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.

Construction of surface nanostructures and nanonetworks based on assembly of colloidal particles

박승철 서울대학교 대학원 2013 국내박사

최근, 표면나노구조물과 나노네트워크는 광학, 전자기학, 플라즈모닉스 및 포토닉스 등 다양한 분야의 핵심 요소로서 매우 많은 관심을 받고 있다. 표면 금속 나노 구조물은 다양한 비선형 광학, 예를 들어, 메타물질형성을 통한 광학 클로킹과 전자의 집단적 거동인 플라즈모닉 현상을 이용한 플라즈모닉 센서, 밴드 갭 조정을 이용한 광의 특이적 투과성 등을 유도할 수 있으므로 이러한 금속 나노 구조의 건설은 다양한 응용의 기본이 되는 핵심요인이 될 것이다. 또한 표면 금속 나노네트워크는 단순한 전극으로의 응용뿐만 아니라 유기발광다이오드 또는 유기태양전지 등의 전기-광학적 소자의 기능적인 요소로 응용될 수 있다. 따라서 이러한 다양한 분야의 적용가능하기 위해서는 다양한 크기와 모양 그리고 주기를 가지는 표면 나노구조물과 나노네트워크 형성기술에 대한 연구가 확립되어야 한다. 본 논문에서는 자기 조립된 콜로이드 입자를 기반으로 한 다양한 구조적 조건, 예를 들어 크기, 모양, 주기 등을 가지는 표면 나노구조물 및 나노네트워크 형성 방법을 제안하고 이러한 구조물을 이용한 다양한 응용을 논의하였다. 특히 콜로이드 입자와 기능성 물질 사이의 상호작용에 대한 물리적 메커니즘에 대하여 논의하였다. 이를 위하여 우선 표면나노구조물과 나노네트워크를 형성하는 다양한 기술에 대한 소개를 하고 상향식 방식인 자기조립 콜로이드 입자 기반의 형성기술에 대하여 논의하였다. 특히 형성하는 구조물의 구조적인 조건에 따른 형성기술의 방식에 관하여 논의하였다. 우선, 자기 조립된 콜로이드 입자를 하나의 형판으로 이용하여 다른 기능성 물질로 이루어진 표면나노구조물 및 나노네트워크 형성방식을 제안하였다. 액체-다리현상으로 알려진 방식을 이용하여 기능성 물질이 콜로이드 입자들 사이사이에 자발적으로 형성되었다. 이러한 액체-다리현상을 이용할 경우, 기능성 물질의 특성과 형판으로 이용되는 자기 조립된 콜로이드 구조의 크기 등이 상호 고려되어야 한다. 또한 이러한 기능성 물질의 자발적인 분포는 금속입자를 이용할 경우 나노그물모양의 구조물을 형성할 뿐아니라 다양한 폴리머를 이용할 경우 희생층으로 작용하여 리프트오프 공정에 적용되어 증착을 이용한 이차적인 금속물질의 나노닷 패턴에 이용된다. 한편, 이러한 기능성 물질을 금속전극 위에 형성할 경우 자발적으로 구조물이 형성된 기능성 물질이 식각 공정에 대한 희생층으로 작용하여 위치에 따른 차별적인 식각 공정이 가능하게 된다. 이러한 차별적인 식각 공정은 그 공정시간을 조절하여 다양한 크기를 가지는 구멍을 제작할 수 있다. 이러한 크기조절 가능한 금속 나노네트워크 전극의 경우 다양한 전기광학적 소자의 핵심부품으로 사용될 수 있다. 그리고 금속과 자기조립된 콜로이드 입자를 이용한 다양한 표면구조물 형성 방식에 대하여 연구하였다. 금속과 유전체는 다양한 광학적 특성을 가지므로 이러한 금속과 유전체가 함께있는 구조물을 형성하는 연구는 필수적이다. 자기조립된 콜로이드 입자에 금속층을 증착한후 콜로이드 입자를 제거하면 표면금속나노구조물을 형성할 수 있다. 자기 조립된 콜로이드 입자들은 밀집 단일 층을 형성하므로 이러한 밀집 단일 층의 경우 입자와 입자 사이의 공간은 기판이 노출된다. 따라서 이러한 노출된 기판은 금속을 증착하고 콜로이드 입자를 제거할 경우 금속나노구조물이 형성이 된다. 나노구형 식각 방식으로 알려진 이 방식은 입자의 크기를 변경할 경우 다양한 크기와 주기를 가지는 삼각형 모양의 표면 금속나노구조물을 형성할 수 있다. 이러한 표면금속나노구조물의 경우 플라즈모닉스나 포토닉스등의 핵심소자로 이용될 수 있다. 또한 자기조립된 콜로이드 입자에 금속을 증착하면 구면을 가지는 콜로이드의 입자의 특성상 입자를 통과한 빛은 수렴현상을 보이게 된다. 이러한 수렴현상은 광을 집속시키는 결과를 야기하므로 이러한 광의 집속은 광경화성 물질을 매우 작은 크기로 경화 시킬수 있다. 이러한 집속은 콜로이드 입자 윗부분에 증착된 금속 층을 통하여 조절할 수 있다. 이러한 광경화성 물질의 작은 크기로 경화시킨 기판을 이용하여 식각 공정 및 리프트오프 공정을 통하여 상호 반대되는 패턴을 가지는 기판을 제작할 수 있다. 또한 표면나노구조물 형성의 관점에서, 콜로이드 입자 그자체를 하나의 구조물로 적용하여 제작하였다. 열처리에 따른 콜로이드 입자의 구조적인 변화를 이용하여 열처리 정도를 조절하여 다양한 크기의 표면나노구조물을 제작하였다. 이러한 크기조절이 가능한 표면구조물을 나노물질과의 상호작용에 관한 연구를 위하여 적용하였다. 표면나노구조물은 나노물질, 즉 액정의 위치적인 거동을 변화시켜 다양한 광학적인 특성을 유도하였다. 결론적으로 본 논문에서는 다양한 크기와 모양 그리고 주기를 가지는 표면나노구조물 및 나노네트워크 형성 방식을 구현하였다. 이러한 다양한 구조적 조건을 가지는 표면나노구조물 및 나노네트워크 형성기술 및 그 배경원리는 다양한 전기광학적 소자 연구에 기반을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. Recently, surface nanostructures and nanonetworks have extremely much attention for core element in diverse fields such as optics, electronics, plasmonic, and photonics. Since the surface nanostructures can generate the non-linear optics, for example, meta-materials for optical cloaking and collective oscillation of electrons for plasmonic detection, and band-gap tuning such as extraordinary transmission of light, the construction of surface nanostructures might be the key factor for various applications. In addition, surface