무인항공기를 이용한 가설구조물의 수직보호망 내부 관측 영상처리 기술 개발

강민국 충북대학교 2022 국내석사

건설현장에서 사용하고 있는 가설구조물은 건설시공 기준에 맞추어 설치되어야 하지만 임시적으로 설치하고 시공 후에 제거하는 가설공사라는 이유로 안전성 확보를 위한 노력이 미흡한 부분이 있다. 특히 가설구조물 설치 후에 근로자 안전성 확보와 비산먼지 방지를 위해 설치하는 수직보호망의 가림 현상을 일으켜 내부 관측이 어려워지는 문제점을 나타내었다. 본 논문에서는 무인항공기를 활용하여 촬영한 영상에서 수직보호망 제어를 위한 영상처리 기법 및 3D 모델링을 적용하여 수직보호망이 설치된 가설구조물의 내부를 관측하는 기술을 제안하였다. 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 수직보호망이 설치된 가설구조물에 영상처리기법인 히스토그램 균등화 기법과 그레이 스케일 스트레칭 기법을 사용하였을 때, 수직보호망이 설치된 가설구조물의 내부가 관측 가능한 것으로 나타났다. 둘째, 가설구조물의 구조적 변형 검토 방안으로 평균 길이 차이 0.025 m, 평균 기울기 차이 5.18°의 오차범위 내에서 무인항공기를 활용한 3D 모델링이 활용 가능한 것으로 판단된다. 셋째, 무인항공기를 활용한 3D 모델링에 개발한 기술을 적용하였을 때 영상의 해상도가 향상되어 보다 정밀한 측정이 가능한 것으로 나타났다. 마지막으로 건설현장의 갱폼을 대상으로 8가지 효과 판단기준을 제시하고 기술 적용 전·후 결과물을 비교 평가한 결과, 판단기준 8가지 모두에서 수직보호망 내부 관측이 가능하도록 해상도가 향상된 결과를 보여 본 개발기법의 효과에 대한 유의미한 결과를 확인했다. Temporary structures used in construction sites should be installed in accordance with the construction standards, but there is a lack of efforts to secure safety because they are temporarily installed and removed after construction. In particular, after the installation of the temporary structure, the vertical protective nets installed to ensure worker safety and to prevent scattering dust caused the obscuration of the inside, which made it difficult to observe the inside. Therefore, in this paper, it is proposed that a technique for observing the inside of a temporary structure with a vertical protective nets installed by applying an image processing technique and 3D modeling for vertical protective nets control in images taken using an Unmanned aerial vehicle. The results are as follows. First, when the porposed technique, such as histogram equalization technique and gray scale stretching technique, were used on a temporary structure with a vertical protective nets, the inside of the temporary structure with a vertical protective nets was found to be observable. Second, it is decided that 3D modeling using an unmanned aerial vehicle can be utilized within the error range of 0.025 m in average length difference and 5.18° difference in average inclination as a method for measuring structural deformation of temporary structures. Third, when the developed technology was applied to 3D modeling using an unmanned aerial vehicle, it was found that the resolution of the image was improved and more precise measurement was possible. Finally, eight evaluation criteria were presented for the gang form at the construction site, and as a result of comparative evaluation of the results before and after applying the technology, the resolution was improved to enable observation inside the vertical protective nets in all eight criteria. Meaningful results were verified on the effectiveness of the technique.

