0. 아스팔트 및 지반재료의 시험방법을 요약하시오. 각 시험항목 당 반페이지(그림+설명) 정도로 간략하게 정리하시오.. 일축압축시험(Uniaxial compression Test)0) 개요) 암석의 역학 시험 중 가장 대표적인 시험으로 시료에 한 방향의 압축응력을 가하여 암석의 일축압축강도 및 탄성계수(Young's modules, E) 및 포아송 비 (Poisson's ratio,)를 구할 수 있다.1) 시험방법) 공시체를 시험기 압축판의 중앙에 놓고 그 상면과 가압판을 접촉시킨 다음 검력계 다이얼 게이지의 바늘을 0에 맞춘다.가) 압축량 측정용 다이얼 게이지를 붙이고 바늘을 0에 맞춘다.나) 매분 1/2~2%의 압축변형이 생기도록 공시체를 압축한다. 압축을 시작함과 동시에 시간을 측정한다.다) 압축량이 일정한 양으로 증가할 때마다 시간과 검력계의 다이얼을 읽는다.라) 검력계의 다이얼 읽음이 감소하거나, 또는 변형율이 20%에 도달한 후 1분더 다이얼 눈금을 읽고 시험을 종료한다.마) 시험이 끝난 공시체의 파괴 상태를 기록하고, 균열의 방향이 공시체 전면과 이루는 각도를 측정한다.가. 간접인장시험(Indirect Tensile Test)직접인장강도 시험은 매우 신뢰성 있는 인장 강도에 대한 정보를 제공하지만 시험이 불편하고 시간과 비용이 많이 소요되며 실패하게 될 경우가 많이 발생한다. 이런 단점을 제거하기 위해 실린더형 시료의 측면에 압축 하중을 가하여 간접적으로 편의 인장강도를 산출할 수 있는 Brazilian test를 많이 사용한다. 직접인장시험을 하는 경우 보다 응력장 범위내에 결함을 포함할 확률이 적어지므로 직접인장 시험에 비하여 약간 과장된 값이 나오게 되지만 매우 신뢰성 있는 결과를 나타낸다. 원주형 시험편의 측면에 압축 하중력을 가했을 때 하중 축에 대하여 일정한 인장응력이 발생하게 되고, 축상의 대부분의 위치에서 인장응력의 3배정도 되는 압축응력이 발생한다. 대부분의 취성재료는 인장응력이 압축응력의 1/10 - 1/20배 정도가 되므로 시료bility)2) 개요) 아스팔트 혼합물의 안정도 시험의 하나로, 혼합물의 배합 설계용에 널리 이용되고 있다. 직경 10㎝(4in), 두께 6.3㎝(2.5in)의 원판형의 공시체를 그림처럼 세로로 세워, 상하에 있는 2매의 원호형 재하판사이에 끼운다. 1 분간 50㎜(2in)의 일정 속도로 가압하여 피시험체가 파괴할 때까지 나타난 최대 하중과 그것에 대응하는 변형량을 측정한다. 전자를 마샬 안정도, 후자를 플로값이라 한다. 시험 온도는 아스팔트 혼합물에서는 60℃, 타르에서는 38℃가 표준이다.3) 시험방법) 원통형 공시체(직경 10cm, 높이 6.35cm)의 측면을 시험기구에 고정시킨다.가) 60에서 5cm/min의 재하속도로 하중을 증가시켜 공시체가 파괴될 때의 최대하중을 측정한다.다. 액성한계시험(Liquid Limit Test)4) 개요) 자연 건조된 흙을 40번 체(0.425mm)에 친 것으로 물로 반죽해서 액체 상태나 유동상태로 변하는 한계의 함수비를 구한다.5) 시험방법) 자연건조시킨 시료를 40번 체로 쳐서 150g을 준비한다.가) 증발접시에 담아 분무기로 물을 뿌려 스페츌라로 반죽한다.나) 반죽된 것을 젖은 수건이나 천으로 덮어둔다.다) 액성한계 시험기에 brass cup setting 고정나사를 풀어서, brass cup과 경질 고무판 사이 에 grooving tool의 직선부를 끼운다. 손잡이를 돌려 낙하고가 정확히 1cm가 되게 조정한 후 고정나사를 조인다.라) brass cup을 해체해서 스페츌라로 반죽된 흙을 떠 담고 깊은 곳의 시료 두께가 1cm가 되 게 조정한 후 고정나사를 조인다.마) 흙이 담긴채로 brass cup을 셋팅하고 grooving tool의 호부분으로 시료 가운데를 자른다.바) 손잡이를 초당 2회 정도로 돌려 brass cup의 낙화횟수를 세며 경질고무판에 타격한다.사) 외력을 받으면 흙이 전단 파괴되어 무너지는데 갈라진 틈이 15mm정도 붙으면 타격을 멈 추고 타격횟수(N)을 적는다.아) 흙이 15mm 붙은 데서 흙다. 다시 위 과정을 반복하여 타격횟수가 25회 전후에서 2개씩 되도록 함수량을 맞추어 반죽한다.라. 소성한계시험(Liquid Limit Test)6) 개요) 잘 뭉쳐진 흙덩어리를 유리 위에 놓고 손바닥으로 밀어 지름 3㎜의 국수모양으로 만들고 이것이 부스러질때까지 행함. 