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고성능의 구조 부재의 개발을 위한 재료와 보강기법 개발의 상승효과

미래와 첨단구조Assignment #22008.05.26담당교수 : 윤영수 교수님토목환경공학과2003170439박 성 오1. 보다 고성능의 구조 부재의 개발을 위한 재료와 보강기법 개발의 상승효과에 대한 예를 들고, 이에 대한 의견을 기술하시오.◎ 합성구조일반적으로 합성구조라 함은 2가지 이상의 서로 다른 재료, 부재 및 시스템의 구성요소를 사용하여 성능을 향상시킬 목적으로 제조, 가공, 설치된 소재, 부재 및 구조시스템 등을 총칭한다. 현대의 과학기술은 여러 가지 성능을 동시에 갖고 있는 고성능 재료를 개발하여 왔으며, 이러한 노력의 결과로 다양한 성능의 금속, 세라믹 그리고 폴리머 재료가 실용화되었다.지난 수십년 간 건축분야에서 합성부재의 사용은 철골기둥의 내화 성능을 향상시키기 위한 콘크리트 피복, 강판을 영구거푸집으로 사용하는 합성데크, 합성보 등 시공성, 경제성 향상을 위한 대안으로서 미국의 경우 1900여년 경부터, 일본의 경우 1920년부터, 국내에서는 건설부에서 제정한 철골철근콘크리트 계산 규준과 대한건축학회의 1973년도 철근콘크리트구조 계산규준을 적용하여 건설에 많이 사용되어 왔으며 그 성능은 일반적으로 만족할 만한 수준을 나타냈다.1) 합성구조의 발생과 진화? SRC 구조SRC(Steel-Reinforced Concrete) 구조는 유럽에서 시작되어 일본 및 미국에서 지진설계에 이용되었다. 일본에서는 1923년 관동 대지진 이후 뛰어난 내진성능을 발휘하는 것으로 인식되어 그 이후 대부분의 6~9층 건축물에 적용되고 있다. 1970년대 이전까지 Angle과 Flat Bar를 사용한 오픈웨브 골조에 내화를 위하여 콘크리트를 충진하여 사용하였으며, 1970년대부터 H형강이 생산되면서 상대적으로 볼트와 용접을 통한 오픈웨브 제작비용이 상승하게 되어 H형강의 사용이 보편화되었다.SRC 구조는 철골구조체의 좌굴에 의한 내력 및 변형능력의 저하를 철근콘크리트 구조체의 구속효과에 의해 방지하며, 철근콘크리트 구조에 발생되는 콘크리트의 전단파괴나 압축파괴에 의한 내력저하는 철골에 의해 보완되는 구조형식이다. 철골과 콘크리트로 이루어진 SRC 부재 최대내력에서 콘크리트 부분이 파괴되고 부재는 순철골로서 거동을 하게 되어 내력이 현격히 저하하게 된다. 따라서 SRC 구조가 내진성능을 발휘하기 위해서는 적절한 콘크리트 구속과 크로스철근이 배근되어야 한다.? CFT 구조CFT(Concrete-Filled Steel Tube) 구조는 내부 콘크리트를 외부의 강관에 의해 구속시켜 재료의 효율성을 높인 우수한 구조이다. 강도와 연성이 우수하고 콘크리트 충전에 의한 강관의 국부좌굴 저항, 강관의 콘크리트 구속효과에 의해 콘크리트 강도의 증가, 시공비 감소 그리고 거푸집의 제거 등의 장점이 있다. 그러나 강관과 콘크리트 사이의 접촉응력과 다이아프램 하부의 콘크리트 충전성, 내화특성에 대한 검증의 부족으로 최근 연구는 이들 문제에 집중하고 있다.일본은 강관이 하중 전달과 콘크리트를 구속하는 작용을 고려하여 세장비 60이하의 강관을사용하며, 강관 내부면의 요철과 주철 스티프너 사용을 고려하고 있다. 반면 미국은 강관을 콘크리트의 거푸집역할만으로 사용하며, 세장비 100이상의 강재도 사용되고 있다. CFT의 변형성능과 항복강도 및 내진성능은 SRC기준 이상의 성능을 발휘하고 있다.2) 내진성능 향상을 위한 합성구조 시스템? 브레이스 사용한 구조벽체브레이스를 사용한 벽체는 건물의 횡강성과 강도를 조절하기 위해 사용된다. 건물의 횡처짐이 작을 때는 철근콘크리트벽이 횡하중을 견디지만 벽에 전단균열이 발생한 후 브레이스가 횡하중을 전달하는 역할을 하게 된다. 이 벽체의 역할은 좌굴에 의한 브레이스의 강도 저하를 막는 역할을 한다. 따라서 브레이스는 지진에 의한 반복 하중 시 큰 에너지 소산을 발휘한다.? RCS 구조RCS(Reinforced Concrete Steel) 구조는 SRC의 접합부 시공성의 문제점을 향상시켜 철골보의 장스팬 능력과 RC 기둥의 높은 중력하중 수행능력을 조합한 RC 기둥과 S보로 구성된 구조이다. 이 구조는 단면적이 큰 콘크리트 기둥이 풍하중시 뛰어난 감쇠효과와 휨강성을 발휘하기 때문에 지진 위험이 적은 지역의 고층건물에 이용되어 왔다.RCS구조는 노르리지 지진과 고베 지진 시 용접부 취성파괴가 발생한 모멘트 철골구조와는 달리 보의 한 방향으로는 용접이 필요 없다는 점에서 중요한 이점이 있다. 또한 연속되는 보와 상하부 기둥과의 연결에서 사용되는 모살용접은 단면적이 큰 콘크리트 충전됨으로서 보완된다.? 내부코아와 외부강구조 사용합성구조의 사용은 부재나 접합부에만 제한되어 적용되는 것은 아니며, 각 구조 구성요소의 장점을 취하여 자유로운 설계와 건설비용을 단축시킬 수 있는 효율적인 구조시스템이 개발되고 있다.그 중 대표적인 것이 콘크리트 코아벽 시스템과 외부강구조를 합성한 구조시스템이다. 이 시스템의 중앙 코아와 외부강구조 사이의 하중전달 메카니즘은 중요하다, 아웃리거보와 바닥슬래브의 다이아프램 영향을 고려하여 횡하중이 코아와 외부기둥을 통하여 기초에 효율적으로 전달될 수 있도록 계획되어야 한다. 특히, 지진하중에 의하여 중심코아에 발생하는 큰 모멘트는 중심코아를 형성하는 벽에 압축력과 인장력을 발생시키게 된다. 따라서 콘크리트 코아와 외부강구조의 접합부는 효율적으로 하중을 전달할 수 있도록 설계되어야 한다.? 새로운 재료, 부재 및 시스템의 적용일반적으로 내진성능이 좋은 재료는 높은 연성과 무게에 비해 높은 강성을 가지며 균질하며 접합이 용이한 재료로 생각되어 왔다. 이러한 부재로 대표적인 것이 강재이며 지금까지 강재와 콘크리트를 조합한 합성부재가 내진성능을 향상시키는데 주로 적용되어왔다. 최근에는 고강도의 콘크리트가 개발되어 강도성능에 비하여 가격이 저렴한 콘크리트가 실용화되고 있다. 강재도 고강도, 고인성, 내화성, 내부식성이 우수한 고성능 강재의 개발이 활발히 진행되고 있다.섬유보강 플라스틱(FRP)과 고성능 콘크리트 등 새로 개발된 재료의 합성에 대한 연구가 수행되고 있으며 특히 FRP 재료의 사용은 RCFRP 패널 및 FRP를 사용한 RC부재의 보강에 관하여 연구되었다. 1.2~1.6정도의 비중을 갖는 경량콘크리트와 압축강도 20~60MPa, 인장강도 30~200MPa의 콘크리트가 이미 개발되고 강재와 섬유보강 콘크리트(FRC)로 구성되는 새로운 합성시스템이 연구되었다. 이 시스템의 구조요소는 FRC와 강재의 선택적인 조합으로 이루어졌다.이렇게 새롭게 개발되는 재료는 내진설계, 면진설계 및 제진설계 등의 목적으로 활용되고 있으며, 최근에는 강판과 고무를 적충하여 지진에너지를 흡수하는 유강혼합구조 등이 등장하여 적용되고 있다.2. (구조)공학도로서의 사회적 역할과 책임에 대해 기술하시오.이 문제는 공학도를 포함하는 한 차원 더 넓은 개념인 과학기술자의 개념으로 살펴보겠다.1) 전문직업과 과학기술과학기술자의 윤리가 강조되는 일차적인 이유는 과학기술이 전문직업의 일종이라는 점에서 찾을 수 있다. 전문가 사회에 속한 사람들은 일반인보다 뛰어난 능력을 가지고 있으며 이에 따라 전문가에 대한 사회적 기대도 크기 마련이다. 전문가들은 개인적인 이익을 넘어 공공선을 위해 행동할 것을 요구받고 있다. 한 사회가 특정한 조직에 전문직업이라는 지위를 허용하는 것은 그 조직과 구성원들이 공익을 증대시키는 방향으로 행동할 것이라고 간주하기 때문이다. 전문가는 일반인보다 더 많은 보수와 존경을 받으며 이에 상응하는 의무와 책임을 가지게 되는 것이다.2) 과학기술의 특수성과학기술은 전문직업으로서의 일반성과 함께 다른 전문직업에서 찾아보기 어려운 특수한 성격도 가지고 있다.· 과학기술활동에서는 자격증이 담당하는 역할이 상대적으로 미미하다. 예를 들어 의사와 변호사는 국가검정시험 혹은 국가고시를 통해 인증을 받아야 활동할 수 있지만 과학기술자로 활동하는 데에는 인증제도보다는 교육수준이 중요한 기준으로 작용한다. 물론 기사나 기술사 등과 같은 자격제도가 있지만 그것이 결정적인 역할을 담당하지는 않는다. 몇몇 국가에서는 공학교육 혹은 엔지니어에 대한 인증제도가 중요한 기준으로 작용하기도 하지만 인증 여부가 엔지니어로 활동하기 위한 필수조건은 아니다.