현장 설치 파이프서포트와 시스템동바리 수직재의 설치 기울기 분석

박덕환 충북대학교 2022 국내석사

동바리의 구조적 안정성에 영향을 미치는 요인 중 수직재의 설치 기울기 발생은 수직재의 좌굴 강도를 감소시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 실제 현장에서 완벽하게 수직으로 동바리를 시공하는 것은 어려운 현실이다. 현장에 설치된 동바리는 각 수직재마다 각기 다른 기울기를 가지고 있으며, 기울기와 같은 초기 기하학적 결함은 동바리 구조물의 강도에 영향을 미친다. 수직재의 기울기와 같은 초기 기하학적 결함 등을 반영하기 위해 가설구조물의 구조안전성 검토 시 최소 수평하중을 고려하도록 하고 있으나, 국내의 동바리 수직재의 기울기 실태를 반영할 수 있는 합리적인 수평하중 기준의 도출과 기하학적 모델링 구성 시 설치 기울기에 대한 참고할 근거자료가 없는 실정이다. 본 연구에서는 거푸집 동바리의 합리적인 거동 예측을 위해 필요한 조건 중 하나인 수직재의 기울기를 분석하는 것을 목적으로 한다. 국내 현장에 설치된 파이프서포트와 시스템동바리 수직재의 기울기를 측정한 후 측정결과를 확률분포로 분석하였으며, 다양한 조건에서의 집단 간 유의성을 확인하기 위하여 t-test와 분산분석(ANOVA)을 실시하였다. 파이프서포트가 설치되어 있는 현장은 지지구조체에 따라서 설치 기울기의 크기가 영향을 받는 것으로 분석되었다. 설계 층고를 대상으로 분석하면, 높이에 따른 기울기는 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었으나, 지지 구조체의 경우 경사부의 기울기 변위가 다른 지지구조체에 비하여 높은 설치 기울기를 나타내었다. 그러므로 파이프서포트 기울기 관리계획 수립 시 경사부에 설치되는 파이프서포트의 설치 기울기 관리가 우선적으로 필요한 것으로 판단된다. 파이프서포트의 설치 기울기에 대한 확률 분포를 분석한 결과, 파이프서포트 전체 결과와 슬라브지지 파이프서포트, 설계 층고 3,500 mm에 설치된 파이프서포트는 로그정규분포를 따르지 않았다. 보와 경사부에 설치된 파이프서포트, 설계 층고 4,200 mm에 설치된 파이프서포트는 로그정규분포를 따르는 것으로 분석되었다. 현장에 설치된 파이프서포트와 시스템동바리 수직재의 기울기를 비교한 결과 평균 기울기는 파이프서포트 0.81°, 시스템동바리 수직재 0.31°로 나타났으며, 표준편차는 각각 0.77°, 0.26°로 평가되었다. 따라서 시스템동바리 설치가 파이프서포트보다 설치 기울기가 적으므로 시공오차로 인한 추가적인 강도 감소가 작으므로 안전성 측면에서 유리하다고 판단된다. Among the factors affecting the structural stability of supports, it is known that the occurrence of the installation slope of the vertical member reduces the buckling strength of the vertical member. However, it is difficult to construct vertical members of supports perfectly vertically in the actual field. The vertical members installed in the field has a different slope for each vertical member, and initial geometric defects such as the slope affect the strength of support structure. In order to reflect initial geometric defects such as the slope of the vertical members, the minimum horizontal load should be considered when examining the structural safety of temporary structures. However, there is no evidence to refer to the installation slope when deriving a reasonable horizontal load standard that can reflect the slope of the vertical member of the support and constructing geometric modeling. The purpose of this study is to analyze the slope of the vertical member, which is one of the necessary conditions for rational prediction of the behavior of the supports. After measuring the slope of pipe support and vertical members of system supports installed in the construction site, the measurement results were analyzed as probability distribution, and t-test and ANOVA were conducted to confirm the significance between groups under various conditions. Results showed that the size of the installation slope was affected by the support structure in the case of the site where the pipe support was installed. When analyzing the design floor height, it was confirmed that the slope according to the height did not affect, but in the case of the support structure, the slope value of the slope part showed a higher installation slope than other support structures. Therefore, in case of establishing a pipe support slope management plan, it is thought that the installation slope management of the pipe support installed in the slope part is required first. The results of the probability distribution for the installation slope of the pipe support showed that the overall of the pipe support, the slab-supported pipe support, and the pipe support installed at a design floor height of 3,500 mm did not follow a lognormal distribution. However, it was analyzed that pipe support installed on the beam and slope and the pipe support installed on the design floor of 4,200 mm follow a log normal distribution. As a result of comparing the slopes of the pipe support and the vertical member of the system support, the average slope was 0.81° for the pipe support and 0.31° for the vertical member for the system support, and the standard deviations were evaluated as 0.77° and 0.26°, respectively. Therefore, it is decided that it is advantageous in terms of safety because the installation of the system support has a smaller installation slope than the pipe support, and the additional strength reduction due to construction errors is small.