부스러진 흙을 모아서 KSF 2306(흙의 함수량 시험방법)에 따라 함수비를 구하는 시험을 말함.7) 시험방법) 소성한계 시험용 유리판에 올려놓고 손바닥으로 굴려서 시료를 국수모양으로 만든다.가) 국수모양의 직경이 3mm정도에서 부스러지면, 시험을 멈춘다. 3mm 이하에서도 부스러지 지 않으면 다시 뭉쳐서 굴린다.나) 국수 모양의 직경이 3mm정도에서 부슬부슬해진 토막들을 모아서 함수비를 2개 이상 잰 다.마. 흙의 다짐(Soil Compaction)8) 개요) 시험을 통해 흙을 어느 일정한 방법으로 다져, 함수비와 건조 단위 무게의 관계를 알아내고 다짐곡선을 그려 최적 함수비 및 최대 건조 단위 무게를 구하는 방법을 익힌다.9) 시험방법) 시료 준비 방법에 따라 필요한 시료를 준비한 후, 몰드와 밑판 및 칼라 내부에 그리스를 엷게 바른 다음, 몰드 및 밑판의 무게(w1)를 측정한다.가) 몰드와 밑판 및 칼라를 정확히 결합하여 두꺼운 콘크리트 판에 올려놓는다.나) 시료를 예상되는 최적 함수비보다 4~6%정도 낮도록 분무기로 시료에 물을 뿌리거나, 메 스실린더로 물을 부으면서 고르게 섞은 다음, 밀폐된 용기에 넣어 보관하여 둔다.다) 3층으로 다질 경우에는 한 층의 다짐 두께가 약 4.5cm가 될 정도, 5층으로 다질 경우에는 2.7cm의 정도가 되도록 하여 규정된 층수로 모두 다졌을 때 흙의 높이가 약 13cm가 되도 록 해야하며, 이보다 너무 크거나 작을 때에는 다짐한 시료를 버리고 다시 다진다.라) 몰드 속의 시료를 래머로 다질 때 래머 윗면까지 정확히 들어올려 자유 낙하시키고, 몰드 안쪽 둘레를 5~6회 또는 6~7회로 한 바퀴 돌 수 있도록 낙하시킨다.마) 다짐이 모두 끝나면 칼라를 판을 분리하여 몰드 외부에 묻은 흙을 깨끗이 솔로 털어 낸 후 몰드와 밑판 및 시료의 무게(w2)를 측정한다.사) 시료 추출기 등을 사용하여 다진 시료를 추출하고 함수비 측정용 시료는 측정개수가 1개 인 경우에는 공시체 중심부에서 2개인 경우에는 상부 및 하부에서 시료를 채취하여 함수 비를 측정한다.바. Sand Cone Method10) 시험방법) 시험할 지면을 편편히 고른후 밑판을 밀착시킴.가) 밑판구멍 내측의 흙을 파내어 흙의 무게를 측정한다.(W1)나) 함수량(W)을 측정하기 위해 계량후 소요량을 채취하여 CAN에 보관.다) 모래를 채운 측정기의 무게를 측정라) 밑판구멍에 깔대기를 맞추어 측정기를 세워 밸브를 열고 모래이동이 멈추는 것을 확인 후 밸브를 잠근다.마) 측정후의 측정기무게를 측정한다.11) 시험결과의 정리) 시험구멍에서 파낸 흙의 함수량(%)가) W = (원시료의 중량 - 건조후 중량) / 건조후중량 × 100%나) 시험구멍에서 파낸 흙의 건조중량다) W′= (100×시험구멍에서 파낸 젖은흙의 중량) / (W+100)라) 시험구멍의 체적 V = (시험구멍 및 깔대기속의 모래중량 - 깔대기를 채우는데 필요한 모래의 중량) / 모래단위중량마) 흙의 습윤단위중량(g/㎤) γt = W1 / V바) 흙의 건조단위중량(g/㎤) γd = W′/ V사. 삼축압축시험(TRIAXIAL TEST)12) 실험방법) 직경이 NX 코아(54 mm)이상인 암석 시편을 이용하여 높이 대 직경비가 2.0∼3.0이 되도록 절단하고 시편 양단면이 서로 평행하고 횡축에 직각이 되도록 연마기로 연마한다.가) 편, 가압판(platen), 삼축 cell을 연결한다.나) 압발생장치의 유압선을 삼축 cell에 연결하고 삼축 cell을 유압으로 채운다. 그리고 air bleeder hole을 닫는다.다) 축하중 장치에 삼축 cell을 놓는다.라) 초기 봉압()을 선택한다.마) 축하중과 봉압은 미리 결전된 수준에 도달할 때까지 동시에 증가시킨다.바) 시편에 대한 축하중을 가하기 시작한 후.5∼1.0 MPa/ sec 한계 내에 있어야 한다. 축하중을 가하는 동안 봉압은 미리 가한 값에서 ±2 % 이내에서 유지되어야 한다.사) 가한 봉압()과 파괴시 축하중(P) 또는 축응력()을 기록한다.아) 실험횟수 및 시료 수는 요구되는 봉압의 범위내에서 응력 포락선을 정의하기에 충분해야 한다. 이 목적을 위해 필요로 하는 수는 실험 방법, 암석의 고유 변화성에 따라 달라진다.아. 회복탄성계수 시험(RESILIENT MODULUS TEST)13) 개요) 포장설계는 순수이론방법인 역학적해석기법과 실험 및 통계법인 경험적 해석기법등이 있다.