metal nanonetworks can be applied not only the electrode in electronic devices but also the functional element in opto-electronic devices which are the organic light emitting diode and organic photo-voltaic. Therefore, for application of various fields, construction of surface nanostructures and nanonetworks with various sizes, shape, and periodicity for special functionality should be established. In this thesis, new platform for construction of surface nanostructures and nanonetworks with metal or nonmetal materials based on self-assembled colloidal particle are presented for the various sizes, shapes, and periodicities of surface metal or nonmetal nanostructures and nanonetworks. First, the general overview of the construction methods for surface nanostructures and nanonetworks and the construction methods based on the colloidal particle assembly as bottom-up approach are introduced. Especially, the convective method for self-assembled colloidal particle platform is presented. In addition, it is presented that the underlying physical mechanism comes from the interface between the colloidal particles on substrate. In the viewpoint of the surface nanostructure formation, combination of the self-assembled colloidal particles and functional fluids for the formation of surface nanostructures and nanonetworks is demonstrated. The interaction between the functional fluids and self-assembled colloidal particle is known as liquid bridging phenomenon. The liquid bridging phenomenon can help to make surface nanonetwork of functional fluid by spontaneous distribution between the colloidal particles. The surface nanonetworks by functional fluids can be applied not only as the nanomesh structure by Ag ink but also sacrificial layer for surface nanodots formation. By the basic principle of liquid bridging phenomenon, the relationship between the size of colloidal particle and the thickness of functional fluid should be considered for surface nanodots and nanomesh formation. In addition, size scalable conducting nanonetwork electrode can be formed by using the functional fluid formation on Au electrode. The formation of functional fluid on Au electrode can be the sacrificial layer against the etching process that the selective etching process can induce the Au electrode. The selective etching process on Au electrode can make the various sizes of pores with nano-range periodicity by control the etching time. This size scalable conducting nanonetwork electrode might be the key element in opto-electronic devices. Next, combination of the self-assembled colloidal particles and metal layer for the formation of surface nanostructures and nanonetworks is demonstrated. Using the self-assembled colloidal particles as the sacrificial layer in lift-off process after metal deposition, the surface metal nanostructures can be generated. The self-assembled colloidal particles on substrate are arranged as a close-packed monolayer formation which has the void space between the neighboring colloidal particles. When the metal layer is deposited on the substrate, the metal nanostructures which are positioned between the colloidal