면을 찾는 최적 설계를 수행하였다. 알고리즘의 검증을 위해 10-bar 트러스트 예제로 설정하여 이전 연구 결과와의 비교를 하였다. 이를 바탕으로 초기인장력이 적용된 트러스트 구조물의 최적화가 가능한 다음과 같은 기법을 사용하여 그리드 형태인 72-bar 트러스의 최적화를 수행하였으며, 이전 연구결과와 비교하여 이를 입증하였다. 최적화시 초기인장력 크기를 달리하여 트러스 구조물의 최적화를 수행하였으며, 물량이 최소화되는 최적화된 초기 인장력 값도 찾았다.

The goal of this study is to investigate the effectiveness of the use of multi constructional material in unit module plate of steel grid structure and provide engineers and designers an appropriate view point of multi-material topology optimization when making decision and information in design. The material distribution is implemented with the use of 3 materials in a given plate under prescribed loading and boundary conditions. Topology changes through automatic distribution of multi materials are presented during optimization procedures showing that there could be selective structural design possibility when using multi materials. The cross sections, stiffness and cost of material combination are useful information for engineers and designers in making design decision.