초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 연구의 목표는 우리나라 공동주택의 층간소음문제의 주원인인 저주파 바닥충격음을 안정적으로 저감시킬 수 있는 바닥시스템 개발을 위해서 기존에 연구된 바가 없는 국지적 공진 음향 소자 (locally resonant phononic element(LRPE))-바닥슬래브 결합시스템의 한가지 프로토타입으로서 슬래브 내부 매립형 결합 시스템을 구현하고 성능실험을 통한 LRPE 바닥구조 시스템의 중량충격음 저감 성능데이터를 확보하여 실용화를 위한 성능기초연구를 수행하는 것이다.

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 연구의 목표는 우리나라 공동주택의 층간소음문제의 주원인인 저주파 바닥충격음을 안정적으로 저감시킬 수 있는 바닥시스템 개발을 위해서 기존에 연구된 바가 없는 국지적 공진 음향 소자 (locally resonant phononic element(LRPE))-바닥슬래브 결합시스템의 한가지 프로토타입으로서 슬래브 내부 매립형 결합 시스템을 구현하고 성능실험을 통한 LRPE 바닥구조 시스템의 중량충격음 저감 성능데이터를 확보하여 실용화를 위한 성능기초연구를 수행하는 것이다.

○ 전체 내용
1) 슬래브 내부 매립형 LRPE 시스템 설계
- LRPE analytic model 분석
- 설계모델용 LRPE 실험유닛 제작 및 응답분석
- LRPE prototype의 휨진동 band gap 분석 실험 수행
2) 슬래브 내부 매립형 LRPE-슬래브 결합 바닥시스템 설계 및 제작
- LRPE 유닛 측면 PE소재 콘크리트 절연 구조 설계/제작
- LRPE 유닛 측면 FOAM 소재 콘크리트 절연 구조 설계/제작
- LRPE 유닛 측면 EPS 절연 구조 설계/제작
- LRPE 유닛 측면 PE소재 콘크리트 절연 + LRPE 상하부 CRC판 지지 구조 설계/제작
3) LRPE-슬래브 결합 바닥시스템의 저주파 휨진동 및 중량충격음 저감 특성 계측 및 분석
- (1) 자유단 조건 (2) 단순지지 조건의 두가지 경계조건에 대하여 휨진동 저감 평가실험 실시
- 잔향실 상부에 단순지지 경계조건이 확보된 상태로 임팩트볼 가진에 의한 충격음 저감 평가실험 실시

□ 연구개발성과
1) 자유단 경계조건 LRPE 결합슬래브 휨진동 에너지 저감 평가실험 결과 band gap 주파수는 약 33~53 Hz 의 20 Hz 구간에서 발생하였고 일반 큰크리트 슬래브에서 발생하는 1차 및 2차 휨진동모드 에너지는 99% 이상 완전히 억제되어 저감됨을 확인할 수 있었다.

2) 단순지지 조건하에서의 LRPE 결합슬래브의 휨진동 에너지 저감 평가실험 결과 band gap 주파수는 최대 34~54 Hz 의 약 20 Hz 구간에서 발생하였고 일반 큰크리트 슬래브에서 발생하는 1차 휨진동모드 에너지는 80% 이상 억제됨을 확인할 수 있었다.

3) 단순지지 조건하에서의 LRPE 결합슬래브의 충격음 저감 평가 실험 결과 band gap 주파수를 포함하는 37.58, 42.17, 47.32 Hz의 1/6 octave bands에서 일반 큰크리트 슬래브와 비교하여 sound pressure levels가 저감되는 것을 확인하였다. 이 주파수 밴드에서, 최대 15.13 dB, 평균 8.16 dB의 sound pressure level이 감소되었다. 이는 음압에너지 저감률로 평가하여 충격음 계측에 사용된 모든 마이크로폰 계측위치에 대해서 최대 60.42 %, 평균 56.70 % 바닥충격음이 감소되는 것으로 확인할 수 있었다.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
1) 본 연구를 통하여 축적된 내부매립형 LRPE 슬래브 결합 바닥구조의 시스템설계 기술 및 진동/충격음 저감 성능 데이터는 향후 본 바닥시스템의 현장 구현 및 상용화개발에 있어서 중요한 기술적 자료로 활용될 것이다.

2) 본 연구를 통하여 검증된 LRPE-슬래브 결합 바닥구조는 향후 구조적 안정성이 확보되는 기존의 상용 뜬바닥구조에 적용하여 뜬바닥 비진동격리영역에서 슬래브 휨진동모드의 발생을 억제하도록 구현되어 100 Hz 이하 전체 중량충격음을 안정적이고 효과적으로 저감시킬 수 있는 바닥구조시스템의 구현에 활용될 것이다.

3) 본 연구를 통하여 내부매립형 LRPE 슬래브 결합 바닥구조의 시공 실용성을 심화고찰 할 수 있었으며 또한 기존주택 슬래브 비적용성의 제한성이 있어 이를 극복할 수 있는 슬래브 외부 결합형 메타머티리얼 결합 슬래브 개발연구의 필요성을 인식하게 되었다. 외부결합형 시스템에 관한 추가연구는 신규주택 및 기존주택 모두에 적용이 가능하며 시공 실용성이 뛰어난 메타머티리얼 적용 중량충격음 차단 바닥구조의 개발 및 보급을 가능하게 하여 메타머티리얼 결합 바닥구조의 적용성을 확대시킬 수 있을 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 슬래브 내부 매립형 LRPE 시스템 설계 ... 5
• 2) 슬래브 내부 매립형 LRPE-슬래브 결합 바닥시스템 설계 및 제작 ... 5
• 3) LRPE-슬래브 결합 바닥시스템의 저주파 휨진동 및 중량충격음 저감 특성 계측 및 분석 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 7
• 1) 연구수행 결과 ... 7
• 2) 목표 달성 수준 ... 8
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 8
• 5. 연구개발성과 및 활용 계획 ... 9
• 1) 연구성과 ... 9
• 2) 연구성과 활용계획 ... 10
• 6. 참고문헌 ... 10
• 끝페이지 ... 11