particles are remained on substrate after the detachment of colloidal particle. This method which is known as nanosphere lithography can provide triangular shaped surface metal nanostructure with various size and periodicity by altering the size of colloidal particle. Such the surface metal nanostructures are employed key element of various applications including plasmonics and photonics. In addition, self-assembled colloidal particle can be the platform of not physically formation of functional fluid but also the optically modulation of light pathway when the metal layer are deposited on the self-assembled colloidal particles. Due to the spherical shape of colloidal particles, the pathway of light which pass through the colloidal particle can be modulated. The modulation of light pathway can focus the light in small area that such focusing of light can generate the small feature size of photoresistor. It is also can control the amount of focusing ratio by altering the thickness of metal layer which can block the penetration of light. Using this focusing effect of colloidal particles, patterned photoresistor on substrate can be achieved that the reversal patterns which are surface structure and patterned electrode can be formed by lift-off process and etching process, respectively. Moreover, it is presented that the surface nanostructure is formed by the colloidal particle itself. Using the structural deformation by the thermal treatment, the colloidal particles arranged on substrate can be applied as the surface nanostructure for nanotopography. Such the surface nanotopography can be the platform interaction between the surface nanostructure and nanomaterials such as liquid crystals (LCs) or biomaterials. The interaction between the surface nanostructures and LCs can change the distribution of nanomaterials on substrate that the variation of optical characteristic of device can be achieved. In conclusion, though this thesis, it is presented that the various construction methods of surface nanostructures and nanonetworks based on the self-assembled colloidal particles and its applications. Various construction methods of various size, shape, and periodicity of surface nanostructures and nanonetoworks, introduced here, are expected to provide a basis for realizing many applications in various fields. Moreover, the basic principle and construction technique for construction of surface nanostructures and nanonetworks will provide a platform for the optoelectronic devices.

지하철 박스 구조물의 변위거동에 따른 손상영향 평가

양규남 동양대학교 2022 국내박사

This study analyzed the correlation between the displacement behavior and damage of subway box structures, and suggested an analysis technique that can predict the location and scale of dam— age by comparing the results of visual inspection and field meas— urements with numerical analysis results. In this study, the displacement function was derived based on the level measurement results and the subgrade modulus and the sectional force were calculated for each location through the con— tinuous elastic beam analysis applying the subgrade modulus as a boundary condition. The numerical analysis