건설업 종사자의 안전인식 향상 및 참여 확대를 위한 집단 간 영향요인 분석

안상평 충북대학교 2020 국내석사

건설업의 업무상 사고 사망자수는 전체 산업의 절반 수준으로 가장 많으며 국내 사망만인율을 싱가폴과 비교하면 5배 이상으로 매우 높은 통계치를 보이고 있다. 현재 국내 산업안전보건법 전면 개정 등을 통하여 2022년까지 건설현장 사망자를 50% 수준으로 감축을 목표로 삼고 있으며 목표를 달성하기 위해서는 건설업 종사자의 안전의식 개선과 적극적인 참여가 바탕이 되어야 한다. 불특정 다수가 한 공간에 모이는 건설업만의 특징에 따라 집단별로 분류하여 안전참여 방안을 제시하는 것은 열악한 작업환경과 근로시간, 근무강도 등으로 제한적인 현실이다. 본 연구에서는 사망사고 절감을 위한 산업안전 정책의 변화 단계에서 건설업 종사자를 대상으로 집단 간 안전활동 차이 및 인식을 분산 분석을 실시하고 안전활동 요인들의 집단 간 회귀분석을 통해 효과적인 안전관리 인식 향상과 안전활동 참여 확대 방향을 제시하고자 하였다. 연구의 유효성과 신뢰성 검증이 된 북유럽 산업 안전분위기 설문지 NOSACQ-50와 미국 국립산업안전보건연구원(NIOSH)에서 연구한 Safety climate assessment tool을 활용하여 설문지를 재구성하였으며 건설업 종사자의 안전관리 인식과 안전활동 확대에 대한 2가지의 인적요소과 2가지의 관리적 요소으로 분류하였다. 설문조사를 분석한 결과 4가지 요소에 대한 가설은 모두 영향이 있는 것으로 나타나 안전의식과 수준을 높이기 위해서는 지속적인 활동이 필요한 것으로 확인하였고 또한, 집단 간에 영향력의 차이가 나타났다. 첫 번째 경영진의 안전소통은 위험요인을 활발히 발굴 및 보고하고 안전활동을 수행하여 보상된 포상에 대해서 동기부여를 얻는데 영향이 있었다. 두 번째 안전직원의 전문성은 기준과 수칙이 안전수행에 중요하다고 인식하고 구성원 간의 의사소통이 적절하다고 인식하는데 영향이 있었다. 세 번째 안전교육 만족도는 자율안전 실천과 안전에 대한 강조를 부정적으로 인식하지 않는지에 대해서 영향이 있었고 일용직 및 단순 작업 혹은 단발성 작업 등의 단기간 투입이 많은 작업과 같은 유사한 특성을 가진 공종에 대해서는 안전교육 이외에 다른 요소를 발굴하고 수준을 높여야 할 것으로 판단하였다. 네 번째 사고의 투명성은 작업 전 위험확인 활동의 효과와 안전 구성원에 대한 인식 향상에 대해 영향이 있었고, 특이사항으로는 각 변수에 대해 연령별 인식이 상반되는 경향을 보였다. The number of deaths from accidents in construction industry is the highest in half of entire industry, and the domestic death rate is more than 5 times that of Singapore, showing very high statistics. Currently, the government aims to reduce the number of fatalities at construction sites by 50% by 2022 through a complete revision of the Occupational Safety and Health Acts in Korea. To achieve this goal, it is necessary to improve safety awareness and active participation of construction workers. It is limited reality due to the poor working environment, working hours, and working intensity to classify the groups according to the characteristics of the construction industry, where a large number of unspecified people gather in same space. In this thesis, multivariate analysis of safety activity differences and perceptions among groups was conducted for construction workers at the stage of change in industrial safety policy to reduce fatalities. The purpose of this thesis was to present an effective safety management awareness and a direction to expand participation in safety activities through regression analysis among factors of safety activities. The questionnaire was reconstructed using the Nordic Industrial Safety Atmosphere Questionnaire NOSACQ-50, which was verified for its effectiveness and reliability, and Safety Climate Assessment Tool studied by the National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH). It was categorized into two human factors and two management factors for construction workers' awareness of safety management and expansion of safety activities. As a result of analyzing the survey, it was found that there were influences on the four factors, and it was confirmed that continuous activities were necessary to increase safety awareness and level. In addition, there was a difference in influence among groups. First, management's safety communication had an effect on obtaining motivation by actively discovering and reporting risk factors and carrying out safety activities. Second, the professionalism of the safety staff had an impact on the recognition that standards and rules were important for safety performance and that communication among members was appropriate. Third, satisfaction with safety education had an impact on whether autonomous safety practice and safety emphasis were not perceived negatively. It was judged that it would be necessary to discover and increase the level of other factors besides safety education for jobs with similar characteristics such as daily work, simple work, and single-shot work. Fourth, obviousness of accident had an effect on the effectiveness of risk identification activity before work and awareness of safety members, and as a special feature, age perception of each variable tended to conflict.