공학/기술| 2008.12.08| 4페이지| 1,000원| 조회(252)

재료, 성능, 합성, 고성능, 부재

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지진

Ⅰ. EarthquakeⅡ. Earthquake loss in the worldⅢ. Earthquake loss in KoreaⅣ. Earthquake loss in JapanⅤ. Earthquake resistant codesⅠ. Earthquake1. 지진지진이란 지구적인 힘에 의하여 땅속의 거대한 암반이 갑자기 갈라지면서 그 충격으로 땅이 흔들리는 현상을 말한다. 즉 지진은 지구내부 어딘가에서 급격한 지각변동이 생겨 그 충격으로 생긴 파동, 즉 지진파가 지표면까지 전해져 지반을 진동시키는 것이다.일반적으로 지진은 넓은 지역에서 거의 동시에 느껴진다. 이 때 각 지역의 흔들림의 정도, 즉 진도를 조사해 보면 갈라짐이 발생한 땅속 바로 위의 지표, 즉 진앙에서 흔들림이 가장 세고 그곳으로부터 멀어지면서 약하게 되어 어느 한계점을 지나면 느끼지 못하게 된다.이것으로부터 흔들림이 가장 큰 장소 부근의 땅속에서 어떤 급격한 변동이 발생하여 그것에 의한 진동이 사방으로 전해져 여러 지역을 흔드는 것이라 볼 수 있다. 이것은 마치 종을 쳤을 때 사방으로 울려 퍼지는 음파와 같은 성질을 갖고 있다.2. 지진의 원인지진의 직접적인 원인은 암석권에 있는 판의 움직임이다. 이러한 움직임이 직접 지진을 일으키기도 하고 다른 형태의 지진 에너지원을 제공하기도 한다.판을 움직이는 힘은 다양한 형태로 나타나는데, 침강지역에서 판이 암석권 밑의 상부맨틀에 비해 차고 무겁기 때문에 이를 뚫고 들어가려는 힘, 상부 맨틀 밑에서 판이 상승하여 분리되거나 좌우로 넓어지려는 힘, 지구내부의 열대류에 의해 상부맨틀이 판의 밑 부분을 끌고 이동하는 힘 등이라고 생각할 수 있으나, 이것들이 어느 정도의 비율로 작용하는지는 정확히 알 수는 없다.암석권은 지표에서 100km 정도 두께의 딱딱한 층이며 그 밑에는 암석권에 비해 덜 딱딱하고 온도도 높아 쉽게 변형될 수 있는 층(상부맨틀)이 존재하는데 지진이 일어날 수 있는 깊이의 한계는 여기까지로 지표로부터 약 700km의 깊이이다.지진발생의 원인에 대카판 ·코코스판 등의 경계를 따라서 지진이 발생한다.1960년 5월 22일에 발생한 칠레대지진은 규모 9.5를 기록했으며, 태평양을 건너 하와이제도와 일본열도에까지 해일을 일으킨 것으로 유명하다. 근래에는 페루 (1970.5.31), 에콰도르 (1987.3.5), 콜롬비아 (1994.6.6)에서 규모 6 이상의 강한 지진이 일어나 각각 1,000명 이상의 사망자를 기록했다.(7) 중동지역아라비아판과 유라시아판이 만나는 이 지역에는 거대한 단층이 지나고 있어 이를 따라 대규모 지진이 잘 발생한다. 이 지역은 20세기에 들어서도 규모 7 이상의 지진이 13차례나 일어나는 등 지진의 빈도가 잦아지는 추세를 보이고 있다.터키의 에르치칸지진 (1939.12.26), 이란의 타바스지진 (1978.9.16), 아르메니아지진 (1988.12.7), 이란지진 (1990.6.21), 터키북부지진(1992.3.13) 등이 최근 발생한 규모 7 이상의 격진이다.(8) 지중해지역유라시아판과 아프리카판의 경계부인 그리스와 이탈리아 해안지대, 모로코와 알제리 등지에서 지진이 잘 발생한다.근래에는 이 지역에서 큰 지진이 별로 발생하지 않았으나, 지진사에서 보면 1755년 11월 1일의 리스본지진이 규모 9에 육박하여 6만여 명의 사망자를 낸 것을 비롯하여, 이탈리아의 메시나지진 (1908.12.28), 아베차노지진 (1915.1.13) 등 제법 큰 규모의 지진에 대한 많은 기록을 남기고 있다.발생일시진 앙지 역규모피해상황?2005.10.08?34.44N73.60E파키스탄 북부 지역7.686,000명 사망69,000명 부상?2005.03.28?2.07N97.13E인도네시아 수마트라8.71,313명 사망300명 부상?2005.02.22?30.74N56.87E이 란6.4612명 사망1,141명 부상?2004.12.26?3.30N95.96E인도네시아 수마트라9.0283,106명 사망14,100명 실종?2004.02.24?35.1N3.99W모로코6.4631명 사망926명 부상?2003.12.26? 발생하였는데, "마치 소리가 우뢰와 같았고, 담벽이 무너졌으며, 기와가 날아갈 정도였다. 양양 등지에서는 바닷물이 요동 (해일현상)을 쳤는데 마치 소리가 물이 끓는 것 같았고 설악산의 신흥사 등이 붕괴되었다."고 할 정도로 지진의 피해는 매우 컸음을 알 수 있다.(4) 충청남도 홍성 강진 1978년 10월 7일1) 위치?: 충남 홍성 일대2) 규모 : 5.23) 피해?: 진도 5.2의 강진 발생, 부상 2명 및 건물 파손 100여 채, 건물 균열 1,000여 채 붕괴.1978년 10월 7일 오후 6시 21분 12초부터 3분 9초 동안 충청남도 홍성 일대에서 일어난 강진으로, 규모 5.2를 기록하였다.이 지진으로 인해 2명이 부상하고, 홍성군청을 중심으로 100여 채의 건물이 파손되었으며, 1,000여 채의 건물에 균열이 생겼다. 