performed in this study compared the stress calculated by applying the displacement function for each position of the subway box structure according to the continuous elastic beam theory and the location and size of the damage of the subway box structure derived from the visual inspection results, and the damage status and analysis results were estimated to be in relatively good agreement. In addition, the 3D analysis results (the location and scale of damage to the subway box structures) were compared with the visual inspection results to prove the adequacy of the analysis results. Using the damage effect analysis technique presented in this study, the external boundary conditions that cause major deforma— tion of the subway box structure were calculated and the members and locations where damage could occur were analyzed as predictable. Therefore, it was analyzed that repair and reinforcement at the correct location would be possible by predicting the location and scale of damage to the subway box structure using the evaluation method proposed in this study. 본 연구는 지하철 박스 구조물의 변위거동과 손상의 상관관계를 분석한 연구로서 외관조사, 현장측정경과와 수치해석결과를 비교하여 구조물의 손상위치 및 규모를 에측할 수 있는 분석기법을 제안하였다. 본 연구에서는 수준측량결과를 바탕으로 변위함수를 도출하고 지반탄성계수를 경계조건으로 적용한 연속탄성기초보 해석을 통해 위치별 지반탄성계수 및 단면력을 산출하였다. 본 연구에서 수행한 수치해석은 연속탄성기초 보이론에 의한 지하철 박스 구조물의 손상 위치, 규모 등과 비교한 결과 손상현황과 해석결과가 비교적 잘 일치하는 것으로 분석되었다. 또한 지하철 박스 구조물을 모델링한 3차원 해석결과(지하철 박스 구조물의 손상 위치 및 규모)를 현장측량 및 조사경과와 비교하여 해석결과에 대한 적정성을 입증하였다. 본 연구에서 제시한 손상영향 분석기법을 이용하여 지하철 박스 구조물의 주요 변형을 유발하는 외부 경계조건을 산출하고 손상이 발생 될 수 있는 부재 및 위치를 예측 가능한 것으로 분석되었다. 따서 본 연구에서 제안한 평가기법을 통해 지하철 박스 구조물에 발생 또는 발생가능한 손상의 위치와 규모 등을 예측하고 정확한 위치에 보수  보강함으로써 지하철 박스 구조물의 변위거동 특성이 반영된 합리적인 손상평가 및 유지관리가 가능할 것으로 판단된다.

수조구조물의 방수.방식을 위한 바탕처리재의 성능평가에 관한 연구

박성진 서울산업대학교 2002 국내석사

최근 建築 構造物에서의 汚·廢水施設 및 飮用水 貯藏施設 등의 수조용 콘크리트에 대한 防水·防蝕 공사의 중요성이 대두되고 있다. 지금까지 水槽 構造物에 대한 防水·防蝕 工事는 시멘트계 혹은 에폭시계 모르터 防水材를 사용하여 왔다. 그러나 이들 재료가 바탕 콘크리트로부터의 脫落 문제가 제기되면서 水槽 構造物에 대한 防水·防蝕 設計 및 施工 技術의 개선이 요구되고 있다. 이러한 水槽 構造物에 적용되어 온 기존의 防水·防蝕 工事의 일반적인 문제점으로는 콘크리트 바탕처리의 불량으로 인한 附着 問題, 콘크리트의 收縮·膨脹 擧動에 대한 防水層 破斷, 각종 약품과 有機物이 다량 혼합된 腐蝕性이 강한 下水나 惡性廢水에 노출됨으로 인한 防水·防蝕層의 腐蝕 등을 열거할 수 있다. 지금까지 水槽 構造物에 적용되었던 防水·防蝕工法은 에폭시수지계 塗裝材가 주로 사용되고 있고, 이에 대한 1∼2mm 두께의 品質規格(KS F 4921, KS F 9001)이 제정되어 적용되고 있다. KS F 4921은 콘크리트용 에폭시수지계 防水·防蝕塗料의 일반적 品質基準을 규정하고 있으며, KS F 9001 은 KS F 4921에 대한 施工標準을 규정하고 있다. 그러나 上記의 규격 상에 명시된 규정만으로는 다양한 환경조건의 水槽 構造物에서의 완벽한 防水·防蝕 기술의 적용 및 관리가 어려운 것이 사실이다. 그리고 종래 施工되어온 시멘트 계열의 液體防水, 液體 浸透性 防水, 모체 浸透性 防水와 유기용제계의 도막방수 등은 施工시에 완벽한 바탕처리가 결여되어 瑕疵發生의 원인을 제거하는데 미흡하며 시멘트 계열의 몰탈 防水劑類에는 防水 완성물의 자체 龜裂 과 콘크리트의 수축팽창에 따른 龜裂 防止裝置가 원천적으로 결여되어 있다. 즉 바탕콘크리트의 擧動力에 의한 防水·防蝕層의 破斷에 대한 염려는 여전히 남아있다. 이에 本 硏究에서는 콘크리트 바탕과의 附着力을 향상시키고, 콘크리트의 擧動 및 龜裂發生에 의한 防水·防蝕層의 對應이 가능할 수 있도록 하며, 탑코트 층인 에폭시수지 防蝕層과의 附着을 강화시키는 복합형 防水·防蝕層을 構成하기 위하여 아크릴 수지, 유리섬유, 분말혼화재를 사용한 수지모르터계 바탕처리재(이하 바탕처리재라 함)에 대한 각종 성능평가의 결과에 의하여 수조구조물의 시공방법과 유지관리요령을 제시한다. 이를 바탕으로 本 硏究의 結果는 다음과 같다. 1) 바탕처리재의 防水메카니즘 - 有機와 無機를 素材로 한 수지모르터의 우수한 防水性能을 基盤으로 하여 강인한 引張力을 발휘하는 유리섬유보강직포를 一體化시킴으로써 외부적 衝擊이나 溫度變化에 따른 콘크리트의 微細龜裂 및 擧動에 대해 대응할 수 있음을 확인할 수 있다. 2) 바탕처리재의 防水性能 - 바탕처리재와 他防水材(일반 액체방수모르터, 일반 수지모르터, 일반 시멘트모르터)를 비교하여 試驗한 결과, 바탕처리재의 吸水 및 透水抵抗性이 他防水材에 비해 약 2.2∼4배정도 높은 것으로 나타났다. 