회전방향 및 체결상태에 따른 포켓형 비계 연결부의 회전강성 분석

정대현 충북대학교 2023 국내박사

가설 구조물의 정확한 거동을 예측하는 것은 구조적 안전성 확보에 필수적이다. 시스템 비계 및 시스템 동바리의 구조해석에서 연결부의 회전강성은 중요한 요소로 정확한 거동 예측을 위해서는 연결부의 회전강성을 고려할 필요가 있다. 본 논문에서는 실험을 통해 포켓 형태 연결부를 가지는 시스템 비계에서 발생할 수 있는 수평재의 회전강성을 분석하여 Bi‒linear 모델을 도출하였다. 포켓형 시스템 비계의 수직재와 수평재로 구성된 켄틸레버보 형태의 실험체 180개를 대상으로 실험을 수행하였다. 회전강성 분석을 위해 수직재와 수평재에 변위계(LVDT)를 설치하고, 수직재 포켓에 스트레인 게이지를 부착하였다. 연결부의 회전방향(하방회전, 상방회전, 측방회전)과 체결상태(타격상태, 접촉상태, 이격상태)를 반영하여, 수평재의 아래 방향으로 하중재하 실험을 통해 파괴형상과 모멘트‒회전 곡선을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다. 포켓형 연결부의 회전방향에 따른 파괴형상은 하방회전 실험체의 경우, 주된 변형은 강관에 비해 항복강도가 작은 핀과 포켓에서 발생하였다. 상방회전 실험체에서는 핀의 휨으로 인해 포켓의 상단 일부분에서 변형 또는 파괴가 발생하였고 수평재 강관의 끝이 맞닿은 수직재 강관의 부분에서 광범위한 함몰이 발생하였다. 측방회전 실험체에서는 핀의 비틀림 변형은 거의 없었으나 포켓의 회전방향으로 변형이 발생하였다. 포켓형 연결부의 체결상태에 따른 파괴형상은 하방회전 실험체의 경우 타격상태, 접촉상태의 모든 실험체는 유사한 파괴형상을 보였다. 주된 변형은 강관에 비해 항복강도가 작은 핀과 포켓에서 발생하였다. 반면 이격상태의 경우 포켓 절곡부의 상부에서 다른 연결 상태에 비해 균열이 많이 발생하였다. 상방회전 실험체의 경우 체결상태와 관계없이 핀과 목부분에 휨이 발생하였고, 수평재 강관의 끝이 맞닿은 수직재 강관의 부분에서 함몰이 발생하였다. 측방회전 실험체의 경우 모든 연결 상태에서 핀의 비틀림은 육안으로 확인하기 어려울 정도로 발생하였다. 포켓형 연결부는 상방회전과 측방회전 시 체결상태에 따른 연결부의 초기 회전강성 및 최대 모멘트의 차이는 적으나, 하방회전 시 핀이 포켓과 이격되어 있는 경우 초기 회전강성 및 최대 모멘트가 정상적으로 체결되어 있는 경우에 비해 각각 약 23% 및 54% 수준으로 감소하였다. 포켓형 연결부의 회전방향에 대한 회전강성을 초기 회전강성(K1)과 후기 회전강성(K2)으로 구분하여 분석하였다. 하방회전의 강성을 기준으로 할 때, 상방회전의 초기 회전강성은 1.66배, 후기 회전강성은 1.70배 수준으로 평가되었다. 측방회전의 초기 회전강성은 0.11배, 후기 회전강성은 0.4배 수준으로 분석되었다. Eurocode 3의 접합부 분류방식에서 모멘트‒회전 곡선으로부터 하방회전 또는 상방회전하는 경우 반강 접합부(Semi‒rigid connections)에 해당되며, 측방회전의 경우 구조해석 시 공칭 핀 접합부(Nominally pinned connections)로 간주할 수 있는 것으로 확인하였다. 따라서, 회전방향(하방회전, 상방회전, 측방회전)에 따라 초기 회전강성과 후기 회전강성이 다른 Bi‒linear 회전강성 모델을 제안한다. 포켓형 시스템 비계 시공 전, 실험을 통해 도출한 Bi‒linear 회전강성 모델을 활용하여 구조 안전성을 검토함으로써 구조적 안전성을 재고할 수 있을 것이라 판단된다. The accurate prediction of the behavior of temporary structures is essential for ensuring structural safety. In the structural analysis of system scaffolding and system supports, the rotational stiffness of the connections is a key element. To accurately predict behavior, it is necessary to consider the rotational stiffness of the connections. In this study, a Bi‒linear model was derived by analyzing the rotational stiffness of horizontal members that can occur in system scaffolding with pocket type connections through experimentation. Experiments were conducted on 180 specimens of cantilever form, composed of vertical and horizontal members of the pocket type system scaffolding. To analyze rotational stiffness, displacement gauges(LVDT) were installed on the vertical and horizontal members, and strain gauges were attached to the vertical member pocket. Reflecting the rotation direction(Downward, Upward, Lateral) and fastening status(Hit, Contact, Separation) of the connections, a destructive shape and moment‒rotation curve were analyzed through a load‒drop experiment in the downward direction of the horizontal member, leading to the following conclusions. The destructive shape according to the rotation direction of the pocket type connection showed that the main deformations in the case of downward rotation specimens occurred in pins and pockets with smaller yield strength than steel pipes. In the case of upward rotation specimens, deformation or destruction occurred at the top part of the pocket due to the bending of the pin, and extensive collapse occurred in the part of the vertical steel pipe where the end of the horizontal steel pipe was contacted. In the case of side rotation specimens, there was almost no torsional deformation of the pin, but deformation occurred in the direction of pocket rotation. The destructive shape according to the fastening status of the pocket type connection showed that all specimens in the hammered and contacted status for the case of downward rotation showed similar destructive shapes. The main deformation occurred in the pins and pockets, which have a smaller yield strength than steel pipes. On the other hand, in the case of the detached status, more cracks occurred in the upper part of the pocket bend than in other connection states. In the case of upward rotation specimens, bending occurred in the pin and neck regardless of the fastening status, and collapse occurred in the part of the vertical steel pipe where the end of the horizontal steel pipe was contacted. In the case of side rotation specimens, pin torsion occurred to an extent difficult to see with the naked eye in all connection states. The pocket type connection showed little difference in initial rotational stiffness and maximum moment according to the fastening status during upward and side rotations, but when the pin was detached from the pocket during downward rotation, the initial rotational stiffness and maximum moment decreased by approximately 23% and 54% respectively compared to when properly fastened. The rotational stiffness in relation to the rotation direction of the pocket type connection was differentiated into initial rotational stiffness(K1) and later rotational stiffness(K2). When basing on the stiffness of downward rotation, the initial rotational stiffness of upward rotation was assessed to be 1.66 times, and the later rotational stiffness was 1.70 times. The initial rotational stiffness of side rotation was analyzed to be 0.11 times, and the later rotational stiffness was 0.4 times. From the moment‒rotation curve in the joint classification method of Eurocode 3, it was confirmed that the semi‒rigid connections apply to downward or upward rotations, and the nominally pinned connections can be assumed for side rotations. Thus, a Bi‒linear rotational stiffness model, in which the initial rotational stiffness and later rotational stiffness differ according to the rotation direction(Downward, Upward, Lateral) is proposed. It is expected that structural safety can be reconsidered by reviewing the structural safety using the Bi‒linear rotational stiffness model derived through experiments before the construction of the pocket type system scaffolding.