또 홍성의 성곽이 무너지고, 일시 정전과 전화 불통 현상이 발생했으며, 지면에 균열 현상이 관찰되는 등 4억여 원의 재산 피해를 일으켰다.홍성지진을 전후로 서울과 중부 지역에서도 잇따라 지진이 발생하였고, 1980년에는 규모 5.3의 강진이 북한의 평안북도 삭주에서 일어나기도 하였다. 또 한반도에서만 1998년 32회, 1999년 37회, 2000년 28회 등의 지진이 발생하였다.이로 인해 지진에 대한 대비책이 강구되기 시작하였고, 이의 일환으로 1988년부터 건축물 내진설계법을 시행하여 법으로 강제하는 한편, 1992년에는 도로 및 교량 표준시방서를개정해 교량도 내진 설계를 하도록 규정하였다.그러나 1988년 이전에 설계 및 시공된 건물이나 1992년 이전에 가설된 교량 등은 지진에 대해 무방비 상태이며, 일본 등 선진국에 비하면 여전히 지진에 무력한 실정이다.(5) 영월지진 1996년 12월 13일1) 위치 : 강원도 영월 동남쪽 약 20km 지역 (37.2N, 128.8E)2) 규모 : 4.53) 피해 : 전국에서 느낌. 영월 지역에 가벼운 구조물 피해 (건물 내외의 벽에 균열발생)(6) 거제 해역 지진 2005년 6월 29일1동쪽 지진1944년, 진도 : 7.9, 사망 : 1300명아이치현 미카와 지진1945년, 진도 : 7.2, 사망 : 2000명와카야마현 지진1946년 , 진도 : 8.0, 사망 : 1482명시마네현 하마다 지진1972년, 진도 : 7.1, 사망 : 555명아키타현 서부 앞바다 쓰나미 지진1983년, 진도 : 7.7, 사망 : 200명훗카이도 남서부 쓰나미 지진1983년 , 진도 : 7.8, 사망 : 230명효고현 남부 지진1995년 , 진도 : 7.3, 사망 : 6433명히로시마2001년, 진도 : 6.7, 사망 : 10산리쿠 미나미 지진2003년, 진도 : 7.1, 사망 : 0명도카치 앞바다 지진진도 : 8.0, 사망 : 0명나카타 지진2004년, 진도 : 6.8, 사망 : 40명후쿠오카 지진2005년, 진도 : 7.0, 사망 : 1명나카타현 지진2007년, 진도 : 6.8, 사망 : 4명95년 1월 17일 오전 5시46분에 발생, 고베 일대를 강타한 간사이 대지진(또는 한신 대지진, 고베대지진, 일본史 공식명칭은 平成 7년 효고현 남부지진)은 6천4백25명(사건발생 후 최종집계)의 사망자와 건물-주택파괴 15만9천5백44채, 재산피해 최소 9천6백억엔에서 최대 3조엔(추산), 이재민 32만여명이라는 2차대전 종전후 최악의 재해였다. 한신대지진때 한국인 희생자는 교포와 유학생을 포함해 모두 122명이 사망하고 천여명이 부상한 것으로 최종 집계됐다.Ⅴ. Earthquake resistant codes1. 일본의 건축기준법과 구조설계법의 변천일본 건축기준법의 변천과정을 살펴보면 대략 표와 같이 요약할 수 있다. 건축기준법의 개정은 명칭 변경과 함께 7차례 정도의 개정이 있었지만, 상위법에 해당하는 ‘건축기준법’ 을 제외한 ‘시행령’ 이하의 규정은 이보다 훨씬 많은 개정과 수정이 있었다.특히 대지진을 경험하면서 지진피해 경험을 바탕으로 구조계산 관련 규정들은 많은 개정을 거듭해 왔다고 볼 수 있다. 이들 개정 중 가장 중요한 것은 1981년의 신내진설계법과 199인하는 방법이다. 그러므로 ‘한계내력계산법’은 ‘내구성규정’을 제외하고는 기존의 구조계산법의 적용을 받지 않아도 된다.또한, ‘한계내력계산법’은 설정된 지진동에 대한 건축물의 응답치를 구하여, 그 응답치가 한계치에 이르지 않았다는 것을 확인하는 것이기 때문에 건축물의 소성화에 따른 주기의 증가, 감쇠의 영향 등을 직접 응답평가에 고려할 수 있다. 따라서 면진구조, 제진구조 등에도 동일하게 적용할 수 있다.그러나 기존의 구조설계법은 건물에 발생하는 응답 전단력을 설정하여, 그 힘에 대하여 건물을 설계하는 방법이므로 건물의 감쇠특성, 소성변형 후의 주기 특성, 변형특성을 직접 고려하는 것이 곤란한 부분이 많았다.5. 한계내력계산앞에서 언급된 바와 같이 한계내력계산법은 새로운 ‘구조관계규정(성능설계 규정)’에서 구조성능을 검증하는 방법으로 적용될 수 있는 한가지 방법의 예라고 할 수 있다.성능설계법의 구조 성능 검증방법으로 한계내력계산 외에도 건설대신의 고시에 따른 ‘선축기준법시행령 제81조 2의 규정’에 따라 검증할 수 있지만, 시각이력해석 등을 필요로 하기 때문에 여러 가지 어려움이 따른다.따라서, 초고층 건축물(높이 60m이상)을 제외한 중·소규모 건축물에서는 일반적으로 한계내력계산이 일반화 될 것을 염두에 두고, 한계내력계산법을 제안하고 있다.시행규칙과 건설대신 고시에 명시된 한계내력계산에서의 내진성능 검증 흐름을 그림 2에 나타낸다. 한계내력계산에서는 기본적으로 손상, 전도, 붕괴의 방지를 지진하중뿐만 아니라 풍하중, 설하중에 대해서도 직접 검증하도록 규정되어 있다. 적재하중에 대해서는 손상 방지를 검증하는 것만으로 전도와 붕괴에 대한 안전성은 자동적으로 확보된다고 보고 생략된다.그림 3에는 지진하중에 대한 골조구조의 안전성 검증에 대하여 한계내력계산법에 의한 구체적인 검증 예를 나타낸 것이다. 이하에 그 구체적인 방법을 설명한다.(1) 적용범위와 사용재료에 대한 확인이 필요하다. 한계내력계산은 원칙적으로 어떤 구조에 대해서도 적용할 수 있도록 되어 있다.풍압력

