보고서 정보
주관연구기관 |
연세대학교 산학협력단 Yonsei University |
연구책임자 |
이연숙
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참여연구자 |
홍원기
,
이성도
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-05 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
국토교통부 Ministry of Land, Infrastructure, and Transport |
과제관리전문기관 |
국토교통과학기술진흥원 Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement |
등록번호 |
TRKO201700006653 |
과제고유번호 |
1615008350 |
사업명 |
주거환경연구사업 |
DB 구축일자 |
2017-09-20
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키워드 |
기계식 접합부.프리캐스트 콘크리트.하이브리드 프레임.공간확장 기술.스마트 프레임.mechanical joints.precast concrete.Hybrid composite frame.space expansion technology.Smart Frame.
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초록
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연구개발 성과
○ 3-1과 3-2 세부의 연구개발 성과는 다음과 같음.
· 본 유한 요소 모델은 세계적인 유한 요소 해석 패키지인 아바쿠스에 적용 되어 결과를 도출 하였으며 아바쿠스에서 요구되는 파라미터를 해석 분야 별로 정리 하여 물리적인 특징을 파악 한 후, 각 해석 조건과 구조물에 적용 가능한 비선형, 소성, 비탄성 유한요소 해석용 파라미터를 특정
· 본 연구에서 수행한 복합 하이브리드 구조물의 해석은 국제적으로도 문헌을 찾기가 쉽지 않을 정도로 고난도의 유한 요소 해석임에는 분명 하지만 본 논문에서는 해석 결
연구개발 성과
○ 3-1과 3-2 세부의 연구개발 성과는 다음과 같음.
· 본 유한 요소 모델은 세계적인 유한 요소 해석 패키지인 아바쿠스에 적용 되어 결과를 도출 하였으며 아바쿠스에서 요구되는 파라미터를 해석 분야 별로 정리 하여 물리적인 특징을 파악 한 후, 각 해석 조건과 구조물에 적용 가능한 비선형, 소성, 비탄성 유한요소 해석용 파라미터를 특정
· 본 연구에서 수행한 복합 하이브리드 구조물의 해석은 국제적으로도 문헌을 찾기가 쉽지 않을 정도로 고난도의 유한 요소 해석임에는 분명 하지만 본 논문에서는 해석 결과를 실험결과에 비교 입증 하여 유수의 SCI논문 심사에 통과
· 엔지니어들, 수치해석자들이 용이하게 아바쿠스 다룰 수 있도록 유한요소 모델 제작 매뉴얼을 작성 하였고 해석 절차 별로 입력치와 파라미터의 사용 근거를 제시 함. 구체적으로는 지난 4년 연구 기간 동안에 다음과 같은 연구 결과를 도출
· 총 30 여개의 실 규모 시제품을 제작 하였으며 방대한 양의 실험 및 해석 자료를 수집하여 테스트 베드의 설계 및 시공에 활용
· 특히 본 연구에서 개발된 레고형 기계식 접합부는 시공기간 단축뿐만 아니라 콘크리트 부재를 철골 방식으로 설치가 가능하도록 개발되어 공사비 절감에도 기여하도록 제안
· 또한 각 접합부는 모멘트 접합으로 형성되기 때문에 기존의 프리캐스트 프레임으로는 한계가 있는 40층 이상의 고층 건물에의 적용이 가능 하게 되었고 실 규모 구조실험 및 목업 설치를 통해서 실증. 그리고 비선형, 소성 및 비탄성 유한요소해석을 통하여 구조 설계 및 구조 성능(performance)을 확인
· 본 연구에서 개발된 유한요소 모델은 콘크리트의 소성, 철골의 파괴 특성을 반영 하였고 철골, 콘크리트 및 메탈 플레이트, 콘크리트 플레이트, 카본 컴퍼지트등이 복합적으로 작용 하고 서로의 표면이 서로 접하게 되어 충돌 하게 되는 복합한 구조적 현상을 합리적으로 규명하기 위해 다양한 contact 요소를 제안, 개발
· 또한 본 연구를 통해 개발된 공법은 실제 현장에 도입하기 위하여 다음과 같이 연구를 수행함. 첫째, 생산-설치 관계 분석 모델을 구축 및 개발하여 현장생산 및 설치 영향 요인을 분석. 이를 통하여 본 연구진은 현장 상황 및 공정계획에 따라 일부, 혹은 전체 PC부재를 공장생산이나 자체생산으로 수행할 수 있음을 확인하고, PC부재의 현장생산 계획을 수립. 이에 대한 실용화 가능성을 확인하기 위해 물류센터 사례현장의 PC 기둥의 현장생산 및 설치를 수행하였으며, 사전에 설치 시뮬레이션을 실시
· 둘째, 개발된 주차면적 확충기술은 세대수 증가 및 공간확장 대응을 위한 것으로 EPS공법의 시공성을 분석함. EPS 공법은 지하 구조물 시공 시 거푸집 설치/해체 공정을 생략한 공법으로 주열대(column strip) 부분의 거푸집만 현수(rope suspended)하는 모듈화 공법. 사례 프로젝트의 EPS공법배치계획작성을 통한 EPS시공프로세스제시
○ 3-3 세부의 연구개발 성과는 다음과 같음.