가) 경험적 해석기법인 AASHTO설계법은 10년간 차량반복 운행시험을 거쳐 ‘72 잠정설계지침을 제시하여 여러국가에서 사용하고 있으며,나) ’86 AASHTO 설계지침은 우리나라 적용상 문제점이 대두되어 현실적으로 적용하는데는 이것에 대하여 우리나라실정에 맞게 정량화 하여야 하는 것이 과제이다.14) 시험방법) 노상에서 윤하중에 의한 지지력을 묘사한 시험법으로 원추형공시체에 일정 주기, 크기, 빈도를 반복 축차응력을 가함가) 그 동안 삼축압축실험의 공시체는 등방압력을 받음나) 이 때 회복되는 축방향 변형량을 측정하여 동탄성계수를 구함자. 영구변형시험(PERMANENT DEFORMATION TEST)15) 영구변형시험조건) 현재까지 포장하부구조에 적용할 수 있는 통일된 영구변형 시험법은 제시된 바 없다. 다만 국가별 또는 기관별로 각각의 연구목적 또는 시행의도에 따라 독자적인 영구변형 시험법을 수립하여 시험을 수행하고 있다. 일반적으로 회복탄성계수(Er) 측정을 위한 시험을 준용 하거나 이를 약간 변경하여 사용하여 왔으며 이에 해당하는 것으로는 AASHTO T303-99, LTPP P46-96, NCHRP 1-28, NCHRP1-28A 및 최근 제시된 AASHTO 2002(NCHRP 1-37) 방법 등을 들 수 있다. 표 4.1은 2004년에 시행된 한국형포장설계법 연구 중 영구변형시험을 위하여 잠정적으로 채택하여 사용한 시험이다.
. 한국형 도로포장설계법 (연성포장)도로포장 단면 설계는 역학적-경험적 설계 개념으로 신설 및 덧씌우기 포장 단면 설계를 수행할 수 있다. 현장 조건의 정량적 결정(교통조건, 환경조건, 재료물성 등) 이후에 설계 해석 프로그램을 이용하여 설계업무를 수행하도록 한다. 역학적-경험적 설계방식과 기존의 경험적 설계 방식과의 가장 큰 차이는 일련의 설계과정이 아니라, 엄격한 의미에서의 해석 프로그램 사용이라는데 있다. 즉, 설계 과정에서 주어진 포장단면에 대해 해석을 수행하여 장기 공용성을 예측하는 방식이다. 아스팔트 콘크리트 포장에 대한 전반적인 설계과정을 에 나타내었고, 설계과정은 다음과 같다.? 시공 대상지역의 조건에 적합한 포장단면을 가정하여 선정한 다음, 예비설계(Trial Design)를 다음과 같이 실시한다.① 교통량, 환경조건 및 재료물성과 관련된 입력 변수들을 입력한다.② 설계 해석 프로그램 내의 구조해석 프로그램 모듈에 의해 포장 단면의 구조적 거동(Structural Responses)을 계산한다.③ 설계기간 동안 유지되어야 할 공용성 기준을 설정한다. 즉, 아스팔트 콘크리트 포장의 피로균열, 영구변형 및 국제평탄성지수(IRI, International Roughness Index)의 허용기준을 설정한다.④ 설계 해석 프로그램 내의 공용성 해석 프로그램 모듈을 이용하여 포장 손상을 계산하고, 전체 설계기간에 대하여 누적된 손상도를 계산한다.⑤ 예비설계의 결과가 공용성(피로균열, 영구변형, 국제평탄성지수) 기준에 적합한지를 평가한다.⑥ 예비설계가 공용성 기준을 만족하지 못하면, 예비설계의 단면을 변경한 후 다시 위의 (2)항부터 (6)항까지의 과정을 반복하여 해당 설계단면이 공용성 기준을 만족할 때까지 수행한다.⑦ 설정한 공용성 기준을 만족시키는 설계단면은 구조적 및 기능적 측면에서 시공 가능한 시스템이어야 하고, 다른 대안단면들에 대한 추가적인 예비설계를 수행한다. 이러한 설계 대안들에 대해 생애주기비용분석을 의한 경제성 평가를 실시하여 최적 대안을 선정한다.⑧ 예비설계가 공용성 기준을 만족하면 대안단면의 하나로 선정하고, 추가적인 재료 및 대안 단면에 대하여 (2)항부터 (6)항까지의 과정을 반복한다.가. 구조해석모델2차원 구조해석 모형은 철근 주변의 콘크리트 응력을 살펴보는데 한계가 있기 때문에 DIANA 라는 해석프로그램을 이용하여 3차원모형을 개발하였다. 이에 근거하여 철근 주변의 콘크리트에서 발생하는 주응력을 살펴보았다. 각각 온도와 교통하중이 연속철근콘크리트 포장에 재하 된 경우의 해석결과를 합한 응력이 두 하중을 동시에 재하 한 경우와 큰 차이가 없었다. 최종 응력 해석에는 전자 방법을 이용하였다.본 구조해석 모형을 이용하여 설계에 사용되는 입력 변수에 따른 민감도 분석을 수행하였으며, 그 결과를 살펴보면 다음과 같다.? 두께가 얇은 연속철근콘크리트 포장일수록 더 큰 응력이 발생하였다. 슬래브 두께의 영향은 얇은 슬래브 두께가 얇아질수록 더 커지는 것으로 나타났다.? 종방향 철근비가 낮을수록 더 큰 콘크리트 응력이 발생하였으며, 콘크리트 응력은 종방향 철근비와 거의 선형에 가까운 관계가 있었다.? 