공학/기술| 2008.12.08| 43페이지| 4,000원| 조회(250)

일본, 지진, 지진하중, 내진설계

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초고층 빌딩·초장대 교량의 전망

미래와 첨단구조Assignment2008.06.16담당교수: 강영종 교수님토목환경공학과2003170439박 성 오◎초고층 빌딩·초장대 교량의 전망☞ 초고층 빌딩1.미래 초고층건물의 건립기술초고층건축물은 기술적으로 기존의 50~100층 규모의 건설기술과는 많은 차이점이 있을 것이다. 초고층건축물의 건설을 위해서는 혁신적인 공법과 신소재 및 빌딩 운영시스템의 개발이 필요하다. 즉 초고층건축용 자재는 초극강, 초극내력을 지닌 초경량 불연자재여야한다. 이는 현재 사용되고 있는 강재와 콘크리트 재료의 성능을 획기적으로 향상시킨 신소재들이 속속 개발되고 있으며 더욱 뛰어난 소재의 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.또 현재 엘리베이터 기술은 200층 규모의 수직 운송이 가능한 단계이나 초고층 건축물에서는 건축물 내부의 간선도로 시스템이 설치되어야 하고, 자기부상 캡슐형 이동장치와 같은 수직 및 수평이동을 위한 신개념의 운송수단이 적용될 것이다. 또한 수만에서 수십만명의 인구를 수용하는데 따른 에너지 소비를 절감하기 위한 자연에너지 활용 및 에너지 재활용시스템과 수자원 재활용시설, 쓰레기 운송 처리시스템, 화재나 테러에 대비한 재난 방재시스템 등인 단일건축물 내에서 구축되어야 한다.중국 상하이는 21세기 자국의 국력을 상징적으로 보여주고 2050년에 인구 3천만명 시대를 대비하여 ‘바이오닉 타워’라는 이름의 1,100m가 넘는 초고층건축물 건립을 추진하고 있다. 피어즈 등의 건축가가 제안한 바이오닉 타워는 주거공간과 함께, 사무실,백화점, 병원, 학교, 공원 등의 시설을 모두 수용하며 25층 단위의 독립적인 생활공간을 수직으로 12개를 쌓아올려 300층에 달한다. 강한 지진에 견딜 수 있도록 건축물 기초에는 호수 등으로 이루어진 지진 흡수지역을 설치하고 태풍 등 강풍에 대한 최상층의 진동 범위를 2.5m 이내로 조절하는 구조시스템을 채택하였다. 또한 건물 내부 화재 시 재해 확산 방지를 위해 바닥을 방화구조로 하는 등 재해에 대한 대책도 고려하였다. 일본에서는 1994년부터1,000m 이상 고도의 강한바람과 온도변화에 대응할 수 있도록 만들게 될 것이다. 또한 근대의 초고층건축물의 설계는 강구조 초고층건축물의 외형의 변화이다. 강구조 초고층건축물의 장점으로 건축물의 외형을 형이상적으로 설계하여 구조의 미를 외적으로 표현할 수 있다는 것이다. 앞으로 강구조 초고층건축물이 한 나라의 랜드마크로서 그 나라의 문화를 엿볼 수 있도록 건축물을 건설할 것이다. 중국 CCTV 본사 사옥은 수직으로 230m의 높이를 가지지만 일반 강구조 초고층건축물과는 달리 건축물의 형태가 Loop형상으로, 38층에서 두 곳의 스카이로비가 설치된다. 전형적인 초고층건축물과는 다른 형상이며, 고층에서 두 개의 타워를 연결하는 것이 좁은 다리가 아니라 넓은 면적을 가지는 건물이라는 점이다. 두 개의 타워를 연결하는 다리라기보다는 새로운 하나의 건물이 타워 위에 올려졌다고 볼 수 있다. 또한 강구조 초고층건축물 강점으로 공사기간도 매우 빠른 속도로 단축되고 있다. 500여m인 Taipei 101이 3년10개월에 지어졌으며 이보다 더 높은 Burj Dubai는 3년11개월의 공사기간이 소요될 예정이어서 1990년대 초반에 비해 2배 이상 단축되고 있다.2. 강구조 초고층건축물의 문제점과 보완지난 2001년 9월 11일 20시, 뉴욕에 있는 WTC 2개동에 여객기가 돌입하여 2개동 모두 55분과 1시간 40후에 어이없이 붕괴되는 장면은 아직도 머릿속에 남아 있다. 승객을 태운 여객기가 초고층건축물에 도입하는 광경, 110층 세계최고 강구조 초고층건축물이 붕괴되기 시작하면서 불과 10여초만에 주저앉는 광경은 모두에게 경악스러운 기억이다. 이처럼 테러 및 화재 등 강구조 초고층건축물에서의 강재의 취약점과 보완사항을 기술하고자 한다.첫째, 강구조 초고층건축물은 건축미를 강조하기 위하여 강재를 노출시켜 건설되어있다. 내식성이나 내후성강이 아닌 대부분의 일반 강재는 자연에 노출되어 있어 부식되기 쉬우므로 내구성을 확보하려면 정기적으로 도장해야 한다. 종래에는 이것을 유지관리비면이 얇아지게 되고 세장하게 되어 압축재나 휨재는 좌굴의 위험성이 높다. 이를 보완하여 현재 강구조 초고층건축물의 기둥 등의 주요부재를 CFT 구조로 나아가고 있다. 강관은 콘크리트 부피팽창에 따른 횡압력을 받아 이축응력상태로 되고, 충전된 콘크리트는 그 자체로 강도증가에 기여할 뿐만 아니라 강관의 구속에 의해 삼축압축응력상태가 되어 더 큰 압축강도를 발휘할 수 있으며, 강관 내부를 채움으로써 강관의 국부좌굴이 원주의 외부로만 벌어지도록 제약하므로 기둥의 내력성능을 상당히 향상시킨다.넷째, 강재는 수많은 반복하중에 의해 피로가 발생하여 강도의 감소 또는 파괴가 일어날 수 있다. 규정 이상의 반복하중 횟수가 발생시 피로로 인한 추정강도의 감소 등을 설계 시에 고려하여야 한다.강재는 우수한 구조재임에도 틀림없으나 위와 같은 단점을 가지고 있다. 