국가지정 연구실 사업

연구의 필요성

연구목표

연구범위

기대효과

연구추진계획

 

 

 

 

 

 

  국가지정 연구실 사업

 

국가차원에서 전략적으로 육성해야 핵심기술(Core Technology)분야의 우수 연구실을 발굴하여국가지정연구실로 지정하고, 이들의 핵심 연구역량을 감화할 있는 연구과제를 선정, 지원하는 국가연구 개발사업으로서 본연구실은 다음과 같은 과정으로 연구를 수행하게 된다.

  

연구의 필요성

 

  우리나라는 얼마 전까지만 해도 지진발생 가능성을 과소평가하여 구조물의 설계에 지진의 영향을 고려하지 않았다. 그러나 역사지진과 계기지진을 토대로 수행되어온 지진학 전문가들의 최근 연구결과에 의하면 한반도에서도 구조물에 상당한 피해를 줄 수 있는 지진이 발생할 가능성이 큰 것으로 나타나고 있다. 실제로 1978년 충남 홍성에서의 지진과 최근 1996년 12월 영월 지진 발생 이후로, 국내에서도 지진에 대한 관심이 증대되어 왔으며, 특히 1995년 1월에 일본의 고베지역에 발생된 지진과 1999년 9월에 대만에 발생한 강진으로 많은 인명 및 재산 피해가 발생한 사건을 목격한 이후로 국내 내진 및 제진설계의 필요성이 온 국민 사이에 인식ㆍ확산되고 있다.

  우리나라는 지난 30년간 경제의 급성장과 더불어 국도, 고속도로, 철도, 고속전철 등 교통망의 건설이 활발하였고, 아울러 원자력 발전소, LNG 저장탱크와 같은 여러 형태의 특수 구조물의 건설이 급증하고 있으며, 사장교, 현수교 등의 장대교량의 수요가 증가하고 있다. 이러한 구조물은 지진발생시 충분한 대비가 이루어지지 않을 경우, 대형사고로 이어져 수많은 인명과 재산의 손실을 초래함과 더불어 국가 인프라로써의 기능 수행이 마비되어 경제ㆍ사회 전체를 극도의 혼란상태에 빠뜨릴 수 있으므로, 그 어느분야에서보다 내진설계 및 제어가 중요하다.

 

연구목표

 

지진에대한 대형구조물의 안전성과 사용성을 확보하기위하여 지진발생시에도 작동의 신뢰성이 우수한 수동제어 및 반능동제어 기술에 관한 기존의 연구결과를 분석하여, 국내의 중진조건(Moderate Seismicity)과 건설환경에 적합한 수동제어 및 반능동제어 기술을 개발하고자 한다. 이를 위하여 구조물-내진장치계의 프로그램화된 비선형 해석기술과 반능동 제어 알고리즘을 개발하고, 아울러 표준화된 내진성능평가 실험기술 및 최적제어시스템 설계기술을 확립한다. 나아가 성능이 향상된 첨단 수동제어 및 반능동제어 기술을 개발하여 국내의 내진제어 기술을 향상시키는데 연구 목표를 둔다.

 

 

연구범위

 

1. 수동제어(Passive Control) 기술의 개발

 

점탄성형

(Viscoelastic Dampers)

마찰형

(Friction Dampers)

강제이력형

(Metallic Yield Dampers)

 

 

2. 반능동제어(Semi-Active Contorl) 기술의 개발

 

자기유변유체형

(Magneto-Rheological Fluid Type)

 

실험예  (University of Norte Dame)

MR Damper                                   실험구조물

길이: 21.5cm, 직경: 3.8cm               높이: 157.5cm

제어력: 3,000N, 소모전력: 10W         총질량: 1,100kg

 

실험 결과 (최상층 변위 및 가속도 비교)

 

 

3. 파동의 특성을 이용한 구조물의 내진제어기술의 개발

 

지진파 반사구조 (1차원 인공결정에서의 음파의 투과)

 

 

기대효과

 

1. 기술적측면

 

내진제어 기법의 개발으로 인한 내진 안정성확보 및 내진 설계기술 확보

지진시 구조물의 동적 거동 파악 및 사전 예측

내진제어 장치의 동적 특성의 규명 및 정확한 모델링

내진제어 장치 및 구조물의 비선형해석 기술 확보

내진제어 장치의 성능시험 기술의 획득

독자적인 첨단 내진설계 기술의 확보(진파의 전달 특성을 이용한 지진파 반사구조 설계)

차량하중, 파랑하중, 풍하중 등 기타 동적하중 제어기술로의 이전가능

21C 새로운 첨단 구조물의 실현을 위한 기초설계기술 확보

 

2. 경제 산업적 측면

 

지진시 인명과 재산보호

국가 기간시설물에 대한 내진 안전성 확보로 지진시 신속한 재해복구 및 재해복구비용의 절감

내진제어 기법의 확보로 인한 국내 건설 시장의 수입대체 효과 및 해외 건설 시장의 경쟁력 확보

미래건설 시장의 변화에 대해 첨단 내진제어 기술확보로 능동적 대처

외국의 기술도입에 따른 Royalty 지불 감소

 

3. 사회문화적 측면

 

지진재해에 대해 국민의 정서적 안정도모

첨단 내진기술 활용을 통해 새로운 건설문화 정착

 

 

 

연구추진계획

 

1단계 연구 (2000.5 ~ 2002.4)

1차년도 (2000.5 ~ 2001.4) : 내진제어기술에 관한 연구

- 국내ㆍ외 내진제어기술의 종합 및 분석

- 중진지역에 적합한 내진제어시스템 개념 확립

- 지진파의 구조물 전달 Mechanism 규명

2차년도 (2001.5 ~ 2002.4) : 내진제어장치에 대한 핵심기술 확보

- 수동내진제어장치의 특성 실험 및 구조물의 수치해석

- 반능동내진제어장치의 동적ㆍ비선형특성 실험 및 모델링

- 1차원 지진파 실험 및 모델링

- 관련 연구의 실적 제출(학술발표회, 학회지)

 

2단계 연구 (2002.5 ~ 2005.4)

3차년도 (2002.5 ~ 2003.4) : 내진제어 성능시험 및 분석기술 개발

- 수동제어 장치가 설치된 구조물의 유사동적 실험 및 수치해석

- 반능등내진제어 알고리즘 개발

- 1,2차원 지진파 반사구조 제안

4차년도 (2003.5 ~ 2004.4) : 내진제어기술 검증 및 적용성 평가

- 수동제어 장치가 설치된 구조물의 진동대 실험

- 반능동내진제어 축소모형 실험

- 2차원 지진파 반사구조 축소모형 실험

5차년도 (2004.5 ~ 2005.4) : 통합 시스템 구축 및 현장 보급ㆍ적용

- 내진제어 기술 통합시스템 개발

- 내진제어 기술의 현장 보급ㆍ적용

- 관련 연구의 실적 제출(학술발표회, 학회지)