Journal of Structure Research and Practice ISSN:3022-4241(Print) 3022-7267(Online) 한국교량및구조공학회 논문집

본 연구에서는 콘크리트 보강재로서 해양쓰레기를 지속적이고 다량 처리할 수 있는 해양쓰레기 재활용 플라스틱 패널(marine waste recycling plastic panels, MWRPPs)이 제안되었다. MWRPPs에 대한 콘크리트 보강 효과를 검증하기 위해 MWRPPs의 정착 방법이 콘크리트와 MWRPPs 사이 부착 거동에 미치는 영향을 조사하였다. MWRPPs의 정착에는 에폭시(epoxy, E), U-shape wrapping(U-wrap, U), 그리고 에폭시 앵커(epoxy anchor, A) 방법을 조합한 세 가지 정착 방법(E, EU, EA)이 사용되었다. 정착 방법이 MWRPPs의 부착거동에 미치는 영향은 FRP sheet의 부착 거동 평가에 널리 사용되는 single shear type test를 통해 조사하였다. U-wrap 그리고 에폭시 앵커는 콘크리트와 MWRPPs 사이 부착 거동을 개선 시키는 것으로 확인되었다. 콘크리트와 MWRPPs 사이 최대 전단 강도는 에폭시와 U-wrap이 동시에 적용된 EU가 0.94 MPa으로 가장 높았으나, fracture energy는 에폭시와 에폭시 앵커가 동시에 적용된 EA가 386.86 kPa-mm으로 가장 높았다. 본 연구에서 MWRPPs에 대한 최적의 정착방법은 에폭시와 에폭시 앵커를 사용해 MWRPPs를 콘크리트 표면에 정착시킨 EA로 도출되었다.

본 연구에서는 구조물의 진동 피로를 모니터링하기 위해 전자기 유도 장치에 대한 설계와 시험을 수행하였다. 전자기 유도 장치는 패러데이의 전자기 유도 법칙을 기반으로 하여 코일과 영구자석으로 구성된다. Ansys Electromagnetics와 Maxwell 2D Transient Analysis를 통해 장치에 대한 설계를 수행하였다. 진동대를 이용한 가진 시험 결과, 전자기 유도 장치의 유도 전압을 통해 유추한 가속도 데이터와 실제 가속도 데이터 간에 약 10%의 오차가 발생하였으나, 전반적으로 유사한 경향을 보였다. 이는 전자기 유도 장치가 가진력에 대해 선형적인 응답을 나타냄을 의미한다. 주요 오차 원인은 전자기 유도 장치의 설계 상수에 대한 불확실성으로 추정되었으며, 코일 턴수와 자기장 세기 등의 변수 설정에서 실제 제작 과정과의 차이가 존재하였다.

사장교의 케이블은 하중을 전달하는 중요한 부재로서, 사장교의 구조적 안전성 평가를 위해서는 케이블 상태 모니터링이 필요하다. 케이블 상태는 대부분 가속도계를 이용한 진동법을 통해 장력과 감쇠비를 모니터링하여 평가한다. 진동법은 계측된 데이터를 주파수 영역으로 변환하여, 탐지된 첨두 정보를 통해 장력과 감쇠비를 추정한다. 첨두 정보는 외부 영향(진동, 바람 등), 케이블의 제원에 따라 변화된다. 부정확한 첨두 정보는 장력과 감쇠비 추정에 영향을 주어, 정확한 케이블 상태 평가에 어려움이 있다. 또한, 진동법을 통한 장력 추정은 일정 시간 이상 계측된 신호가 필요하여, 실시간 계측이 어렵다. 본 연구에서는 광섬유 센서 중 하나인 FBG센서가 매립된 탄소섬유 봉을 제작하고, 제작된 탄소섬유 봉을 강연선 심선으로 대체한 강연선을 제작하였다. 기존 광섬유 센서의 단점인 취급 문제를 개선하였으며, 실내실험을 통해 제작된 강연선의 온도영향계수를 확인하였다. 온도영향계수를 이용하여 온도 보상을 통해 정확한 장력 추정이 가능하였으며, 온도에 민감한 광섬유의 단점을 개선하였다. 개발된 강연선을 공용 중인 국내 사장교 케이블에 설치하여, 장력 추정의 정확성과 현장 적용성 등을 기존 시스템과 비교 검증하였다.

횡방향철근으로 구속된 콘크리트는 높은 하중저항성능과 연성능력을 발휘하므로, 횡구속효과는 철근콘크리트 구조물의 내진설계와 성능평가에 적용되는 중요한 항목 중이다. 이 연구에서는 지금까지 제안된 모델을 대상으로 189개의 횡구속된 원형단면의 압축강도 실험결과를 비교하여 제안식 12개에 대한 정확성을 평가하였다. 그 결과 Desayi 등, El-Dash와 Ahmad, Sun과 Sakino, Eurocode 2, 한국 KDS 설계기준의 수식은 비교적 변동성이 적었고, 한국 설계기준의 수식이 가장 작은 값의 변동계수를 보이며 실험값을 비교적 정확하게 예측하는 것으로 나타났다.

부잔교에서 주로 발생하는 손상 사례로는 힌지부 및 풋팅 롤러부 연결 핀의 키 플레이트 탈락, 풋팅 롤러부의 베어링 볼 이탈 등을 들 수 있다. 본 연구에서는 이들 손상들에 대한 원인분석 및 평가를 위해 아바쿠스 프로그램을 활용한 3차원 해석을 수행하였다. 키 플레이트 손상의 주원인은 회전부의 마모와 고착 등으로 연결 핀의 원활한 기능수행이 어려워 회전부의 마찰계수를 증가시켰다. 이로 인해 키 플레이트 고정 볼트에 작용하는 응력이 항복응력을 초과하면서 볼트 파단 및 키 플레이트의 탈락이 발생하였다. 풋팅 롤러부의 베어링 볼 이탈은 베어링 지지부에 이물질로 인한 접촉이 베어링 볼의 응력을 증가시키는 것을 확인하였다.

본 연구는 RC구조의 철근 기능을 하는 강판이 내화피복 되지 않은 상태로 화재에 직접 노출되어야 하는 원자력 안전성 관련 SC구조물의 내화성능에 대한 민감 요인을 확인하고 제한하기 위하여 수행하였다. 화재 조건에서 SC구조 벽체의 표면강판은 화재에 직접 노출 노출되므로, 벽체의 하중지지 능력은 재료의 손상과 단면의 손실로 인해 줄어들게 된다. 강성과 강도의 저감이 예상될 경우일지라도, SRP 9.5.1에 따라 원전 안전성 관련 구조물에 SC구조를 적용하기 위해서는 최소 3시간의 화재저항 비율이 요구된다. 본 연구에서는 화재 조건에서 SC구조의 하중지지 능력을 평가하기 위해 관통부가 없는 시험체와 관통부가 있는 시험체를 제작하여 ASTM E119, ASTM E814 및 ISO 834의 기준과 절차에 부합하도록 내화성능 평가 시험을 수행하였다. 화재 조건에서 SC구조의 하중지지 능력에 영향을 미치는 요소들 중에서 축하중의 영향을 시험 및 이론적으로 검토하여 3시간 내화성능을 학보하기 위해서는 설계축강도에 대한 축하중의 비를 40% 이하로 제한하도록 제안하였다.