이런 단점들을 보완하기 위해서 각 나라의 강구조에 관련된 연구자 및 엔지니어들이 지속적인 연구로 최근 구조용 강쟈들은 구조물의 안전성과 내구성 향상 측면과 제조업체의 생산비용의 절감차원에서 개발되어 상용화되고 있다. 건축물의 안전성과 내구성 측면에서는 표면조직 미세화를 통하여 취성파괴 저항성을 크게 향상시킨 Hiatst강재, 피로균열 전파속도를 크게 감소시킨 FCA(fatigue crack arrest) 강재 및 내부식성을 향상시킨 anticorrosion 강재 등이 상용화되고 있다. 생산비용 절감 차원에서는 용접선 감소와 경량화를 위한 LP(longitudinally profile) 강재 혹은 대입열 용접용 강재 및 강재의 절단 및 용접시 발생되는 변형제어형 강재들이 상용화되고 있다.3. 결론앞에서 논의한 바와 같이 선진국에서는 21세기의 첨단기술과 겅제적 대국을 겨냥한 초대형 건설프로젝트를 구상하거나 추진중에 있다. 강재의 경우 다양한 형상과 치수를 가진 부재로서 설계자가 설계시 창의력을 발휘할 수 있고, 강재는 기본적으로 사용하중하에서 탄성거동을 나타내므로 부재 및 시스템의 거동을 이해하기 쉽다. 또한 콘크리트에 비하, 초대형화로 인하여 고성능, 고강도, 고기능의 고품질의 강재의 개발과 최첨단 구조공학기술이 모두 응용되고, 친환경적인 소재인 강재를 더욱 더 자원보존과 환경보호 측면에서 적절하게 이용할 수 있는 고도의 기술로 개발해야만 차세대 21세기형 초대형 초고층형 프로젝트의 성공을 기대할 수 있다. 그리고 21세기 이후의 미래사외에서도 일반건축물에서는 고성능 신소재가 주 구조재의 하나로 이용되겠지만 강재와의 복합구조형식으로 발전될 전망이다. 특히 초고층형 건축물의 경우 주내력 구조재로서 이상적인 고성능강재가 개발, 이용될 것이 분명하므로 21세기 이후에 다시 한번 신강철 문명시대가 도래할 것이다. 그러므로 우리 강구조기술도 재래적인 단순기술에서 최첨단 엔지니어링기술을 중심으로 전환하여 강구조 초고층건축물의 핵심 요소기술을 연구, 개발하고 현장에 접목하는 노력을 적극적으로 매진해야만 할 것이다.☞ 초장대교량1.체계적 설계 기준 정립주지하는 바와 같이 우리나라의 현행 도로교 설계 기준은 지간장 200m 이하의 교량에 대해 제한적으로 적용되는 반면, 장대 교량에 대한 체계적인 설계기준은 현실적으로 전무한 상황이라고 해도 과언이 아니다. 따라서 현재 엔지니어링업계에서 장대 교량의 설계를 수행하는 경우에는 불가피하게 외국의 기준, 설계 또는 시공 사례를 참고하여 해당 프로젝트 기술자들의 판단에 의해 적용되고 있는 것이 현실이다. 물론 장대 교량은 그 특성상, 교량 가설 위치의 현지 여건에 따라 하중 조건이 일률적으로 적용되기 곤란한 측면도 있고 일반 중소 교량과 비교하여 지배적인 하중 조건을 달리 할 수 있다. 또한 자재의 선택에 있어서도 Project Specific 할 수 밖에 없어 일률적이고 일반적인 기준을 바탕으로 설계하는 것이 오히려 비합리적이 될 수 있다. 그러나 이러한 점을 감안하더라도 그 특성에 맞는 설계기준을 도출하기 위한 연구, 개발 또는 실험 등의 절차 없이 다른 사례 등을 여과없이 반영하고 있어 장기적인 안목에서 볼 때 경쟁력 향상은 차치하고 오히려 기술력로 말해주고 있다. 그 밖의 세계적 규모의 교량계획을 살펴보면 이탈리아의 메시나해협 횡단교가 중앙경간 3,300m의 3경간 현수교로 계획되었고, 유럽과 아프리카를 잇는 지브롤타해협 횡단교, 중국 본토와 해남도를 연결하는 홍주해협 횡단교, 일본의 이세만, 동경만 횡단교와 기탄 해협 횡단교 등이 2,500m~4,000m의 지간장으로 계획되고 있다.이러한 장대교 건설 기술 발달의 배경은 기술적으로는 강재(특히 케이블)의 발달, 전자계산기의 발달과 구조해석 이론의 진보, 자연 조건하의 현수교의 거동에 대한 연구의 진보(특히 퐁동 실험 기술), 고장력 볼트의 접합 및 용접 기술의 향상, 제작 및 가설에 사용되는 대형 기자재의 발달, 설계, 제작, 시공 전반에 걸친 품질 관리 시스템의 향상 등을 들 수 있다.국내의 경우는 2000년 10월 460m의 사장교인 서해대교가 개통되었고 600m급의 사장교가 계획 중에 있어 세계의 사장교와 견주어도 손색이 없다. 그러나 현수교는 500m 지간장의 광안대교가 국내 최대 규모로서 세계 교량의 규모와는 큰 차이를 보이고 있다. 이것은 국내의 지형 여건상 1,000m급의 현수교 계획이 어렵다고도 판단이 되나, 신설된 국도 77호선 중 한려대교와 여수~고흥 간 연륙, 연도교에는 대규모의 현수교 계획이 이루어지고 있따는 점, 지간장은 작지만 교통 수요 역시 적어 2차로 연륙교 계획에 따른 span/width의 비가 상대적으로 세계적 교량보다 크다는 점에서 일본,중국, 유럽을 중심으로 활발하게 연구,검토되고 있는 초장대교의 연구 개발에 보다 관심을 가져야 할 것으로 생각된다.초장대교의 적용이 가능한 케이블 지지 교량 중 먼저, 사장교는 거더의 좌굴 안정과 풍하중 작용시 정적 횡방향 안정을 확보하기 위한 최소단면을 결정하는 것이 중요하다. flutter풍속은 동일지간장의 현수교에 비하여 높고 또한 정적 풍하중에 의해 불안정이 되는 풍속에 비해 높아진다고 생각된다. 사장교의 장대화에 관한 연구는 거더에 발생하는 최대 수직 응력과 지간장 사이에는있다.