무인항공기와 3D 모델링을 이용한 가설구조물의 기울기 측정에 관한 연구

곽상훈 충북대학교 2023 국내석사

본 연구의 목적은 무인항공기로 촬영한 2D 이미지를 Pix4D Mapper 프로그램을 활용하여 가설구조물 수직재의 기울기를 측정하는 것이다. 실험을 진행할 시험부지 선정 등 사전에 수행사항을 계획하고, 시험부지에 설치할 실험체의 조립도를 작성하였다. 작성한 조립도에 따라 실험체를 설치하고 실험체를 중심으로 3개소 이상의 GCP지점을 선정한 후 선정된 지점에 대한 측점을 토탈스테이션을 활용하여 측정하였다. 설치된 실험체의 수직재 기울기를 디지털 경사계를 이용하여 실제 기울기 값을 확인하고 사전에 수립된 계획 및 절차에 따라 비행경로 등을 준수하여 무인항공기를 이용, 실험체를 촬영하였다. 촬영된 결과물인 2D 이미지를 3D 모델링 소프트웨어를 이용하여 실험체의 모델링을 수행하면 측정하고자 하는 포인트에 좌표계(x,y,z)를 확인할 수 있고, 앞서 수행된 디지털 경사계에 의해 측정된 실측값과 동일 측점에 대한 좌표값의 비교를 통해 각 측점에 대한 오차를 분석하였다. 오차 범위는 원형의 가설재 경우 2D 이미지 획득 단계에서 측정점의 설치와 3D 모델링 단계에서 포인트 클라우드의 고밀도 실행으로 0.5°까지 분석되었다. 일반건축물 벽체의 경우는 오차범위 0.1° 이내 기울기 측정까지 가능한 것으로 분석되었다. 본 연구로 가설구조물은 물론 일반 구조물의 시공 및 유지관리 상태를 확인하기 위한 수직도 점검에 있어 일상적인 육안점검 방식이 아닌 수치해석이 가능한 제안된 방법이 활용될 것으로 판단된다. The purpose of this study is to measure the inclination of the vertical member of a temporary structure using the Pix4D Mapper program for 2D images taken by an unmanned aerial vehicle. Plans were planned in advance, such as selection of a test site to conduct the experiment, and an assembly drawing of the specimen to be installed at the test site was prepared. After installing the test object according to the prepared assembly drawing, selecting three or more GCP points centered on the test object, and measuring the measurement points for the selected points using a total station. The actual inclination value of the vertical member of the installed specimen was confirmed using a digital inclinometer, and the specimen was photographed using an unmanned aerial vehicle in compliance with the flight path, etc. according to the previously established plan and procedure. If the model of the specimen is performed using the 3D modeling software for the 2D image, which is the result of the filming, the coordinate system (x, y, z) can be checked at the point to be measured, and the measured value is the same as the previously measured value by the digital inclinometer. The error for each measurement point was analyzed by comparing the coordinate values ​​of the measurement points. In the case of circular temporary materials, the error range was analyzed to be around 0.5° by installing measurement points in the 2D image acquisition stage and high-density execution of the point cloud in the 3D modeling stage. In the case of general building walls, it was analyzed that it was possible to measure the inclination within the error range of 0.1°. In this study, it is found that the proposed method, which enables numerical analysis, rather than the routine visual inspection method, will be used for checking the verticality to check the construction and maintenance status of temporary structures as well as general structures.

지하철 역사 화재에 따른 피난경로의 병목현상 완화 방안

이용록 충북대학교 2022 국내석사

Modern society is highly dependent on subways, a public transportation method using underground spaces, due to the concentration of population centered on the city center. A large number of subway stations are still being used for convenience of life, but safety problems are also being ignored. Currently, there are many Incidents in which the passengers cannot evacuate with in standard time in the event of a fire in the domestic subway station. In order to improve this, 50 scenarios were conducted according to the ignition point and the location of passengers within the subway station. In addition, the evacuation process of passengers was analyzed through an evacuation simulation and problems were identified. As a problem, bottleneck sections that occur during evacuation were identified, and measures were proposed to reduce evacuation time through the design of subway stations and adjustment of facilities. The control variables were identified as: the type of automatic opening notation, the width of the emergency stairs, and the number of emergency ladders. As a result of the analysis, substituting a single control variable has a slight or no effect of reducing evacuation time. In some scenarios, it was analyzed that the evacuation time tended to increase due to reasons such as the change of the evacuation route of passengers by a single control variable, resulting in a new bottleneck. Therefore, it was found that the rate of decrease in evacuation time was the largest and most stable when all adjustment variables were applied to the scenario. 현대사회는 도심위주의 인구 집중화 현상으로 지하 공간을 활용한 대중 교통수단인 지하철의 의존도가 높은 상태이다. 많은 수의 지하철 역사가 삶의 편의성을 위해 설립되고 있지만 안전측면에서의 문제점도 부각되고 있다. 국내 지하철 역사 내에서 화재가 발생할 경우, 승객들이 피난 기준시간 이내 피난하지 못하는 역사가 다수 존재한다. 이러한 부분을 개선하기 위해 본 연구에서는 발화지점과 지하철 역사 내에서 승객의 위치에 따라 50가지의 기본 시나리오를 선정하였다. 그리고 승객들의 피난 과정을 피난 시뮬레이션으로 분석하고 문제점을 파악하였다. 문제점으로는 피난 중 발생하는 병목현상을 식별하였고 지하철 역사의 설계 및 시설물의 조정으로 병목현상을 완화시켜 피난 소요시간이 감소하는 방안을 제시하였다. 병목현상 완화를 위한 조절변수는 자동개집표기의 형태, 비상계단의 너비, 비상사다리의 개수로 선정하였다. 조절변수를 대입한 시뮬레이션을 분석한 결과, 단일 조절변수를 대입하는 것은 피난시간 감소효과가 없거나 경미하였다. 일부 시나리오의 경우 단일 조절변수에 의해 승객들의 피난경로가 변경되어 새로운 병목현상이 발생하는 등의 이유로 인해 오히려 피난 소요시간이 증가하는 경향이 분석되었다. 따라서 시나리오에 모든 조절변수를 적용할 경우 피난시간의 감소율이 가장 크고 안정적이라는 사실을 알 수 있었다.