· 바닥시스템의 가변성 및 차음성능 실태조사 및 벽체시스템의 가변성 및 차음성능 실태 조사를 통해 개발 방향을 제시하였고, 간이내화실험을 통한 내화패널 가능성을 확인
· 슬래브 일체형 바닥구조 및 완충형 마감재를 활용한 바닥시스템 실험실 실험 및 이론적 접근을 통해 중량 충격음 및 경량 충격음 저감 가능성을 확인
· 압출성형플라이애쉬 패널 시제품 생산을 통해 시제품에 대한 물성 테스트를 진행하였으며, 벽체시스템의 차음, 내화 공인기관 성능 검증을 실시
· 슬래브 일체형 바닥구조 및 완충형 마감재를 활용한 바닥시스템 테스트 베드 목업 시험을 실시하여, 충격음 저감 성능을 확인
· 압출성형플라이애쉬 패널의 시제품에 대한 특허 등록을 통해 지적 재산권을 확보하였으며, 영월 테스테 베드 9세대 목업 실험을 통해 슬래브 일체형 바닥구조 및 완충형 마감재를 활용한 바닥시스템 관련하여, 국내학술지 8편, 국외학술지 1편과 논문 3편을 게재. 이러한 연구결과를 토대로 영월테스트베드 적용 바닥, 벽체 설계안을 제시
· 영등포고시원 대안주거 테스트베드에 벽체시스템을 적용하여 시공성 및 개선방안 마련
(출처 : 국문 요약문 p.9)
Abstract
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Results
· As interest has increased in vertical extensions to high-rise apartments, the use of prefabricated modules has emerged as an alternative construction method.
· The present research proposed column joints of Rahmen precast composite frames to enable fast and safe vertical addition
Results
· As interest has increased in vertical extensions to high-rise apartments, the use of prefabricated modules has emerged as an alternative construction method.
· The present research proposed column joints of Rahmen precast composite frames to enable fast and safe vertical addition. Joint details were suggested to allow quick assembly of Rahmen frame structural modules lighter than wall frames.
· Experiments of displacement-controlled cyclic loading were carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed joint for the vertical addition of frames to existing slabs. Connections were made using chemical anchors or bolts. All experimental specimens except those with cross-type walls were strengthened with FRP reinforcement. Three-dimensional nonlinear simulations of precast concrete beams-columns joints using mechanical metal plates are performed in this study.
· A formulation with “concrete damage plasticity” was implemented in ABAQUS code to evaluate the steel-concrete composite behaviour under monolithic loads.
· The nonlinear numerical response behavior of a precast beam-column frame connected by a mechanical joint, which can transfer moments through the interconnected components, was investigated to identify a variety of parameters (e.g., dilation angle, concrete damage, eccentricity, clearance of the contact surfaces, and penalty stiffness).
· The surface-to-surface contact elements and concrete damaged plasticity model for the novel mechanical connection of a precast beam-column connection for nonlinear finite element analysis were established in this study. The von Mises yield criterion was used as the yield criterion of steel. The modeling techniques for finite element analysis were implemented with an embedded element and contact forces.