공학/기술| 2008.12.08| 6페이지| 1,500원| 조회(902)

초고층, 강재, 강구조, 고성능, 초장대

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구조해석프로그램

미래와 첨단구조Assignment #12008.04.14담당교수 : 지광습 교수님토목환경공학과2003170439박 성 오? ANSYS/LS-DYNAANSYS는 1970년 공학분야의 모든 문제를 컴퓨터를 이용하여 해석하기 위해 John Swanson박사가 개발한 범용 유한요소해석 프로그램이다. 지금은 ANSYS, Inc. 에서 이 S/W를 개발, 유지보수를 계속하고 있다. 최초에는 주로 전력산업과 기계산업에 이용하기 위해 개발된 제품이었으나, 현재에는 자동차, 전자, 조선, 항공우주, 화학, 의학에 이르는 거의 모든 분야에서 요구되는 유한요소해석에 사용되고 있다. ANSYS는 이러한 광범위한 용도에 적용하기 위하여 구조, 열전달, 유체, 전자기장, 압전, 음향, 비선형해석 등의 해석기능뿐만 아니라 솔리드 모델링 등을 포함한 전처리기, 후처리기, 최적설계 등의 기능을 보유하고 있어 완벽한 프로그램 체계를 구축하고 있다. 또한, 이러한 풍부한 기능으로 초보자부터 전문가에 이르는 광범위한 여러 사용자의 요구를 만족시키는 프로그램으로 세계적으로의 인정을 받으며 유한요소해석 분야에서 선두의 자리를 지키고 있다. 지금까지 10,000개 이상의 기업체 및 연구기관에서 이용하고 있으며, 12,000개 이상의 대학에서 교육용으로 활용되고 있는 등 전세계적으로 수만명의 엔지니어가 ANSYS를 사용하고 있다.LSTC와 공동으로 개발한 ANSYS/LS-DYNA라는 프로그램을 이용하면 고난도의 비선형 구조해석 문제를 해결할 수 있다. 이 프로그램은 비선형 동적해석을 단시간 내에 효율적으로 수행할 수 있는 외삽법(Explicit 해석기법)을 적용한 것이다.ANSYS/LS-DYNA는 접촉문제, 대변형, 또는 재료비선형 문제를 해결하는 이상적인 프로그램이라 할 수 있으며, 성형, 인발, 압연 등을 포함하는 생산 전 공정에 작용할 수 있다.ANSYS/LS-DYNA의 Explicit Solver는 파괴, 충돌 해석 등 짧은 시간에 임의 현상이 진행되는 문제에 적합한 Solver로서, 차량충돌,lement의 정적, 동적해석 가능. Steel과 Concrete Frame에 대한 디자인 가능Capacity: 1500 Nodes○ 2D, 3D Beam과 Truss Element- 요소전체에 대해 mulitple non-prismatic segments적용- 어떤 방향의 집중하중, 분포하중, 사다리꼴 하중의 입력- 온도 및 thermal gradient 하중- prestress 하중- 자동 end offset 산정- moment , shear end release- built-in steel section지원○ 3D Shell Element- 4각형 및 삼각형요소- 직교이방성 재료사용가능- 절점당 6자유도 요소- shell, plate, membrane action- thick shell option사용가능- 자중, 등분포, 압력, 온도 및 thermal gradient 하중○ Spring Element- ground support에 이용- 전체좌표계와 경사지점의 사용가능- coupled 6*6 spring stiffness사용○ 해석옵션- 정적해석 및 response spectrum analysis- static 또는 dynamic의 P-delta analysis- Blocked active column equation solver- Automated fast profile optimization- 다양한 constraint : rigid body, diaphragms, rods, welds- force와 displacement load- 자중, 압력, 온도하중- accelerated subspace iteration method를 이용한 고유치 해석- fast predominant mode evaluation을 위한 ritz analysis- 한번 해석으로 여러 개의 response spectrum해석가능- SRSS, CQC, GMC(Gupta) method에 의한 modal combination- ABS나 SRSS method에 의한 dirctiona의 선형설계 후 횡단에서 자동 합성됨.- 램프, 부체도로 등의 설계시 평면에서 선형설계를 하면 횡단에서 각 선형의 횡단을 합성하여 보여주며, 토공량 계산도 가능.- 수로 등도 선형설계만 하면 횡단에서 합성할 수 있음.- 분리차로 설계시 획기적으로 작업시간 단축.8. 오르막차로 분석 및 설치 - 종단경사에 따른 속도, 경사도가 자동으로 작성되므로 오르막차로 설치 대상 구간 파악이 간편함.9. 수치지도로 삼각망 생성.- 중심, 횡단지반고 자동계산.- 레이어 선택 및 삼각망 생성 대상 지역 선택가능.10. 그리드 생성 - 그리드를 이용하여 표고, 경사분석 등 가능.11. 옹벽, 측구 등 구조물 생성 가능(사용자가 직접 신규 구조물 작성 가능).- 기본 구조물이 100여개 제공되며, 새로운 형식의 구조물을 사용자가 직접 작성 가능하므로 어떠한 형식의 구조물도 설치가 가능함.12. 트리구조에 의한 대안별 데이터관리 - 트리구조에 의하여 설계데이터가 관리되므로 일목 요연하게 작업된 내용을 관리할 수 있음.13. 유토곡선 완전자동 작도 - 유토곡선 작성시 대상구간 및 시작지점의 토공량 임의 입력 가능.14. 프로젝트 요약보고서 기능 - 각 대안별로 선형분석과 구조물집계, 절성토량 등 공사량에 대한 요약보고서가 자동 출력됨.15. 입체선형을 고려한 시거 계산(건교부 신기술 지정 228호).- 어떠한 선형에서도 입체선형을 고려하여 시거(정지시거, 앞지르기 시거) 등의 자동계산과 부대시설에 의한 시거 방해여부 판정.- 공사구간에 대하여 시거 프로파일 자동 생성.16. 각 측점에서의 투시도 생성가능.- 각 측점별로 관측자의 위치, 투시거리 등에 따라 도로 완공 후의 모습을 여러 각도의Perspective View(3차원 투시도)로 볼 수 있음.- 선형 및 횡단설계에 대한 설계 결과를 가시적으로 확인할 수 있음(설계검사 가능).17. 도로 경관 분석(3차원 지형과 도로 합성).- 3차원 지형도와 도로의 형상을 합성시켜, 도로 완공 후 지형과의 조화 등을 시각적으로 판단 가능.18.s→ Time Transient AnalysisHydration Heat Analysis(수화열 해석)→ Thermo-elastic Analysis(Temperature stress)→ Maturity, Creep, Shrinkage, Pipe Cooling시공단계별 해석(Construction Stage Analysis)→ 재료의 시간의존적 특성(Time dependent Material)→ Boundary Group→ Static Load Group기타 해석기능→ 최적화 기법을 사용한 미지하중의 계산기능→ 교량구조물의 지점침하를 자동 고려한 해석→ 강합성교의 합성전,후 단면성질 변화를 고려한 해석> 응용 해석기능요약-실무 토목분야에 필수적인 응용해석기능을 제공합니다.일반교량 Wizard기능→ RC Rahmen Wizard : 2D, 3D 일반라멘, 지중라멘, 파이형 라멘→ RC Culvert Wizard : 2D, 3D 지중암거→ RC Slab Wizard : 3D 슬래브교→ Subway Station Wizard : 2D 지하철 정거장→ 간단한 입력으로 해석 및 설계에 필요한 전과정 자동생성→ 다양한 설계기준에 근거한 하중생성 및 하중조합 자동생성→ 보, 기둥의 철근량 산정 및 강도검증을 위한 설계기능시공단계를 고려한 해석기능→시공단계별 실시간 display기능 (구조계, 하중, 해석결과)→시공단계를 일목요연하게 관리할 수 있는 stage tree기능→시공단계별 내풍안전성, 내진안전성에 대한 검토기능→시공단계별 수화열해석 기능→해석결과 시공단계별 batch output generation기능PSC BOX교 해석기능→임의형상의 3차원 tendon profile입력 기능→임의형상의 단면입력 및 특성치 계산→변단면 자동생성 기능 prestressing의 고려(Pre-/Post-tension, Internal/External)→prestress 하중 긴장순서에 따른 긴장력분포 표시 기능→friction, wobble, draw-in, elastic shortenS/CAE(Complete ABAQUS Environment)는 ABAQUS 전용 대화형 전처리(pre-processing) 및 후처리 (post-processing) module로서 편리한 작업자 인터페이스를 제공하며 빠른 시간 내에 2차원 및 3차원 유한 요소 모델링이 가능하도록 다양한 기능을 제공하고 있습니다. ABAQUS/CAE를 이용하면 ABAQUS 해석 작업의 전 과정을 모니터링 할 수 있습니다. Python scripting language를 이용하면 사용자의 편의에 맞게 GUI 및 일부 기능 등을 수정할 수도 있습니다.4. ABAQUS/ViewerABAQUS/Viewer는 ABAQUS/CAE의 기능 중 대화형 전처리(pre-processing) 기능을 제외한 대화형 후처리 (post-processing) 프로그램으로 기존의 후처리 프로그램인 ABAQUS/Post를 대체하는 프로그램입니다. ABAQUS/Viewer는 Motif를 기반으로 한 Graphic User Interface를 제공하며 ABAQUS 해석 프로그램을 사용한 컴퓨터 시스템에 상관없이 결과 file을 읽고 후처리 작업을 수행할 수 있습니다. 또한 해석이 진행되는 중간 단계에서도 결과를 볼 수 있으며 여러 개의 해석 결과를 한꺼번에 다룰 수 있으므로 해석 결과 비교 시에 매우 유용하게 사용할 수 있습니다. ABAQUS/Viewer를 이용하여 화면상에 나타난 결과를 그림 file로 저장할 수 있으며 결과에 대한 animation file도 제작이 가능합니다.5. ABAQUS/SafeABAQUS/Safe는 구조물의 피로 수명 예측을 위한 fatigue postprocessing module입니다. ABAQUS/Safe는 최신의 방법을 적용하여 ABAQUS를 이용한 해석 결과로부터 각 부재의 피로 수명을 결정합니다. 그리고 그 결과는 ABAQUS/CAE 또는 Viewer에서 볼 수 있습니다. ABAQUS/Safe에서는 서로 다른 하중 조건에서의 응력 및 변형률 결과를 얻기 위하여 ABAQ조합

