신개념 스마트 제진장치 / 콘크리트 충전 강관거더 교량 구조

지진․태풍 흔들림 방지 초고층건물 내진기술
전원 없는 스마트제진장치…공사비 20% 줄일 교량기술도 개발

□ 지진이나 태풍으로 인한 초고층 건물이나 장대교량의 흔들림을 방지할 수 있는 새로운 내진기술이 개발되었다.

ㅇ 그동안의 여러 지진 및 태풍 피해 사례에서도 알 수 있듯이, 지진이나 태풍 발생시 고층구조물이 크게 흔들리면서 손상되거나 심한 경우에는 붕괴되기도 한다.

ㅇ 이러한 흔들림은 건물의 높이가 높아지거나 교량의 길이가 길어질수록 심해지는데, 이를 제어하는 것은 초고층건물과 장대교량을 설계․시공하는데 있어 필수적으로 요구되는 핵심기술이라 할 수 있다.


□ 국토해양부는 연구개발사업(한국건설교통기술평가원 위탁수행)을 통해 이러한 흔들림을 자동으로 방지하는 “신개념 스마트 제진장치”의 핵심기술을 확보하였다.

ㅇ 지난 3년간 세종대학교 정형조 교수(현 KAIST 소속)와 이기학 교수를 연구책임자로 하여 연구개발을 추진(금년 8월에 종료)한 결과, 국제학술지에 다수의 논문을 발표하고 특허를 확보하는 등 우수한 연구성과를 창출하였다.


□ “스마트 제진장치”란 구조물에 과도한 흔들림이 발생하였을 경우, 센서를 통해 자동으로 인식하고 그에 대응하는 강도의 적절한 자기장을 발생시킴으로써 구조물의 흔들림을 감소시키는 장치로서,

ㅇ 기둥, 벽체 등의 구조물을 강하게 만들어 지진을 직접 견디는 것이 아니라, 구조물에 설치한 MR감쇠기(Magneto-rheological damper)에 의해 지진으로 인해 발생한 충격(흔들림)을 흡수․상쇄하여 구조물이 손상받지 않도록 하는 것이다.

ㅇ 이번에 개발한 기술은 전자기유도(EMI System, Electro-Magnetic Induction)를 이용한 것으로써, 기존 스마트 제진시스템에서 필요로 하는 센서, 제어기, 전원공급 등이 필요없는 매우 단순하고 경제적인 시스템이다.

<기존 스마트 제진장치>	<이번에 개발한 스마트 제진장치>

EMI System은 널리 알려진 패러데이의 전자기유도법칙을 이용한 장치이다. 즉, 영구자석이 코일에 대해 상대운동을 하게 되면 코일에서는 유도전류가 발생하게 되는데(그 반대로 영구자석이 고정되어 있고 코일이 움직이는 경우도 가능), 움직임의 크기에 따라 다른 양의 전류가 발생하므로 그 발생되는 전류를 제진장치 (MR 감쇠기)의 입력 전류로 넣어주게 되면 응답에 따라 특성이 달라지는 장점을 얻게 된다.

□ 그 밖에도, 국토해양부 연구개발사업을 통해 현장 공사기간을 20% 단축하고, 공사비도 20%이상 절감할 수 있는 교량 설계․시공 기술 개발 및 실용화에도 성공하였다.

ㅇ 동 기술은 교량 거더로 사용되는 강관(Steel Pipe) 내부에 콘크리트를 충전함으로써 성능을 크게 향상시키고, 공장제작에 의한 모듈화를 통해 복잡한 제작공정을 단순화한 것으로 

ㅇ 현장에서는 공장에서 제작된 부재 모듈을 가져와 강관 내부를 콘크리트로 채워 넣기만 하면 거더 시공이 완료된다.

ㅇ 이 기술을 적용할 경우 수해지역 등에서 신속한 복구공사가 가능하고, 수해복구비용도 크게 절감될 것으로 기대된다.

ㅇ 실제로 강원도 화천군 소재의 삼일1교 수해복구 현장에 시험교량을 건설하여 사용성 평가 등 검증을 완료하였다.

<삼일1교 전경>	<교량 거더 단면도>
	<콘크리트 충전 강관거더 보도교>

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“콘크리트 충전 강관거더 교량 구조” 소개

□ 거더 단면의 구조시스템

		압 축 부	․충전 콘크리트에 의한 강관 국부좌굴 방지 ․강관에 의한 콘크리트 구속 콘크리트의 강성 및 인성 증가
		인 장 부	․강재에 의한 인장력 저항 ․인장부 콘크리트 균열 억제 및 보호로 내구성 및 사용성 증진