하부 복합지지력이 감소할수록 콘크리트의 응력은 증가하였다. 그 값이 작은 범위에서는 민감하게 변화하였다.? 콘크리트 세팅온도로부터의 더 큰 온도차 조건에서 더 큰 콘크리트 응력이 발생하였다. 세팅온도와 콘크리트 응력은 거시적으로 Bilinear관계가 있었다. 현재의 포장체 온도가 세팅 온도보다 클 경우 그 관계는 완만한 선형관계였으나, 반대의 경우 매우 급한 선형관계가 형성되었다. 이는 환경하중이 온도하중과 건조수축에 의한 하중이 복합적으로 작용하기 때문이다. 온도하중과 건조수축에 의한 주응력은 콘크리트 온도가 세팅 온도보다 낮을 때는 같은 방향이다. 하지만 콘크리트온도가 세팅 온도보다 높을 때는 다른 방향이 된다. 따라서, 두 환경하중의 조합은 작은 주응력을 발생시킬 것이다.? 콘크리트의 응력은 최종건조수축이 증가할수록 커진다. 콘크리트 응력과 최종건조수축과의 관계는 세팅온도가 슬래브의 온도보다 낮을 경우, 완만한 선형관계가 있으나, 반대의 경우에는 앞서 말한 바와 같이급한 선형관계가 있다.? 콘크리트 열팽창계수가 증가할수록 콘크리트의 응력도 커진다. 그 효과는 세팅온도와 현재 슬래브의 온도차가 커질수록 증가하였다.? 콘크리트 응력은 하부층과 슬래브 사이의 마찰력에 영향을 많이 받지않는 것으로 나타났다.? 전체적으로 슬래브 두께, 하부 복합지지력, 콘크리트의 온도변화가 가장 큰 영향인자로 나타났다.나. 파손예측모델0) 포장 파손 예측모델공용성 모형은 장래 추정 및 공법별 회복 정도를 파악하는 것이 중요하다. 포장파손예측모델이 포장 관리에 어떻게 이용되는지를 그림 1에 나타내었다. 실선은 신설 이후 현재까지 포장 상태가 변해온 과정을 나타내고, 점선 구간은 추정 예측 구간으로, 현재의 포장 상태에서 공용 기간(performance period)동안 포장의 상태가 어떻게 변화되는가를 나타내고 있다. 이 시점에서 유지보수를 시행하였을 때 보수 후 포장의 상태가 어떻게 변화되는 가를 나타낼 수 있어야 한다. 이러한 예측모델을 개발하기 위해서는 아래와 같은 요구조건이 선행되어야 한다.? 적정량의 포장 파손 데이터? 포장 파손에 영향을 미치는 모든 인자를 포함하는 데이터 베이스? 현실과 부합하는 적절한 예측 모델 함수 형태의 선정? 모델의 정확도를 평가하기 위한 기준예측모델의 종류는 확률론적(probabilistic) 모델과 결정론적(deterministic) 모델로 구분할 수 있으며 개발 과정에 따라 순수 이론적(pure mechanistic), 이론-경험적(mechanistic-empirical), 경험적(empirical), 주관적(subjecive) 모델로 구분된다. 순수 이론적 모델은 포장체의 거동과 관련된 인자 즉, 응력, 변형률, 처짐 값 등을 이용하여 포장 파손을 예측하는 것으로서 복잡한 포장 구조의 인과 관계에 비해 비교적 단순한 가정의 이론 모델이 채택됨으로 특수한 경우에만 적용될 뿐 실용화 단계에 이르지 않고 있다. 이론-경험적 모델이란 포장의 현장 조사를 통하여 경험적으로 얻게 되는 종단평탄성 또는 균열 등의 포장파손들과 이론 모형을 통하여 얻게 되는 포장체의 거동과의 관계를 통하여 포장 손상을 추정하는 방법이다. 세 번째 형태로서 장기간동안 포장체의 파손상태, 교통량, 처짐량 등 포장관련 인자들을 관측하고, 일정량의 자료가 수집되면 회귀분석등을 통하여 예측모델을 개발하는 경험적 모형을 들 수 있으며, 1980년대 말 미국의 SHRP에서 시도되었던 LTPP공용성 모형을 예로 들 수 있다.
하늘을 오르려는 인간의 끝없는 욕망- 하이퍼 빌딩 (Hyper Building) -목차1. 서론- 주제 선정 이유- 주제 선정 및 조사 과정- 본문 내용의 방향 제시2. 본론- 하이퍼 빌디의 기원- 하이퍼 빌딩의 필요성- 하이퍼 빌딩의 목표- 하이퍼 빌디의 구성과 활용 방안3. 결론4. 참고문헌◎ 본문 내용의 방향첫째로, 하이퍼 빌딩이 나오기 전의 빌딩들을 살펴보면서 발전과정들을 볼 것입니다.현재 존재하는 극초고층 빌딩에서 시작된 하이퍼 빌딩의 발전과정들과 몇몇 사람들에 의해 제시된 하이퍼 빌딩의 종류들을 살펴볼 것입니다.둘째로, 하이퍼 빌딩이 제시된 원인과 이 원인의 해결방안 등을 살펴 볼 것입니다.기본적으로 한정된 토지와 자연환경에서 많은 사람들을 수용하기 위하여 제안되었으며, 많은 건설가들이 하이퍼 빌딩과 비슷한 개념의 건축물들을 제시하였습니다.