건축물 해체공사 시스템의 Safety Contorl Structure Model 개발

정현지 충북대학교 2023 국내석사

전국의 노후화 건축물 비율이 증가함에 따라 도심지 재개발 등을 원인으로 건축물 해체공사가 증가하고 있다. 최근 건설공사 중 부실시공 및 관리 감독 미흡으로 발생하는 구조물 붕괴사고가 증가함에 따라 해체공사 이해관계자별 안전의식의 중요성이 대두되었다. 따라서 본 연구에서는 건축물 해체공사 시스템과 관여된 이해관계자 사이의 안전 상호작용을 분석할 수 있는 Safety control structure 모델을 제안하였다. Safety control structure 모델 도출을 위해 시스템적 사고 분석 기법인 AcciMap과 STAMP CAST 분석을 실시하여 건축물 해체공사 시 발생할 수 있는 위험 요인들과 안전 제어사항을 분석하였다. 두 가지 분석 결과를 바탕으로 최종적으로 STAMP STPA 분석을 실시하여 건축물 해체공사 시스템의 표준 Safety control structure 모델을 개발하였다. 붕괴 사고는 단순히 기술적인 문제뿐만 아니라 해체공사 허가의 단계에서부터 많은 이해관계자가 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 특히 허가권자는 해체계획서 검토부터 해체공사 시행단계까지 해체공사 시스템에 전반적인 영향을 미치는 것으로 분석되어 허가권자의 역할이 매우 중요한 것으로 판단된다. 또한, 안전조치를 점검하고 시정 조치를 하는 등 해체공사 안전에 직접적으로 영향을 미치는 감리자의 역할 또한 중요한 것으로 분석되었다. 따라서 해체공사 붕괴 사고를 방지하기 위해서는 여러 이해관계자의 안전 제어사항이 적절히 이행되어야 한다고 판단되며 도출된 Safety control structure 모델을 통해 체계적인 사고 분석과 재발 방지 대책을 도출할 수 있을 것으로 예상된다. As the proportion of aging buildings across the country increases, the number of building demolition works is increasing due to the redevelopment of downtown areas. Recently, as the number of structural collapse accidents caused by poor construction and insufficient supervision during construction work has increased, the importance of safety awareness for each stakeholder in demolition construction has emerged. Therefore, in this study, a safety control structure model that can analyze the safety interaction between the building demolition system and the stakeholders involved was proposed. In order to derive the safety control structure model, AcciMap and STAMP CAST analysis, which are systematic accident analysis techniques, were performed to analyze risk factors and safety control items that may occur during building demolition work. Based on the two analysis results, a STAMP STPA analysis was finally performed to develop a standard safety control structure model. As a result of the study, it was analyzed that the collapse accident is not only a technical problem, but also affects many stakeholders from the stage of demolition construction permit. In particular, the role of the permitting agency is judged to be very important as it is analyzed that the permit holder has an overall effect on the demolition work system from the review of the demolition plan to the implementation stage of the demolition work. In addition, the role of the demolition supervisor who directly affects the safety of the demolition work, such as checking safety measures and taking corrective actions, was also analyzed to be important. Therefore, it is judged that safety control items of various stakeholders must be properly implemented in order to prevent collapse accidents in demolition work.