이는 防水 및 防蝕 목적으로서의 기본적인 안정성을 가지고 있는 것으로서 水槽 構造物에서의 사용이 적합하다. 3) 附着性能 - 바탕재의 환경조건을 건조바탕, 습윤바탕으로 하고, 防水材 塗布 試驗體의 養生條件을 濕潤, 乾燥로 한 후의 材齡別 附着力 試驗結果 평균 附着力은 다른防水材의 品質基準과 비교할 때 1.3∼2.4배정도 높은 것으로 나타나고 있다. 또한 促進暴露 처리 전·후의 附着性能을 비교하고, 冷熱反復 처리 전·후의 附着性能을 비교한 결과, 약 85%정도의 附着性能을 劣化處理 후에도 유지하고 있어 水槽構造物의 防水·防蝕材 시공에 있어 서 品質管理 측면 및 防水性能의 신뢰성 확보측면에서 긍정적으로 평가할 수 있다. 4) 耐衝擊 抵抗性能 - 바탕처리재의 바탕체 순간 파단에 대한 龜裂 抵抗 性能 은 유리섬유를 보강하지 않은 試驗片에 비하여 유리섬유를 보강함으로써 바탕 처리재의 瞬間破斷에 대한 보강효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 水槽構造物에 사용되던 기존의 防水·防蝕材의 龜裂 對應性 미비에 따른 문제점(破斷, 剝落 등)을 보완할 수 있을 것으로 생각된다. 5) 耐藥品性能 - 바탕처리재의 사용재료인 수지모르터I과 수지모르터II에 대한 耐藥品性 시험결과는 모든 항목(耐濕性, 鹽水噴霧, 耐油性, 耐揮發性, 내알칼리성, 耐酸性)에 대해 이상이 없는 것으로 나타난다. 이는 각종 藥品을 처리하는 下水處理場에 대한 防水·防蝕材 施工에 있어서 안정하다고 평가할 수 있다. 6) 飮用水 溶出 抵抗性能 - 바탕처리재를 사용하여 飮用水 溶出 抵抗性 試驗을 한 결과는 모든 평가항목에서 이상이 없는 것으로 나타났다. 따라서, 바탕 처리재는 飮用水 등을 저장하는 수조류에서도 적용이 가능할 것으로 판단된다. 7) 바탕처리재의 建築物의 수조구조물에 대한 적용 및 시공 방법 - 바탕처리재는 建築物의 대단위 아파트 단지의 옥상 물탱크 및 식수 전용 탱크의 내수압으로 인한 균열방지, 지하 구조물의 외압과 각종 기계실의 진동으로 인한 균열, 정수조(정화조, 오·폐수 처리장, 하수처리장)시설의 각종 오·폐수 및 약품으로 인한 부식 등으로 생기는 防水層의 원인들에 대해 보완 할 수 있는 施工法으로, 바탕처리재를 이용한 시공 방법을 제안하였다. Significance of waterproof and anticorrosive constructions for concrete water tanks, such as potable water storage and water treatment tank, has recently risen. Until now, mortar-waterproof materials of cement or epoxy type have been used for water tank structures in waterproof and anticorrosive constructions. However, as problems that the materials are separated from surface concrete have appeared, improvement of waterproof and anticorrosive design and construction technology has been required. General problems, occurred from the existing waterproof and anticorrosive construction applied to water tank structures, include adhesion due to poor concrete surface treatment, break of waterproof layer due to concrete contraction or expansion, and corrosion of waterproof and anticorrosive layer due to exposure to sewage or bad waste water with various organic matters including sulfate or sulfur of strong corrosiveness. Coating materials of epoxy resin have been widely used for waterproof and anticorrosive treatment, and the related Quality standards (KS F 4921, KS F 9001) of 1-2mm thickness have been established and applied. KS F 4921 defines general Quality standard of waterproof and anticorrosive paints of epoxy resin for concrete, while KS F 9001 specifies construction standard for KS F 4921. However, it is now difficult to completely apply and control waterproof and anticorrosive technology in water tank structures with various environmental conditions just with the provisions on the above standards. Complete surface treatment has not been conducted for conventional waterproof treatments of cement type, such as liquid-proof, liquid infiltrative waterproof, substrate infiltrative waterproof, and coating waterproof of organic solvent type, to remove the causes of flaws. It is impossible to prevent cracks, which are caused by repeated contraction and expansion of concrete, using mortar waterproof materials of cement type There is therefore possibility that waterproof and anticorrosive layer