현재 서울을 비롯한 5대 광역시에 지하철이 계획, 시공되고 있다. 이와 같은 지하철은 많은 사람들이 이용하는 대중교통 수단이므로 설계 시 작용하는 하중조건을 모두 고려하여 설계를 하고 있지만 Box형으로 시공된 지하철 구조물의 본선 및 정거장에 대해 점검한 보고서를 참고하면 본선보다는 정거장에서 많은 균열이 발생되고 있다. 따라서 본 논문에서는 Box형으로 시공된 정거장 구조물에 대하여 균열이 발생된 형태와 원인을 연구하여 추후 시공하고자 하는 정거장구조물에 대해 균열발생 억제방안을 도출하고자 한다. (중략)
최근 자기치유 재료에 대한 연구는 보수하기 힘들거나, 보수비용이 많이 소요되는 구조물에 대해 구조물 스스로 손상을 치유하여 사용수명을 증가시키기 위해 많이 수행되어오고 있다. 현재 널리 사용되고 있는 자기치유 평가 방법으로는 투수시험이 있다. 하지만, 자기치유 평가 방법에서 자기치유 성능은 콘크리트의 초기 균열 폭에 큰 영향을 받지만 일관된 기준을 가지고 있지 않은 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 기존 연구에서 사용한 균열 폭과 투수량을 기반으로 균열 폭-투수량의 상관관계와 시간-투수량의 상관관계를 분석하였다. 또한, 광학현미경을 이용하여 측정한 초기 균열 폭은 신뢰성이 떨어지므로 Poiseuille flow에서 ${\alpha}$값을 도출하여 시간-균열 폭에 대한 상관관계를 분석하여 시간-투수량과 시간-균열 폭에 대한 경향을 분석하였다.
우리는 유리에 충격에 가해졌을 때 나타나는 복잡한 균열 생성 기법을 제안한다. 유리에 충격이 가해졌을 때 표현되는 균열 패턴은 미세(Dense), 방사상(Radial), 동심원(Concentric) 균열로 분류 할 수 있으며, 이 균열 패턴을 절차적 방법을 이용하여 효율적으로 표현한다. 외력이 발생하면 균열 예제 데이터를 기반으로 L-system을 응용하여 실시간으로 균열이 전파되는 모양을 합성한다. 물리 기반 균열 생성은 정확한 균열의 분석 및 모델링이 가능하지만 계산비용이 크기 때문에 계산속도가 느린 단점이 있으며, 절차적 방법은 비교적 빠른 계산 속도를 갖지만, 정확한 균열의 특징을 포착하기에는 충분하지 않다. 우리는 이 두 가지 장점을 모두 얻기 위해 L-system을 이용하여 유리의 균열을 모델링하고, 결과적으로 유리의 미세한 균열 패턴을 실시간 환경에서 사실적으로 표현한다.
본 연구에서는 카올린점토에 대한 실내실험을 통하여 수축으로 인한 균열발생을 조사하고 균열 단계를 모사할 수 있는 단순모델을 제안하였다. CPS 기법을 이용하여 디지털 카메라에 의해 얻은 균열 이미지를 분석하였다. 함수비의 감소에 따라 균열의 길이와 면적은 1차 균열단계, 2차 균열단계, 수축단계 균열의 3단계로 나타났다. 균열 면적의 1차 및 2차 균열 최종 단계에서의 정규화된 함수비는 시료 두께에 상관없이 각각 0.92와 0.70에서 발생하였다. 반면 균열 길이는 1차 균열 최종 단계에서의 함수비는 시료 두께와 상관없이 0.92에서 발생하였으나, 2차 균열 최종 단계에서의 함수비는 시료 두께가 0.5, 1.0, 2.0cm로 증가함에 따라 함수비는 0.79, 0.82, 0.85로 증가하였다. 수축 균열을 모사할 수 있는 3개의 직선으로 구성된 단순모델을 제안하였다.
3가지 종류의 알루미늄 합금강의 피로균열 진전 시 균열 열림 및 닫힘에 따른 음향방출 신호를 분류하기 위하여 주성분 분석 방법과 인공신경망 기법을 적용하였다. 재료의 균열 열림과 닫힘, 마찰 등과 같은 여러 가지 AE 신호를 얻기 위하여 피로시험을 수행하였다. 주성분 분석결과 AE 파라미터의 제 1 및 제 2 주성분만으로도 균열 열렴 및 닫힘에 대한 AE 신호의 변이를 94% 이상 설명할 수 있는 것으로 분석되어 주성분 분석 기법을 이용한 균열 열림 및 닫힘에 대한 신호해석이 가능한 것으로 나타났다. AE 신호의 주성분들을 입력변수로 사용한 인공신경망을 이용하여 균열 열림 및 닫힘을 분류할 수 있는 분류기를 개발하고 평가한 결과 분류기의 입력 변수로서 2개의 주성분을 이용 할 경우 전체 AE 파라미터를 입력변수로 사용한 경우 보다 분류 성능이 향상되었다.
재료주축과 경사진 중앙균열을 내포하는 직방성 복합재료 내 균열문제를 해석하였다. 이 균열체에는 외부경계에서 2축방향으로 작용하는 하중을 받고 있다. 복합재료 내 초기균열의 진전각을 예측하기 위하여 수직응력비 이론을 적용하였으며, 균열진전각에 미치는 2축하중과 섬유재료주축의 영향을 분석하였다. 본 해석을 통하여 균열진전각은 수평하중에 많은 영향을 받고 있으며, 또한 균열경사각과 섬유배향각에도 큰 영향을 받음을 확인하였다.