시스템비계 수직재의 탄성계수 확률특성 및 좌굴강도 평가

장남권 충북대학교 2020 국내석사

The design of temporary structures is based on the application of the working stress design method (WSD). The disadvantage of applying a uniform Factor of safety (FS) is that the safety of the designed hypothesis structure changes and may differ from design intent without considering the uncertainty and variability of each component of temporary structures. Due to the limitations of this WSD, the design of this structure introduces a reliability-based limit state design method (LSD) that can quantify and reflect uncertainties in various design elements in the design. Recent studies have also been made to introduce a probabilistic approach to limit-state design in the design of temporary structures. Information on probability variables for reliability analysis of temporary structures is insufficient. The reliability-based design of a temporary structure requires the identification of relevant variables and the definition of statistical characteristics that affect the strength of the components that make up the temporary structure. The buckling strength of the vertical members, which are a dominant role in determining the strength of the temporary structure, is affected by the elastic modulus. Uncertainty is also known to exist in the elastic modulus. For the accurate reliability analysis of structural safety system scaffolding, it is necessary to narrow the probabilistic characteristics of the elastic modulus to the material of the vertical material to obtain accurate probabilistic characteristic information. This study identified the probabilistic characteristics of elastomeric coefficient and yield strength through tensile test on system scaffolding vertical members with material STK490, and evaluated the uncertain characteristics of vertical member buckling strength through compression experiment. The results of the study are as follows. First, the probabilistic characteristic of the elastic modulus of STK490, is a regular distribution with an average of 201.6 GPa and a standard deviation of 10.6 GPa. The coefficient of lopsidedness for 205 GPa of steel specified in the road bridge design standard (Limited Condition Design method) is 0.98. Second, the yield strength probability characteristic of STK490, is a regular distribution with an average of 445.1 MPa and a standard deviation of 8.1 MPa. The coefficient of deflection for the 315 MPa yield strength of STK490 of steel specified in the road bridge design standard (Limited Condition Design Act) is 1.41. Finally, the buckling strength of the vertical members is a normal distribution with an average of 52.9 kN and a standard deviation of 9.2 kN for a 1.9 m length, and a normal distribution with an average of 115.7 kN and a standard deviation of 10.3 kN for a 0.95 m length. 현재 국내 가설구조물의 설계는 허용응력설계법의 적용을 원칙으로 하고 있다. 획일적인 안전율(Factor of safety)을 적용하는 허용응력설계법은 가설구조물을 구성하는 각각의 요소들의 불확실성과 변동성을 고려하지 못하여 설계된 가설구조물의 안전성이 변하고 설계 의도와 다를 수 있다는 단점이 있다. 이러한 허용응력설계법의 한계로 인해 본 구조물의 설계에는 여러 설계요소들의 불확실성을 수치적으로 정량화하여 설계에 반영할 수 있는 신뢰도 기반의 한계상태설계법이 도입되어 있다. 최근 가설구조물의 설계에도 한계상태설계의 확률론적 접근방법을 도입하려는 연구가 시도되고 있다. 가설구조물의 신뢰도해석을 위한 확률변수의 정보는 부족한 실정이다. 가설구조물의 신뢰성 기반 설계를 위해서는 가설구조물을 구성하는 부재의 강도에 영향을 미치는 관련 변수를 식별하고 통계적 특성을 정의할 필요가 있다. 가설구조물의 강도를 결정에 지배적인 역할을 하는 수직재의 좌굴강도는 탄성계수에 영향을 받는다. 탄성계수에도 불확실성이 존재하는 것으로 알려져 있다. 구조 안전시스템 비계의 정확한 신뢰성 해석을 위해서는 탄성계수의 확률특성을 수직재의 재료를 대상으로 범위를 좁혀 정확한 확률특성 정보를 확보할 필요가 있다. 본 연구는 재질이 STK490인 시스템비계 수직재를 대상으로 인장실험을 통해 탄성계수와 항복강도의 확률특성을 확인하고 압축실험을 통해 수직재 좌굴강도의 불확실한 특성을 평가하였다. 연구결과는 다음과 같다. 첫째, STK490의 탄성계수 확률특성은 201.6 GPa의 평균 및 10.6 GPa의 표준 편차를 갖는 정규분포이다. 도로교설계기준(한계상태설계법)에서 명시된 강재의 탄성계수 205 GPa에 대한 편중계수는 0.98이다. 둘째, STK490의 항복강도 확률특성은 445.1 MPa의 평균 및 8.1 MPa의 표준 편차를 갖는 정규분포이다. 도로교설계기준(한계상태설계법)에서 명시된 강재의 STK490의 항복강도 315 MPa에 대한 편중계수는 1.41이다. 셋째, 수직재의 좌굴강도는 1.9 m 길이의 경우 52.9 kN의 평균 및 9.2 kN의 표준편차의 정규분포이며, 0.95 m 길이의 경우 115.7 kN의 평균 및 10.3 kN의 표준편차의 정규분포를 따르는 것으로 나타났다.

강관비계 작업발판 걸이용 장선의 설치 위치에 따른 비계의 안전성 분석

김성주 충북대학교 2019 국내석사

강관비계의 벽이음 설치 유무, 작업발판 걸이용 장선 위치 및 이격 방향의 조합, 작업하중 및 하중위치 변화, 비계의 평면상 길이를 변화시켜 매개 변수로 하여 구조해석을 하였다. 벽이음 고정을 하지 않았을 때 축 응력도, 전단 응력도, 휨 응력도, 조합 응력도를 검토하였다. 강관비계의 비계 안전설계 지침을 적용한 Case에 벽이음 설치 유무에 따른, 조합응력비를 비교한 결과 벽이음을 설치 하지 않은 Case의 경우 조합응력비 기준이 1.0을 넘어서는 것으로 볼 때, 강관비계의 벽이음 설치 규정을 준수하여 설치하는 것으로 판단된다. 강관비계의 비계 안전설계 지침을 적용한 Case와 비계기둥 내ㆍ외측을 고정하는 장선을 설치하지 않고 작업발판 걸이용 장선만 적용한 Case를 비교한 결과, 비계 안전설계 지침을 적용한 Case의 경우 조합응력비가 1.0을 초과하지 않으므로 구조 안전성이 문제가 없다는 것을 분석하였으며, SFL-AR-6.0- 6.0(6.0 m ⨉ 6.0 m)의 경우 비계 안전설계 지침을 적용한 Case의 분석결과와 마찬가지로 구조적으로 문제가 없는 것으로 나타났다. Case의 규모가 증가하면 작업발판 걸이용 장선이 비계기둥과 이격되는 거리가 증가함에 따라 구조물의 구조적 안전성에 문제가 발생하는 것으로 판단된다. Structural analysis was performed with parameters such as the presence of wall connect on the steel pipe scaffold, the combination of the location of the bearer for the walk plate hook and its distance directions, changing the working load and load position, and changing the length on the plane on the scaffold. Axial stress diagram, shear stress diagram, flexural stress diagram, and combination stress diagram were considered when wall connects were not fixed. Comparing the combined stress ratio by the presence of wall connects to the cases that apply the scaffolding safety design guidelines, the combined stress criteria are seen to exceed 1.0 for cases that do not have wall connects. It is deemed to be installed in compliance with the wall connect installation regulations of the steel tube scaffold. By comparing the case which Scaffolding Safety Design Guidelines for steel pipe scaffold were applied and the the case of not applying a tension line that secures the inside and outside of the scaffolding and using a walk plate hook's bearer, the scaffolding safety design guideline was applied, the former one's combined stress ratio was not more than 1.0 and the structural safety was not affected, and for SFL-AR-6.0-6.0 (6.0 m ⨉ 6.0 m), the analysis of the application of the scaffolding safety design guidance showed that there were no structural problems. As the size of the case increases