셋째로, 하이퍼 빌딩이 제시된 다양한 방법들과 이 건물들의 장점, 특징들을 살펴 볼 것입니다.1. 하이퍼 빌딩의 기원초고층빌딩에 대한 아랍인들의 야망은 어제 오늘의 일이 아니었습니다. 하늘에 오르려는 그들의 야망, 신이 머무는 곳에 도시를 건설하려는 사람들의 끝없는 욕망은 수천 년 전부터 이어져 왔습니다.바벨탑이 대표적인 사례라 할 수 있는데, 몇 해 전, 바그다드 남쪽 80km쯤 떨어진 바빌론, 그러니까 메소포타미아의 고대도시였던 바빌론에서 거대한 바벨탑 (지구라트, 90미터 높이)이 발견됐다고 전해집니다.그것도 한 두 개가 아니라 여러 곳에서 바벨탑 건설 흔적이 발견되고 있다고 하니 가히 예로부터 아랍인들의 ‘하늘을 향한 야망’ 을 쉽게 짐작할 수 있을 것입니다.역사적으로 인간이 하늘로 향한 열정이 뜨겁다는 사실은 이집트의 피라미드를 통해서도 알 수 있습니다. 기원전 2550년 무렵 세워진 현존 최고의 피라미드는 높이가 146.5m에 이르고 석조물은 적게는 3톤에서 10톤이 넘게 나가는 돌이 무려 250만개가 들어갔으며, 인부 10만명이 수십년간 피땀을 흘려 만든 인류 최대의 석조물입니다.현재까지 건설되었거나 건물이 계획 중이라는데 거대한 피라미드 건축물 안에는 100만명 사람을 거주시킨다는 개념으로 구상중 인 것으로 알려져있습니다.하늘을 유달리 숭상하는 아랍에미레이트 민족이 구상 중인 지구라트 건물은 풍력,태양광,증기를 조합한 하이브리드인 에너지 공급 시스템을 갖추는 거대한 현대식 바벨탑으로 계획 중이며 어지간한 대규모 농사도 지을 수 있게 설계될 예정이라고 합니다.그리고 마지막으로 하이퍼 빌딩에 가장 큰 관심을 가지고 있고, 가장 많은 아이디어를 내놓은 일본 건설 회사 ‘다이세이’ 의 X-seed 4000이 있습니다.일본 다이세이(Taisei)사가 후지산을 모방해 설계한 이 탑은 도쿄 안에 건설될 예정으로 ‘도시 속의 도시’가 될 예정입니다.높이는 후지산보다 213미터 높고 기초면적은 6평방킬로미터에 달해 현재 최대 건축물인 보잉사의 워싱턴주 에버레트 공장면적의 6배에 달합니다. 800층이나 되기 때문에 대형 엘리베이터는 필수적입니다. 탑 내부에는 200명을 수용할 수 있는 대형 자력 엘리베이터가 설치될 예정으로 최고층까지는 약 35분이나 걸립니다.주민들은 주로 2,000m 이하에서 생활하게 됩니다. 더 높은 곳은 너무 추워서 거주에 적합하지 못하며 대형 스키장 같은 시설이 들어설 예정입니다. 현재 물가 수준으로 계산하면 ‘X-Seed 4000’를 짓는데 드는 비용은 약 3,000~9,000억 달러가 소요됩니다. 이 프로젝트는 1980년대부터 이미 시작됐으나 지금까지 천문학적인 투자액 때문에 실천에 옮기지 못한 상태입니다.‘X-Seed 4000’의 실현 가능성에 대해 지금 일본에서는 다시금 격렬한 토론이 벌어지고 있습니다.2. 하이퍼 빌딩의 필요성산업혁명 이후의 과학기술 만능주의, 개발지상주의의 결과 현재 우리들이 사는 지구는 자원에너지의 고갈, 환경의 급격한 변동 등 미래에 대한 불안이 고조되고 있습니다. 이러한 반성에서 출발하여 앞으로 인류가 추구하는 목표로 자연회귀나 과학기술에 대한 불신이 고조되고 있습니다. 예를 들면 저층의 건물을 전원이나 삼림중에 저밀이 지면이 아닌 상공을 이용하는 하이퍼빌딩입니다.지금 현재 지구상에서 가장 많은 자원에너지를 소비하는 곳은 미국이며 1인당 소비량은 개발도상국의 20배입니다. 지구에 사는 인류 56억이 조만간 100억으로 증가하고 모두가 미국과 같은 생활을 향수한다면 [인구2배X1인당 자원요구량 20배 - 현재의 지구 1개 = 39개]가 필요하게 된다고 건축가 파올로 솔레리는 주장하고 있습니다. 지구를 만들어내는 것이 불가능한 이상 우리들은 이러한 지구상에 새로운 환경 조화형 거주시스템을 창조하지 않으면 안 될 것입니다. 그중 하나의 해결방법이 하이퍼빌딩입니다.지구는 폭발적인 인구증가가 진행되고 있으며 또한 도시에 대한 인구집중이 현저합니다. UN의 추계에 따르면 1980년에는 인구 500만이 넘는 도시가 30개이고 그 중 20개는 제3세계에 존재한다고 합니다. 이러한 양상은 2010년에 이르면 크게 변화되어 인구 1000만을 넘는 도시가 26개로 늘어날 것으로 예상되는데 그 가운데 동경의 인구는 약 2,900만명으로 세계 제일의 거대도시가 될 것으로 예측됩니다. 도시의 인구증가에 대응하기 위해서는 앞으로 지속적인 도시기반 정비가 중요한 문제입니다.