공학/기술| 2008.12.08| 22페이지| 3,500원| 조회(1,629)

프로그램, SAP2000, 구조설계, ABAQUS, ANSYS/LS-DYNA

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고성능 콘크리트

미래와 첨단구조Assignment2008.04.07담당교수: 윤영수 교수님토목환경공학과2003170439박 성 오1. 최근의 고성능 콘크리트(High-Performance Concrete, HPC) 및 초고성능 콘크리트(Ultra-High-Performance Concrete, UHPC)의 다양한 연구 개발 및 활용 등의 구체적인 사례를 들고, 이에 대한 자신의 의견을 기술하시오.◎ 콘크리트 고성능화를 위한 국내·외 기술개발 동향■미 국미국의 경우 국립과학기술위원회(NSTC) 산하의 건설위원회는 1994년부터 ‘건설재료 및 시스템의 고성능화 프로그램(High Performance Construction Materials and Systems Program)’을 지원하여 콘크리트 공사의 고성능화를 유도하였으며, 미국 에너지성(DOE)을 중심으로 Vision 2020을 제안하고 건설기능 인력을 최소화할 수 있는 초유동 콘크리트 시공기술의 정립을 연구한 바 있다.또한 각 DOT에서는 고내구성 콘크리트를 적극적으로 건설현장에 사용하기 위한 콘크리트 내구성 향상 기술 개발을 실시하여, 고내구성 콘크리트 시공 점유율을 상당히 증가시킨 바 있다.■일 본1990년대 초부터 일본건설성이 주관이 되어 New RC Project를 10년간 수행하여 초유동 콘크리트의 유동특성에 관한 이론적인 토대를 마련하고, 혼화재료 기술의 개발을 유도하여 초유동 콘크리트의 상용화를 이룩하였다.한편, 콘크리트의 자기 치유기능을 부여하는 스마트 콘크리트의 기본개념을 정립하고 상용화 기술을 개발할 수 있는 기틀을 다지는 등, 기존 콘크리트 기술을 한 차원 높이는 데 일조하였다.■영 국영국은 1997년 영국 내각의 수석과학기술자문과(Chief Scientific Adviser)인 Fairclough경이 작성한 ‘건설산업의 혁신과 연구에 대한 재고 (Rethinking Construction Innovation and research)’를 통해 건설기술개발의 방향을 논의한 바 있다. 영국의 Rethink 및 활용 극대화- 안전한 사회기반 구축- 삶의 질 향상 및 친환경 건설- 국토의 효율적 활용- 건설산업의 경쟁력 강화◎ 고성능콘크리트의 종류 및 활용■고강도·초고강도콘크리트현대사회는 도시집중화에 따른 인구 과밀화와 시설의 집중이 이루어지고 있으며, 이중 건설 분야에 뚜렷이 나타나는 현상은 구조물의 초고층화, 대형화(장지간 교량, 극저온 탱크, 체육관) 그리고 특수화(해양, 지하공간 구조물, 원자력구조물 등) 경향이며 이에 상응하는 재료성능향상, 구조 및 설계기술개발 및 시공능력 향상을 요구하고 있다. 이에 대하여 고강도콘크리트의 개발은 과거에 비해 강도발현기술의 증진 및 현장 적용기술의 발달에 따라 초고층구조물의 생산이 급증하고 있으며, 우리나라에 있어서는 1978년의 37층 138m의 롯데호텔을 기점으로 1980년대의 63빌딩(249m, 지상 60층, 지하 3층)과 한국종합무역센타 (229m, 지상 55층, 지하 2층)등의 고층 구조물을 시작으로 최근에는 서울 도심에 최고 350m까지 건물을 신축할 수 있도록 용적률이 완화되어 초고층 구조물에 대한 수요가 급증하고 있으며, 이에 따른 고강도콘크리트의 사용이 증가하는 추세에 있다. 또한, 최근 초고강도콘크리트 적용실적에 있어서는 S사의 200층용 구조물을 목표로 사용한 150MPa수준의 초고강도콘크리트가 국내 최초사례가 소개되면서 초고강도콘크리트의 기술수준 및 건설회사의 인식이 제고되고 있다.최근에는 고강도 콘크리트 범위를 넘어서는 초고강도 콘크리트의 한계에까지 도전하고 있다. 그 대표적인 경우로 일부 선진외국에서 개발이 이루어졌고 국내에서도 이에 대한 관심이 증가하고 있는 슬럼프 플로우 200mm이상에서 일반양생의 경우 28일 압축강도가 약 200MPa를 발현하며, 90℃에서 2일간 양생한 경우 3일강도가 무려 240MPa가지 발현하는 반응성 분체 콘크리트(Reactive Powder Concrete, 이하 RPC)와 덕탈(Ductal, 제품명칭) 등이 최근 관심 있는 연구 분야 중 하나이다.이러한 초고강도도로 양생하는 특징이 있다. RPC는 초고강도(압축강도 180~230MPa, 휨강도 30~60MPa), 초고내구성, 고유동성을 가지며, 그 적용 예로는 보도교, 박판경흡음판넬, 기계고정용 앵커플레이트 등이 있다.이와 같이 현재 세계적으로 구미 및 일본에 있어서는 초고강도콘크리트 및 섬유를 활용한 섬유보강초고강도콘크리트 등이 차세대 재료로 부각되고 있으며, 이에 따른 다양한 연구와 실제 구조물에 적용하는 예가 급증하고 있다. 이에 국내에 있어서도 각 건설회사에서 앞으로 다가올 차세대 구조재료의 흐름에 발맞춰 초고강도콘크리트 및 섬유보강초고강도콘크리트 등과 같은 새로운 기술개발을 실시해야 할 것으로 생각된다.■고유동콘크리트최근 3D업종 기피현상으로 건설기능공은 줄고 있으며, 기능 습득정도도 크게 저하되는 문제점이 나타나고 있다. 이러한 경향은 앞으로 지속될 것으로 예상되며, 건설업에는 기능공을 대신할 많은 종류에 로봇이 등장하거나 무인화시스템이 개발되어 적용될 것으로 전망된다.