수평하중 고려를 통한 시스템 동바리 구조 안전성 분석

정대현 忠北大學校 2015 국내석사

For the design of system supports, applied loads are determined by specifications of ‘Standard Specification in Temporary Construction’ and ‘Guide to Installation of Shores for a Concrete Bridge’. The applied loads are comprised of vertical load (fixed load including self weight, form load and live load at forming), horizontal load, and wind load. In most sites, due to the lack of the awareness for the temporary structure which has short setting period from set up to removal, only the vertical load which is relatively easy to calculate, has been considered for the estimation of the factor of safety. Therefore, in this thesis, 2-dimensional analysis is performed for the form-shore system with various specifications by applying the fixed load and the minimum horizontal load. With the compressive force and bending moment value obtained from the analysis, the maximum combined stress ratio is estimated to examm the safety of system supports. Structural analysis is conducted with parameters of system supports including the spacing of vertical member, the installation height, and the thickness of slab. The stress under both compressive force and bending moment is estimated by modifying the spacing of the vertical members to 0.9 m, 1.2 m, 1.5 m and 1.8 m. The result shows similar axial stress but difference of bending stress increases with the consideration of the horizontal load, and combined stress ratio increase over 1.6 times. Analysis results with modifying installation height to 6 m, 8 m, 10 m and 12 m show that the bending stress increases as height increases and combined stress ratio increases from 1.529 to 2.295. Results for the various thickness of slab to 0.3 m, 0.5 m, 0.7 m and 0.9 m show that the bending stress increases as the thickness of slab increases, and the combined stress ration increased from 1.530 to 2.295. Structural analysis for the system support show that, for all the cases, the combined stress ratio increases significantly when the horizontal stress in considered. Most of structures considered to be safety with considering vertical load become unsafety when the both the vertical load and the horizontal load are considered. Therefore, the horizontal load suggested in the specifications of ‘Standard Specification in Temporary Construction’ and ‘Guide to Installation of Shores for a Concrete Bridge’ Should be considered in the design of system supports. 시스템 동바리 설계 시에는 ‘가설공사표준시방서’와 ‘콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침’의 규정에 따라 적용 하중을 고려하도록 하고 있다. 적용 하중은 수직하중(자중 등 고정하중, 거푸집 하중, 타설 활하중), 수평하중, 풍하중이 있다. 대부분의 현장에서는 설치 후 철거까지의 존치기간이 짧은 가설구조물에 대한 인식 부족으로 설계 시 계산이 간단한 수직하중만을 고려하여 안전성을 검토하고 있는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 건설현장에서 적용되는 다양한 제원의 시스템 동바리를 대상으로 고정하중과 최소 수평하중을 적용하여 2차원 해석을 수행하였다. 해석을 통해 산출된 압축력과 휨모멘트 값으로 최대 조합 응력비를 산정하여 구조 안전성을 분석하였다. 시스템 동바리의 수직재 간격, 설치 높이, 슬래브 두께 변화를 매개 변수로 하여 구조해석을 하였다. 수직재 간격을 0.9 m, 1.2 m, 1.5 m, 1.8m로 변화시켜 압축력과 휨모멘트를 받는 응력을 검토하였다. 그 결과 축 응력은 유사하나 수평하중을 고려함에 따라 휨 응력 차이는 크게 나타났으며 조합 응력비는 1.6배 이상 증가되었다. 설치 높이를 6 m, 8 m, 10 m, 12 m로 변화시켜 안전성을 분석한 결과 높이가 높아질수록 휨 응력이 커졌으며 조합 응력비는 최소 1.529에서 최대 2.295로 증가하였다. 슬래브 두께를 0.3 m, 0.5 m, 0.7 m, 0.9 m로 변화시켜 안전성을 분석한 결과 슬래브 두께가 두꺼워질수록 휨 응력이 커졌으며 조합 응력비는 최소 1.530에서 최대 2.295로 증가하였다. 대상 시스템 동바리의 구조 안전성 검토 결과, 모든 케이스에서 수평하중을 고려한 시스템 동바리의 조합 응력비가 현저하게 증가되었다. 수직하중만을 고려하여 구조 안전성을 확보한 케이스의 대부분이 수직하중과 수평하중을 고려한 경우에는 구조 안전성을 확보하지 못했다. 따라서 시스템 동바리의 안전성 평가 시 ‘가설공사표준시방서’와 ‘콘크리트 교량 가설용 동바리 설치지침’의 규정에서 제시된 수평하중을 반드시 고려하여야 한다.