균열점토에 대한 강섬유 사용 가능성을 평가하기 위하여 균열이 있는 보강점토와 비보강점토 시료에 대한 일축압축실험을 실시하였다. 실험결과 강섬유 보강으로 인하여 균열의 시작과 진행에 대한 저항력에 증가하므로써 균열 시작시 응력과 파괴시 극한응력이 증가되었다. 균열의 시작과 진행에 대한 저항력의 증가는 점토시료에서 강섬유에 의한 균열진행의 억제 또는 진행방향의 변경과 관련되어 있음을 알 수 있었다. 파괴역학 이론과 섬유로 보강된 물질에서의 일반미케니즘을 적용하여 실험결과에 대한 이론적인 해석이 이루어졌다. 해석결과 강섬유의 인발작용을 통한 연결효과로 인하여 시료에서 균열의 진행에 대한 저항력이 증가됨을 알 수 있었다. 이론적인 분석에 의하여 예측된 인발력은 인발실험으로 부터 산정된 값과 비교적 잘 일치되었다.
최근 들어 균열 치유 향상도의 가속화 방안으로서 전기 화학적 전착 기법을 활용한 인공 균열 치유방법에 관한 실험연구가 수행되고 있다. 이 연구에서는 고내구성 콘크리트의 설계 및 유지관리를 위한 방안으로서 혼합콘크리트의 사용에 따른 인공 균열 치유방법상의 부식방식 모니터링의 비교 및 균열 치유향상도의 분석을 수행하였다. 이를 위해 철근콘크리트내로의 가압전류의 특성분석, 가용 전해질의 특성분석, 갈바닉 전류 모니터링, 선형분극저항측정 비교, 균열 치유 전/후의 치유향상도의 사진화상분석등을 통해 혼합 콘크리트의 인공 균열 치유기법 적용에 따른 치유 향상도를 실험적 연구로서 수행하였다. 실험결과로부터, 인공균열치유에 의한 가압전류 측면에서 20,000 min의 통전시간에 따라 점차적으로 가압전압값이 증가하면서 2.9 V로 물/시멘트비에 관계없이 수렴하고 있음을 알수 있었고, 갈바닉전류 모니터링에 따른 부식지연성은 W/C의 경우에 0.4 $>$ 0.5 $>$ 0.6의 순서로, 결합재별 비교에 있어서는 OPC $>$ 60%GGBS $>$ 10%SF $>$ 30% PFA의 순서로 나타남을 알 수 있었다. 한편 전기화학적 전착기법에 의한 치유후 기존 균열면적의 76.47%가 치유됨을 확인하였다.
탄소나노튜브(CNT)의 물성은 고분자재료의 기계적, 전도성, 열적 물성을 향상시켜주기 때문에 많은 분야에서 소재개발을 진행 중이다. 본 연구에서는 사전에 CNT 10 wt% 페이스트를 제조하여 나노입자에 대한 분산도와 나노복합재료 생산성을 높일 수 있는 기초 재료를 제조하였다. 제조된 CNT 10 wt% 페이스트를 이용하여 손상 감지용 CNT 나노복합재료를 제조하여 균열에 대한 손상감지능과 균열 보강효과에 대한 영향을 연구하였다. CNT 10 wt% 페이스트를 이용하여 제조된 CNT 1 wt% 나노복합재는 일반 CNT 파우더를 이용하여 CNT 1 wt% 나노복합재료를 제조하였을 경우보다 인장과 굴곡물성이 높음을 확인하였다. CF30wt%/PP에 인위적인 균열을 제조하고, 균열부위에 CNT 나노복합재료를 보강하여 균열 및 파괴 발생 감지능을 균열크기에 따라 전기저항 측정법과 인장물성평가를 통해 분석하였다. CNT 나노복합재료를 균열 부위에 보강하여 CF30wt%/PP의 인장물성을 분석하였을 경우, 균열보강효과가 있었다. 균열크기가 증가함에 따라 CNT 나노복합재료의 보강효과의 증가되었다. 이는 CNT 나노복합재료와 CF30wt%/PP간의 접착면 증가로 균열전파를 지연하기 때문이다. CNT 나노복합재료의 손상감지능에 대해서는 전기저항 평가법으로 분석하였으며, 접착면에서의 분리로 인해 CNT 나노복합재료에 충격이 가해져 높은 전기저항 증가구간을 확인하였다. 손상감지용 CNT 나노복합재료의 균열방지효과와 손상감지에 대한 전기저항 평가법의 가능성을 확인하였다.
지하철 구조물은 수화열에 의해 균열이 발생하기 쉬우며, 균열을 최소화하기 위해 시공방법(순차/건너 뛰기 시공 등)의 개선 등 많은 노력을 하고 있으나 아직 이에 대한 상관성을 분석한 바가 없다, 이 논문에서는 시공길이(6m, 9m, 18m), 벽체높이(2m, 3m, 4m,), 콘크리트 배합(1종+FA20%, 4종+FA10%, 3성분계), 콘크리트 타설시기(봄/가을, 여름, 겨울) 및 시공방법(순차시공, 건너띠기시공) 등 14개 항목을 각각 조합하여 온도균열지수를 산출(378개)하여, 통계착적 처리를 통해 상관성을 분석하였다. 또한 ”온도균열지수표“를 작성하여 현장의 콘크리트 타설 여건의 변화에 대응하여 쉽게 활용할 수 있도록 하였다. 또한, 콘크리트 타설을 순차적으로 시행하는 경우와 건너 띄어 시행하는 경우에 대해서도 그의 상관성을 분석하여 급속 시공 방안을 검토하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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