오늘날의 대도시는 평면적으로 확대되어 도시의 생활환경악화, 슬럼화, 재해위험성의 확대, 도심부에서의 인구감소나 사회 활력의 저하 등 공동화가 야기되고 있습니다. 또한 차량의 정체, 통근러시 등 교통문제, 지가폭등에 의한 경제 활력의 저하등 문제가 나타나고 있습니다. 도시시스템 자체가 유효한 기능을 하지 못하는 것이 현실입니다. 도시공간의 고도이용, 자연환경과의 공생, 안전성의 확보, 새로운 도시 커뮤니티의 형성 등 기존도시를 넘어선 새로운 도시시스템의 개발이 필요합니다. 도시는 자연환경을 침식하여 평면적으로 확대되고 있습니다. 예를 들면 동경의 23개 구내의 건물은 평균 층수 3층에도 못미치는 것으로 나타났습니다. 도시공간의 유효이용이 이루어지지 못하고 있는 것입니다. 동경 도시권은 평면적으로 저밀도로 확대된 도시구조가 되고 있는 차량의 교통에 의존하지 않는 도시교통시스템이 필요합니다.도시의 경제, 산업의 활성화는 도시의 지가폭등을 초래하였습니다. 일본의 경우 국가자산에서 점하는 토지자산의 비율은 선진국 가운데 가장 높습니다. 이것이 도심부의 거주를 어렵게 만드는 최대의 원인입니다. 도시의 지가상승을 극복하여 토지에의 의존도가 낮은 도시구조를 모색하고 경제, 산업의 활성화나 도심거주가 가능하게 하는 새로운 도시의 틀이 필요합니다.3. 하이퍼 빌딩의 목표◎ 토지의 고도이용을 촉진하기 위해 초초고층화 및 초고밀도 집약화를 도모하는 입체도시 공간을 구축한다. [초초고층화]◎ 스크랩 앤 빌드를 반복하는 경제효율 중시의 종래의 도시에서 장기간의 내구성을 지닌 자원의 유지와 증진을 도모하고 지속적인 발전을 가능하게 하는 틀을 지닌 스톡형 도시시스템을 구축한다. [초장수명화]◎ 종래의 건축의 규모를 넘어선 도시의 단위를 구성하는 초건축공간을 실현한다.[초건축화]4. 하이퍼 빌딩의 구성과 활용방안인간의 활동이나 생활의 장인 새로운 도시공간을 창출하기 위해 초초고층공간에서 그 영역을 구하는 도시공간을 개발하고 제한된 지표면을 자연에 개방하는 것이 하이퍼 빌딩이 지닌 커다란 테마의 하나입니다.도시가 지닌 성장에너지를 평면적 확대방향에서 입체적인 확대방향으로 전환하기 위해 약 1000m의 높이를 목표로 초초고층의 입체도시를 가능하게 하는 신기술을 추구합니다.세계에 현존하는 가장 높은 건축물은 약 850m에 이르며 일본에서는 300m입니다. 현재의 초고층건축은 성장 발전의 구조를 지니고 있지 못하며 종래의 건축물을 대규모화한 것에 지나지 않습니다. 경제효율중시의 스크랩 앤 빌드를 반복하는 플로어형 종래도시에서 초장기의 내구성을 지닌 스톡형 도시를 구축합니다. 또한 도시의 생활, 역사, 문화를 중시하는 새로운 도시사회의 형성을 목표로 합니다. 제한된 지구자원의 유효활용과 초장기의 지속적인 발전을 가능하게 하는 도시시스템을 확립합니다. 약 1000년의 내구성을 확보할 수 있는 인프라 스트럭쳐나 도시공간형성을 물권을 만들어 내고 지표의 자연환경재상을 일체적으로 계획하는 것을 목표로 하고 있습니다. 초초고층 도시를 가능하게 하기 위해서는 인간의 생활에 관한 제반 문제를 해결할 필요가 있습니다. 하이퍼 빌딩은 고소환경에서의 인간의 생리, 심리적 측면에 관한 상세한 지각, 감각 연구를 진행하여 안전하고 쾌적한 도시공간을 창출하기 위한 인간환경 형성기술의 개발을 추진합니다. 종래의 평면도시의 2차원 공간생활에 대해 하이퍼 빌딩에서는 다채로운 3차원공간생활이 전개됩니다. 사람들은 지하의 안정적인 환경을 활용한 생활(언더그라운드), 풍부한 자연이 있는 대지에서의 생활(내추럴리빙)을 조합한 입체적인 생활을 향유할 수 있습니다. 또한 이곳에서는 생활요구에 부합하는 다양한 생활공간을 선택할 수 있습니다. 사적인 공간과 공적인 공간을 결합하여 다양하고 입체적인 네트워크형 생활이 실현됩니다.태양, 달, 별, 구름 등 천공의 변화나 자연의 웅대한 조망과 지표면에 비해 저온, 저습, 풍부한 일사 등 고소환경의 특징을 활용한 보양, 피서나 휴양시설이 설치됩니다. 레크리에이션, 메디컬기능 등 초초고층에서의 새로운 인간생활이 창조되는 것입니다.종래의 도시공간에 비해 고밀도로 고도의 편리성과 다양성을 갖춘 도시생활이 실현됩니다. 하이퍼 빌딩의 초고밀도 도시사회는 인간들끼리의 직접적인 커뮤니케이션이나 교류가 밀접하게 이루어진 장소입니다. 인간적이고 미래지향적인 이상적인 생활공간이 실현됩니다.지상에서는 인간과 동물과 식물이 공존하는 환경공생공간이 만들어집니다. 풍부한 자연을 지닌 지상에서는 인간과 생물의 공존을 도모하기 위한 공원이나 스포츠, 자연체험필드 등 친자연형 생활이 전개됩니다.안정된 온도, 지진재해에 대한 안전성, 차음성 등 지하 특유의 환경을 이용한 도서관, 미술관이나 인도어스포츠 등의 생활공간이 형성됩니다. 또한 지하교통시스템, 교통시설, 에너지플랜트, 쓰레기처리시설, 방재센터 등 하이퍼 빌딩의 생활을 유지해 주는 각종 시설이 설치됩니다. 하이퍼 빌딩은 평면도시의 무질서한 도시환경, 비니다.
