보고서 정보
주관연구기관 |
울산대학교 산학협력단 University of Ulsan |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2014-06 |
과제시작연도 |
2013 |
주관부처 |
중소기업청 Small and Medium Business Administration |
등록번호 |
TRKO201400021522 |
과제고유번호 |
1425081593 |
사업명 |
도약기술개발사업 |
DB 구축일자 |
2014-11-10
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초록
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1. 최종목표
본 연구에서는 아이디어 수준으로 제시된 제품(기술)을 대상으로 시작품 제작 과정을 통한 성능개선, 실험을 통한 성능검증, 설계기법 검토 등을 통해 기존의 문제점(덮개판, 보강판, 볼트 등에 의한 중량화, 철근 간섭에 의한 시공성 저하)을 개선하여 경제적이면서 주철근과 확대기초철근의 간섭을 배제한 안정적인 두부보강공법을 확립하여 본 제품을 현장 시공 및 설계단계에 적용할 수 있는 기술개발을 이루는데 그 목적이 있다.
2. 개발내용 및 결과
말뚝두부 보강기술은 도로교설계기준(2008)의 방법 B의 구조세목
1. 최종목표
본 연구에서는 아이디어 수준으로 제시된 제품(기술)을 대상으로 시작품 제작 과정을 통한 성능개선, 실험을 통한 성능검증, 설계기법 검토 등을 통해 기존의 문제점(덮개판, 보강판, 볼트 등에 의한 중량화, 철근 간섭에 의한 시공성 저하)을 개선하여 경제적이면서 주철근과 확대기초철근의 간섭을 배제한 안정적인 두부보강공법을 확립하여 본 제품을 현장 시공 및 설계단계에 적용할 수 있는 기술개발을 이루는데 그 목적이 있다.
2. 개발내용 및 결과
말뚝두부 보강기술은 도로교설계기준(2008)의 방법 B의 구조세목과 다르기 때문에(속채움 콘크리트속의 보강철근 없음) 하중 전달 성능(압축, 인발, 전단, 휨)이 확인되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 본 기술(제품)을 현장 시공 및 설계에 적용이 가능하도록 다음과 같은 연구를 수행하였다.
① 구조세목 검토
◦ 천공홀의 규격
◦ 천공홀의 최소연단거리
② 실험체 설계 및 성능 검증 실험
◦ 압축력의 전달
◦ 인장력의 전달
◦ 전단력의 지지
◦ 휨모멘트의 전달
③ 구조계산을 통한 검증
④ 설계 및 시공의 현장 적용기술개발
3. 사업성과
◦ 기술적 성과
① 구조적 안전성을 확보하기 위한 천공홀의 최소연단거리 및 최대연단거리를 제시하였다.
② 두부보강의 축방향 철근과 확대기초 철근과의 간섭 발생시, 이를 배제하기 위해 천공홀을 타원형으로 하여 축방향철근이 회전 가능하도록 하였다. 그리고 천공홀의 규격은 현장여건에 따라 축방향철근 지름의 약 1.1~3배 사이로 제시하였다.
③ 말뚝두부 보강장치의 하중전달성능을 확인하기 위해 8기의 실험체를 제작하여 압축성능, 인장성능, 전단성능, 휨성능 실험을 수행하였다.
④ 압축성능 실험은 실험실 안전을 위해 최대 압축력에 도달하기 전에 실험을 중단하였다. 실험 중단시 최대 압축력은 약 1655.95 kN으로 도로교설계기준의 최대 압축력 1216 kN보다 크게 나타났으며, 약 1.36의 안전율을 확보한 것으로 나타났다. 하지만, 실제 두부보강장치의 성능은 강관말뚝 자체의 성능(약 4485.4 kN)까지 충분히 견딜 수 있을 것으로 판단되기 때문에 도로교설계기준의 최대 압축력에 비해 실제 본 연구의 두부보강장치의 압축성능에 대한 안전율은 약 3.67 정도로 예측 된다.
⑤ 도로교설계기준의 방법B는 원칙적으로 인발력에 대한 검토를 생략하도록 하고 있다.
하지만, 본 연구는 말뚝두부보강 장치의 인장성능을 검토하기 위하여 도로교설계기준의 방법A에 근거한 설계인장력과 비교하였다. 인장성능 실험 결과 최대 인장력은 약 1333.5 kN으로 나타났으며 도로교설계기준의 방법A의 설계인장력은 약 172 kN으로 약 7.75의 안전율을 확보한 것으로 나타났다.
⑥ 전단성능 실험결과 최대 전단력은 약 958.4 kN으로 나타났으며 도로교설계기준의 최대 전단력은 약 305 kN으로 나타났다. 따라서, 본 기술(제품)의 전단성능은 도로교설계기준의 최대 전단력에 비해 약 3.14의 안전율을 확보한 것으로 볼 수 있다.
⑦ 강관말뚝 두부보강에 작용하는 하중은 압입력 및 인발력, 휨모멘트, 수평력 등이 있다. 강과 말뚝 두부보강은 작용하는 하중조건에 따라 가상철근콘크리트 단면을 가정하여 콘크리트의 응력과 철근의 응력을 검토하게 된다. 따라서, 설계시 순수 휨에 대한 검토내용은 규정되지 않으며, 압입력 및 인발력, 휨모멘트, 수평력에 의해 발생되는 콘크리트의 응력과 철근의 응력을 검토하도록 규정하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이에 대한 설계방법을 확립하여 응력검토 자동계산시트를 작성하여 제공하였다.