· Finally, the nonlinear numerical investigation was implemented into ABAQUS, which is capable of accurately predicting strains in structural elements. The following points summarize the proposed nonlinear model. In addition, the followings are conducted in order to apply the method developed by this study in real site.
· First, influence factors of in-situ production and installation are analyzed after developing the production-installation relation analysis model. based on the results, it is idetified that partial and entire PC members can be performed by factory production according to the in-situ situation and scheduling plan then the in- situ production plan is established. furthermore, to identify the practical possibility of the plan, case study of Logistics facilities regarding in- situ production and installation of PC column is examined and installation simulation is conducted.
· Second, the workability of EPS is analyzed as the developed improvement technology regarding parking lot area is for responding about housing increase and space expansion. as the EPS is a method deleting installation and dismantlation, it is the modular method doing rope suspended the form of the column strip. it is suggested the ESP construction process through establishing the EPS arrangement plan of a case study.
· Regarding details of 3-3, R & D achievements are as follows : The development direction is suggested through the actual survey of the variability and the sound insulation performance for both the floor system and the wall system. We confirmed the possibility of refractory panel through experiments with small fire resistance.
· We have confirmed the possibility of heavy impact sound and light weight impact sound reduction through laboratory experiment and theoretical approach of floor system using slab integrated floor structure and buffer type finishing material.
· We proceeded with physical property test for prototype after producing extruded fly ash panel as trial and verified sound insulation of the wall system and the performance of the fire-proof by authorized inspection agency
· The testbed mock-up test for floor system using a slab-integrated floor structure and a buffered finishing material was conducted to confirm the impact sound reduction performance.
· Intellectual property rights were secured through the patent registration of the prototype of the extrusion blown fly ash panel. Also, we issued 7 domestic journals, 1 overseas journal and 3 papers related to the floor system using slab integrated floor structure and buffer type finishing material through Yeongwol Testbed mock-up experiments for 9 housing units. Based on the results of this study, the floor and wall design of the test bed were suggested.
· AS the design was applied to the alternative residential test bed of Yeongdeungpo, it improved the workability and presented improvement plan.
(출처 : SUMMARY p.12)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 3
- 보고서 요약서 ... 7
- 국문 요약문 ... 9
- SUMMARY ... 12
- Contents ... 15
- 목차 ... 15
- 1. 연구개발 과제의 개요 ... 17
- 1-1. 연구개발 목적 ... 17
- 1-2. 연구개발의 필요성 ... 18
- 1-3. 연구개발 범위 ... 19
- 1-4. 연구개발 내용 ... 20
- 2. 국내 외 기술개발 현황 ... 22
- 3. 연구개발 추진전략 및 방법 ... 23
- 4. 연구개발 추진체계 및 추진 일정 ... 25
- 5. 연구수행 내용 및 결과 ... 27
- 5-1. 1차년도 연구 ... 27
- 5-2. 2차년도 연구 ... 51
- 5-3. 3차년도 연구 ... 133
- 5-4. 4차년도 연구 ... 150
- 5-5. 개발기술별 연구내용 요약 ... 190
- 6. 연구의 결과 및 기대효과 ... 202
- 7. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 212
- 7-1. 목표달성도 ... 212
- 7-2. 관련분야 기여도 ... 214
- 8. 연구결과의 활용계획 ... 217
- 8-1. 연구결과의 활용계획, 개발 기술 활용 계획 ... 217
- 8-2. 추가 연구의 필요성 ... 219
- 8-3. 타 연구에의 응용 ... 219
- 8-4. 기업화 추진방안 ... 220
- 9. 특허 등록 및 출원 ... 221
- 10. 논문 게재 및 제출 실적 ... 223
- 11. 시제품 제작 ... 227
- 12. 설계기준, 시방서, 지침에 제안 ... 230
- 13. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 231
- 14. 연구개발성과의 보안등급 ... 231
- 15. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 232
- 16. 참고문헌 ... 235
- 끝페이지 ... 239
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