[1] 아래 은 2차원 Truss-stiffed beam 구조물로서, 기존 교량의 임시 보강을 위한 공법으로 흔히 사용된다. 일반적으로 beam element AB, BC, CD는 축방향으로 rigid하며, truss element BE & CF도 축방향으로 rigid하게 설계함으로써 보강효과를 증가시킨다. 여기서 기존교량의 deflection 에 의한 slope 가 연속성으로 갖기 위하여 에서 보이는 바와 같이 Joint B와 E에서 truss element BE, CF, BF, CE는 hinge connection을 형성한다.ⅰ) 보강재가 연결되지 않은 기존교량에서 deck의 최대응력이 강재(steel SM520)의 허용응력(=210Mpa)의 1.5배에 도달하였을 때의 단면(&)을 결정하시오. 여기서 E=210,000MPa,=50kN/m,=2.0m로 가정한다.sol)부재 : Steel SM520탄성계수 : 210,000MPa이번 프로젝트의 목표는 기존교량의 보강효과에 대해 아래의 식을 이용하여 분석하는 것이다.좀더 목표에 부합하는 결과를 내기 위해 10가지 경우에 대해 분석한다.beam부재의 단면 2종류, truss부재의 단면 5종류를 이용한다.Beam의 부재 형상을 2종류로 정하였고, 두 부재 모두 휨에 대한 저항을 크게 하기 위하여 단면적 대비 2차모멘트의 값이 큰 BOX형 단면과 H-Beam형 단면을 선정하였다.BOX형 단면H-Beam형 단면A = 53,272I = 4,290,330,000A = 125,600I = 4,009,947,000허용응력(=210Mpa)의 1.5배인 315Mpa에 근접한 모습BOX형 단면H-Beam형 단면Solid Rectangle형단면ⅱ) 유한요소해석 프로그램을 이용하여, 보강재가 연결되지 않은 기존교량의 수직변위와 모멘트 분포를 구하시오. 그리고 도로교 설계기준(2005)에 의한 허용처짐값을 검토하시오.sol) 도로교 설계기준(2005)에 의한 허용처짐값은 다음과 같다.BOX형 단면수직변위모멘트 분포H-Beam형 단면수직변위모멘트분포Solid Rectangle형 단면수직변위모멘트분포위의 세 단면 모두에서 허용처짐값 0.0288m보다 큰 0.241m와 0.257m가 나왔다.? 보강이 필요함!!!ⅲ) 유한요소해석 프로그램을 이용하여, 보강재가 연결된 교량에서 deck의 최대응력과 트러스부재의 최대응력이 강재(steel SM520)의 허용응력(=210Mpa) 이내에 도달하도록 트러스부재의 단면()을 결정하시오. 이때 부재BE와 CF는 axial deformation이 거의 없는 rigid bar로 가정하며, 나머지 트러스 부재는가 동일하다.ⅳ) 보강 전후의 해석결과로부터 deck의 최대 수직변위를 도로교 설계기준(2005)의 허용처짐값과 비교하시오.sol)※ BE부재와 CF부재는 축변형이 거의 없는 rigid bar가 되어야 하기 때문에 탄성계수를 100배크게 하였다.※ 나머지 트러스 부재들은 강재 steel SM520을 사용하였고, 단면의 형상들은 다음과 같다.- H-Beam, Box, Pipe, T-Beam, Solid Round※ ⅲ, ⅳ의 문제를 동시에 해결1) Beam ① Truss Box (Beam) - H-Beam (Truss)Beam 최대 응력 (49.7 MPa) - 압축A = 3,141.4I = 1,693,640Truss 최대 응력 (210Mpa) - 인장Beam의 최대 변위 (=24.346mm)② Truss Box (Beam) - Box (Truss)Beam 최대 응력 (49.7 MPa)A = 3,142I = 2,153,980Truss 최대 응력 (210Mpa)Beam의 최대 변위 (=24.342mm)③ Truss Box (Beam) - Pipe (Truss)Beam 최대 응력 (49.7 MPa)A = 3,141.59I = 1,693,640Truss 최대 응력 (210Mpa)Beam의 최대 변위 (=24.344mm)④ Truss Box (Beam) - T-Beam (Truss)Beam 최대 응력 (49.7 MPa)A = 3,142.1I = 1,109,280Truss 최대 응력 (210Mpa)Beam의 최대 변위 (=24.341mm)⑤ Truss Box (Beam) - Solid Round (Truss)Beam 최대 응력 (49.7 MPa)A = 3,141.0I = 7,851,220Truss 최대 응력 (210Mpa)Beam의 최대 변위 (=24.348mm)2) Beam ① Truss H-Beam (Beam) - H-Beam (Truss)Beam 최대 응력 (40.2 MPa)A = 3,142I = 2,153,980Truss 최대 응력 (210Mpa)Beam의 최대 변위 (=23.692mm)② Truss H-Beam (Beam) - Box (Truss)Beam 최대 응력 (40.2 MPa)A = 3,142I = 2,153,980Truss 최대 응력 (210Mpa)Beam의 최대 변위 (=23.689mm)③ Truss H-Beam (Beam) - Pipe (Truss)Beam 최대 응력 (40.2 MPa)A = 3,141.59I = 1,693,640Truss 최대 응력 (210Mpa)Beam의 최대 변위 (=23.687mm)④ Truss H-Beam (Beam) - T-Beam (Truss)Beam 최대 응력 (40.2 MPa)A = 3,142.1I = 1,109,280Truss 최대 응력 (210Mpa)Beam의 최대 변위 (=23.691mm)⑤ Truss H-Beam (Beam) - Solid Round (Truss)Beam 최대 응력 (40.2 MPa)A = 3,141.0I = 7,851,220Truss 최대 응력 (210Mpa)Beam의 최대 변위 (=23.690mm)3) Beam ① Truss Solid Rectangle(Beam) - H-beam(truss)Beam 최대 응력 (32.2 MPa) - 압축Truss 최대 응력 (210Mpa) - 인장Beam의 최대 변위 (=23.690mm)② Truss Solid Rectangle(Beam) - H-beam(truss)Beam 최대 응력 (32.2 MPa) - 압축Truss 최대 응력 (210Mpa) - 인장Beam의 최대 변위 (=23.690mm)③ Truss Solid Rectangle(Beam) - H-beam(truss)Beam 최대 응력 (32.2 MPa) - 압축Truss 최대 응력 (210Mpa) - 인장Beam의 최대 변위 (=23.690mm)④ Truss Solid Rectangle(Beam) - H-beam(truss)Beam 최대 응력 (32.2 MPa) - 압축Truss 최대 응력 (210Mpa) - 인장Beam의 최대 변위 (=23.690mm)⑤ Truss Solid Rectangle(Beam) - H-beam(truss)Beam 최대 응력 (32.2 MPa) - 압축Truss 최대 응력 (210Mpa) - 인장Beam의 최대 변위 (=23.690mm)Beam 단면Truss 단면(mm)(mm)비고BoxH-Beam24.34628.8o.kBox24.342o.kPipe24.344o.kT-Beam24.341o.kTruss24.348o.kH-BeamH-Beam23.692o.kBox23.689o.kPipe23.687o.kT-Beam23.691o.kTruss23.690o.k? 보강 후 모두 허용처짐값보다 작은 값을 가진다.ⅴ) 최종적으로, 아래의 관계식으로부터 기존교량의 보강효과에 대해 분석결과를 정리하시오. 여기서 관계식에 대한 분석을 위해서를 3 가지 이상의 경우 (단, 각 경우가 앞에서 언급한 응력수준을 만족해야 함.) 에 대하여 구조해석을 수행하시오.sol)보강형태H-Beam21040.75.1597153,2723141.4016.958Box21040.75.1597153,2723142.0016.955Pipe21040.75.1597153,2723141.5916.957T-Beam21040.75.1597153,2723142.1016.954Truss21040.75.1597153,2723141.0016.960보강형태H-Beam21040.25.22388125,6003142.0039.975Box21040.25.22388125,6003142.0039.975Pipe21040.25.22388125,6003141.5939.980T-Beam21040.25.22388125,6003142.1039.973Truss21040.25.22388125,6003141.0039.987