이러한 경향은 콘크리트의 고성능화를 요구하게 되며, 즉 굳지 않은 상태에서는 고유동화되어 다짐을 하지 않아도 복잡하고 과밀배근된 구조물에 완벽한 충전이 가능할 수 있는 기술이 가능해졌다.■항균콘크리트콘크리트 하수시설은 높은 습도, 다종의 가스 및 침식성 물질이 다량 포함된 하수가 상재하고 있을 뿐만 아니라 토압, 활하중 등이 항시 가해지고 있기 때문에 지상의 타 콘크리트구조물에 비해 열화의 진행도가 빠르다. 특히 그림 5의 생화학적 부식 메커니즘에 나타낸 바와 같이 황산화세균(Thiobacillus속 균주) 등과 같은 미생물의 신진대사 작용으로 생성된 황산 등의 부식인자에 의한 생화학적 부식은 최근 콘크리트 하수시설의 열화를 가속화시키는 주요 원인으로서 규명되고 있다.이러한 황산화세균에 의한 생화학적 부식을 저감시키기 위한 방안의 일환으로 최근 황산화세균의 세균을 억제시켜 황산의 배출을 최소로 억제할 수 있는 항균제 및 이를 사용한 항균콘크리트의 개발이 가시화되었으며, 항균제 및 항균콘크리트 나타낸다는 단점이 있으며, 시멘트계 재료의 이러한 치명적인 결함을 개선하기 위해 시멘트 매트릭스를 섬유로 보강하는 방법이 사용되었다. 이러한 섬유보강 기술은 강섬유보강 콘크리트에 관한 연구를 시작으로, 유리섬유, 탄소섬유, 합성섬유 등 섬유기술의 발전과 함께 다양한 방면으로 폭넓은 연구가 진행되어 왔다. 특히 보강용 합성섬유의의 발전에 따라 섬유보강 복합체의 사용목적에 맞추어 적절한 섬유를 선택하여 사용할 수 있게 되었으며, 최근에는 단섬유에 대한 시멘트·콘크리트와의 보강기구에 관한 연구 및 각종 고성능 단섬유의 개발이 급속히 진행되어 지금까지 없었던 새로운 성능을 갖는 고성능섬유보강 시멘트 복합체 (High Performance Fiber Reinforced Cementious Composite)가 연구되고 있는 등, 섬유보강 시멘트 복합재료의 용도 및 적용분야는 나날이 증가하고 있는 실정이다.■고감성콘크리트 (Architectural Concrete)최근 생활수준과 의식 수준의 향상으로 인하여 소비자 각자는 상품 선택의 기준을 기능적인 측면 뿐 만 아니라 디자인적인 측면에 대해 자신의 개성과 이미지에 맞는 상품을 고려하게 되었고, 소비자에게 만족감과 더 나아가 감동을 주는 제품을 만들려는 시대적인 요구에 의해 여러 분야에서 감성 공학적 접근이 시도되고 있다. 또한 이는 품질의 개념이 기능적, 물리적 측면의 일차적 개념에서 디자인, 이미지, 소비자의 만족도와 같은 심리적 측면의 이차적 개념으로 확대된 것과 연관이 있다.고감성콘크리트(Architectural Concrete)는 콘크리트가 갖고 있는 구조적 특성뿐만 아니라 재료가 갖는 고유한 질감과 색감을 적극적으로 외관에 활용하여 공구리라는 일반인들의 편견에서 벗어나게 한다. 고감성콘크리트는 일차적 기능의 충족 뿐 아니라 심리적 측면의 이차적 개념까지 확대시킨 콘크리트의 한 분야라고 볼 수 있다.이에 대한 과거의 연구를 보면 무채색의 어두운 콘크리트를 조금 더 매끄럽고 광택이 나도록 하는 연구가 대부분이었으tructure system)로까지 발전할 것이다. 인공지능 구조란 구조물자체가 센서(신경), 프로세서(두뇌) 및 액츄레이터(근육)의 역할을 스스로 할 수 있는 구조로서 유사생체라 하며 열화에 대한 자기진단, 형상의 자율적인 변화, 진동 및 소음의 자기제어 그리고 손상의 자기치료 및 복구 등의 역할을 한다.이와 같은 콘크리트는 1990년대부터 미국과 일본을 중심으로 연구되고 있으며, 재료자신의 열화를 진단하거나 수명을 예측하는 고지능 재료의 개발이나 구조물의 파괴예측에 의한 안전성의 향상, 원자력 등 인간의 접근이 불가능한 구조물의 파괴예측에 의한 모니터링 기능과 아울러 전자파 흡수성, 열선흡수성 및 흡음효과 등의 조정 등을 동시에 기대할 수도 있다.■초경량 콘크리트최근 건설재료의 개발에는 고기능화(高機能化), 고성능화(高性能化)를 목표로 하는 방향과 환경을 의식하여 에코메터리얼(eco-material)로 대체하는 방향 2가지 흐름이 병행하고 있다. 초경량(超輕量) 콘크리트는 이들 2가지 흐름에 부합되는 것이며, 100년 이상 건설사업의 기간(基幹)재료로서 공용되었던 콘크리트의 성능향상에 공헌하는 것이라 생각된다.일반적으로 콘크리트 구조물은 경관·미관 측면에서 중후하고 답답하다는 마이너스 이미지(minus image)가 예전부터 지속되어 왔다. 그러나 초경량 콘크리트를 이용한 구조물의 경우 경량성(輕量性)이라는 이점과 함께 자중을 대폭적으로 경감시킬 수 있음으로 내진성, 경제성 등의 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 형상의 슬렌더(slender)화에 의해 이러한 이미지를 불식(拂拭)하는 것도 가능한 재료이다.경량 콘크리트를 건설재료로서 더욱 발전시키기 위해서는 단순히 경량화, 고강도화를 도모할 뿐만 아니라 종래에 경량 콘크리트의 문제점으로 남아 있던 내구성을 향상시킬 필요가 있다. 이러한 배경에서 최근 선진외국에서는 종래와 다른 초경량 굵은골재가 개발되어 시판되고 있다. 초경량 굵은골재의 개발에 따른 초경량 콘크리트의 적용이 현실화 될 경우 그림 8에 나타낸준이다.

공학/기술| 2008.12.08| 5페이지| 1,500원| 조회(702)

콘크리트, 고강도, 고성능, 초고성능

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