구조/지반 분야 연구

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콘크리이트 연구실
 
콘크리트 균열 평가 통합 프로그램 개발 및 온도응력 측정 장치
콘크리트 균열 평가 통합 프로그램은 온도 분포와 수분 분포의 영향을 동시에 고려하여 실제 구조물에서 발생할 수 있는 균열을 보다 정확히 예측할 수 있으며, 온도응력 측정장치를 통해 실내에서 간편하게 온도응력발현을 모사할 수 있다. 효과적인 균열 제어를 통해 구조물의 사용연한을 늘리고, 효과적인 설계/시공/유지 관리를 통한 경제적 손실을 최소화하며 기술력 향상을 통한 국내 건설분야의 경쟁력을 증대시키는 등 그 파급효과가 뛰어난 연구 성과라고 할 수 있다.
 
 
시공단계 및 비탄성 거동을 고려한 초고층 건물의 장기거동 해석 프로그램
초고층 건축물의 시공단계 및 콘크리트의 비탄성 거동을 고려하여, 시공단계에 따른 주요 구조부재의 하중이력과 변형을 예측하고, 사용단계까지의 장기거동을 예측하기 위해 개발된 3차원 해석 프로그램으로 종래의 개별부재에 대한 해석이나 2차원 해석과 비교하여 보다 정확하고 합리적인 해석을 수행할 수 있다. 시공단계에서 사용단계까지 해석한 결과를 바탕으로 시공과정에서 발생할 수 있는 안전사고를 예방할 수 있으며, 설계단계에서 장기변형을 고려함으로써 장기적인 안목의 설계가 가능해질 뿐만 아니라, 사용단계에서 발생 가능한 변형을 예측함으로써 건축물 유지관리를 위한 평가에 도움을 줄 수 있다.
 
 
다양한 환경에 노출된 콘크리트의 역학적 특성 예측 기술
양생 및 노출 온도와 습도를 고려한 콘크리트 역학적 특성 예측 모델과 간이 수화열 측정장치의 개발을 통해 콘크리트의 역학적 특성을 다양하게 변화하는 현장 상황에 맞추어 예측할 수 있는 장치를 개발하고 있다. 이 연구는 콘크리트 품질 향상 및 경제적이고 합리적인 설계와 시공에 큰 도움이 될 것으로 예상되며, 다양한 환경의 해외 시장 진출에도 큰 도움이 될 것이다.
 
 


구조설계 연구실(SDL)
 
비금속 물질 고율변형/파괴 물성 분석
콘크리트 균열 평가 통합 프로그램은 온도 분포와 수분 분포의 영향을 동시에 고려하여 실제 구조물에서 발생할 수 있는 균열을 보다 정확히 예측할 수 있으며, 온도응력 측정장치를 통해 실내에서 간편하게 온도응력발현을 모사할 수 있다. 효과적인 균열 제어를 통해 구조물의 사용연한을 늘리고, 효과적인 설계/시공/유지 관리를 통한 경제적 손실을 최소화하며 기술력 향상을 통한 국내 건설분야의 경쟁력을 증대시키는 등 그 파급효과가 뛰어난 연구 성과라고 할 수 있다.
 
 
고성능 섬유보강 복합재료 적용 방호·방폭 구조물 설계기술
방호/방폭 구조시스템의 정밀한 해석을 위해서는 충격/폭발 이라는 극한하중을 받는 방호/방폭 구조시스템에 특화된 해석 프로그램의 개발이 필요하다. 이를 위해 본 과제에서는 동적해석에 적합한 Explicit finite element method를 기반으로 특화 비선형 해석 프로그램의 알고리즘을 개발하고자 한다. 특화 해석 프로그램은 기존의 상용프로그램과 다르게 고율변형상태와 폭발/충격으로 인한 파괴에 주안점을 맞춰 제작됨으로써 방호/방폭 구조시스템 수치해석의 정확성과 접근성을 향상시켜줄 수 있을 것이다.
 
 
수퍼 콘크리이트 거더의 응력집중부 해석 및 설계방법
80~180MPa 급 초고강도 콘크리트(SC) 적용 구조물 정착부 상세 모델링 및 거동 분석은 SC 재료의 특성을 반영하고 보강철근 등 상세 모델을 구성하며 주요 설계 변수 도출과 강도 등 주요 거동 예측을 포함한다. 한편, 정착부 설계 변수에 따른 SC 거더의 거동 분석 및 부재 안전성 검토 기술은
단면성능평가를 위한 기본자료로 활용 가능하며 실제 SC적용 구조물의 안정성 평가와 좌굴발생 기능성 등 주요 예상거동 평가에 이용된다.
 
 


구조해석 및 건설재료 연구실
 
탄소나노튜브-시멘트 복합재료를 이용한 도로의 압저항 센싱 시스템
시멘트 재료에 나노소재인 탄소나노튜브를 혼입하면 재료의 전기전도도가 상승하여 “전기가 통하는 시멘트”로서의 역할을 할 수 있게 된다. 이러한 재료를 도로하부에 매설 시 차량하중이 지나갈 때 발생하는 에너지를 이용하여 차량이 지나가는 속도, 무게 등을 자동으로 감지할 수 있는 스마트 센서를 개발하였다.

http://samlab.kaist.ac.kr/bbs/board.php?bo_table=menu2
 
 
전자파 및 음향 환경을 동시에 고려한 전자파 음향 환경 개선 융합 벽체 기술
현대 사회에서 전자 통신 기기의 활용 증대에 따라, 전자파에 대한 쾌적한 환경조성을 위하여 저비용·고효율의 EMI(Electromagnetic Interference), EMS(Electromagnetic Shielding), EMC(Electromagnetic Compatibility) 건설재료 개발에 대한 체계적인 연구가 요구되고 있다. KAIST 구조해석 및 건설재료 연구실에서는 기존 콘크리트 재료에 탄소나노튜브와 같은 신재료를 혼입함으로써 기존재료의 장점을 유지하면서도 전자파 차폐에 탁월한 효과가 있는 재료를 개발하였다.
 
 
첨단건설재료 거동예측을 위한 멀티스케일 모델링
나노재료의 발견 이후 이를 응용한 첨단 복합재료의 개발이 빠른 속도로 이루어 지고 있다. 본 연구실에서는 나노복합체를 혼입한 다양한 종류의 재료를 원자단위에서부터 마이크로, 매크로스케일로 이루어지는 멀티스케일 모델링 연구를 수행하였다.

나노복합재료는 기존의 연속체 역학 (continuum mechanics) 만으로는 성능예측이 어려우며 따라서 나노 스케일-마이크로 스케일-매크로 스케일로 이어지는 멀티스케일 해석이 요구된다. 멀티스케일 시뮬레이션을 활용하여 재료의 나노 스케일에 대한 국소적인 해석은 물론 이를 바탕으로 우리가 살고 있는 매크로 스케일로 확장하여 재료·구조물의 거동을 예측할 수 있다.