⑧ 실험 및 구조계산을 통하여, 설계 및 현장 시공에 적용할 수 있도록 도로교설계기준을 토대로 강관말뚝 두부보강 공법에 대한 설계방법(구조계산서)을 제시하였다.
◦ 경제적 성과
본 연구의 제품(기술)은 강관말뚝과 확대기초를 강결시키는 두부보강 장치로 굴곡된 철근을 강관 말뚝의 천공홀과 직접 결합하여 조립하는 강관말뚝 두부보강 기술로서 체결장치가 별도로 제작되지 않아 경제적 효과가 탁월하다.
또한, 본 연구의 강관말뚝 두부보강장치는 “㈜지앤디”에서 생산, 시공을 하게 되면 제품의 공사비는 약 90,000/EA로 예상되어 기존 제품에 비해 약 10%~57% 정도 낮은 단가로 제공되게 되어 국내 주요 경쟁사의 강관말뚝 두부보강장치 1본의 판매 단가(100,000/EA~240,000/EA)와 비교해 보았을 때, 경제적 측면에서 매우 유리할 것으로 판단된다.
◦ 사회적 성과(일자리 창출 등)
기술개발 종료 해당 년으로부터 1년, 2년 뒤에는 3명, 5명, 10명의 인원을 고용 창출할 수 있을 것으로 판단되어지며, 본 두부보강 말뚝장치의 판매 계획은 매년 증가할 것으로 사료된다.
4. 기술개발결과 활용계획
본 연구의 참여기업 “(주)지앤디”는 현재 “HD두부보강장치”를 1년에 약 5000개 정도를 납품하고 있다. 따라서, 현재의 판로 경로를 통해 “HD두부보강장치”를 본 연구의 제품으로 교체 납품하게 되면 기존 제품과의 비교에서 경제성 및 시공성에 있어 우위를 차지하게 될 것이다. 현재 “HD두부보강장치”의 판매 경로(공공기관, 지방자치단체, 민간업체)를 통해 향후 5년간 약 25,000개의 매출이 발생될 것으로 판단된다.
◦ 기술개발 활용계획
- 말뚝두부 보강제품 생산설비 가동
- 건설신기술 인증
- 공공기관, 지자체, 설계회사, 시공사 등 제품 영업을 통한 고객 발굴
- 국내외 각종 건자재관련 관련 전시회 참가 및 홍보
- 건설신기술 인증 후 신기술사용 우선순위 제도를 통한 (설계)도면에 반영
- 개발제품에 대한 홍보 책자 발간
- 제품 개발을 통한 기술력과 DB기반으로 신공법 개발로 경쟁력확보
- 제품의 자체 제작, 대량생산을 통해 타제품과의 가격, 유통전략에 있어 경쟁력을 확보하여 말뚝두부보강 판로 개척 및 확장
- 검증된 말뚝부두 보강공법에 대한 설계도면 및 시공방법 교육
- 과제 종료 후 말뚝두부 보강공법에 대한 역학적 거동 특성 교육 및 자료 구비
- 과제 종료 시부터 2014~2015년까지 상, 하반기 말뚝두부 보강공법에 대한 구조 검토 방법 및 구조계산서 작성 방법 교육
5. 기술개발자료의 보안관리
◦ 보안등급 분류기준에 따른 등급부여 및 관련 의견 기술
◦ 연구개발의 기술임치 및 특허 출원∙등록 실적
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 개발결과의견서 ... 2
- 최종보고 요약서 ... 3
- 목차 ... 6
- 제 1 장 서론 ... 7
- 제 1 절 연구 배경 및 목적 ... 7
- 제 2 절 기술개발(제품)의 개요 및 필요성 ... 9
- 1.2.1 말뚝의 용도 및 구성 ... 9
- 1.2.2 도로교설계기준해설(2008)의 말뚝과 확대기초의 결합부 규정 ... 11
- 1.2.3 도로교설계기분해설(2008)의 말뚝과 확대기초의 결합 방법의 문제점 ... 12
- 1.2.4 기존 두부보강 방법의 문제점 ... 13
- 1.2.5 기술개발(제품)의 개요 ... 15
- 1.2.6 기술개발(제품)의 필요성 및 개선점 ... 17
- 제 3 절 국내.외 관련 기술의 현황 ... 19
- 1.3.1 국내.외 관련기술 현황 ... 19
- 1.3.2 국내.외 시장현황 ... 26
- 제 2 장 과제개발 내용 및 방법 ... 27
- 제 1 절 기술개발 목표 ... 27
- 제 2 절 기술개발 내용 ... 29
- 제 3 절 성능실험을 위한 실험체 제작 및 실험방법 ... 34
- 2.3.1 실험변수선정 ... 34
- 2.3.2 실험체 제작 ... 36
- 2.3.3 보유 기자재의 활용 ... 45
- 2.3.4 실험방법 ... 46
- 2.3.5 게이지 부착 ... 50
- 2.3.6 성능실험을 위한 체결부 제작 및 설치 ... 51
- 제 3 장 사업성과 ... 52
- 제 1 절 기술적 성과 ... 52
- 3.1.1 구조세목 검토 및 개선 ... 52
- 3.1.2 성능실험 결과 ... 55
- 3.1.3 구조계산을 통한 안전성 검토 ... 84
- 3.1.4 설계적용 기술개발 ... 90
- 제 2 절 경제적 성과 ... 99
- 제 3 절 기타 성과 ... 102
- 제 4 절 기술개발결과 활용계획 ... 104
- 제 4 장 결론 ... 106
- 제 1 절 기술적 측면 ... 106
- 제 2 절 경제적 측면 ... 108
- 제 3 절 향후 계획 ... 109
- 끝페이지 ... 110
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