is cracked or broken by the This study suggests construction method using surface treatment materials of resin mortar type (hereinafter referred to as surface treatment material) that are composed of acryl resin, glass fiber and powder mixture to form combined waterproof and anticorrosive layer, which is purposed to help waterproof and anticorrosive layer inhibit effects of concrete behavior and creation of cracks, and to strengthen adhesion to top coating layer, that is, anticorrosive layer of epoxy resin. The results of this study are as follows: 1) Waterproofing mechanism of surface treatment material- It is assured that it can cope with minute crack and behavior of concrete for external shock or temperature chanes by equipping high strength glass fiber reinforced texture on the basis of excellent waterproof property of resin mortar of organic and inorganic materials. 2) Waterproof property of surface treatment material Comparing between surface treatment material and other waterproof materials (general waterproofing mortar, general resin mortar, general cement mortar), absorption and permeability resistance of surface treatment material were far higher than that of other waterproof materials. This indicates that it has basic stability for waterproof and anticorrosive purpose and is suitable for use in water tank structures. 3) Adhesion performance Conducting adhesion test by material ages after making environmental condition of surface material dry and humid and making curing condition of test sample coated with waterproof material dry and humid, its average adhesion was far higher than Quality standard of other waterproof materials. Also, comparing adhesion before and after accelerated curing and before and after repetitive cooling and heating treatment, about 85% of adhesion was maintained after heating, so it is evaluated that it is positive in the aspect of Quality control and reliability guarantees of waterproof property in construction of waterproof and anticorrosive materials of water tank structures. 4) Shock resistance By reinforcing glass fiber for crack resistance against instantaneous surface break of surface treatment material compared to test sample not reinforced with glass fiber, the reinforcing effect was proved. Therefore, it is considered that problems (break, separation) due to weak coping with crack of the existing waterproof and anticorrosive materials used in water tank structures may be complemented. 5) Tolerance for chemicals resin mortar used for surface treatment material showed excellent tolerance for chemicals in all test items (humidity resistance, salt spray resistance, oil resistance, volatility resistance, alkali resistance, acid resistance) This implies that it can be used for water tanks in sewage disposal plant exposed to a range of chemicals. 6) Eruption resistance for potable water tank eruption resistance test for potable water tank that the surface treatment material was used showed excellent resistance. This indicates that the surface treatment material can be used for potable water tank. 7) Application of surface treatment material to water tank structure and its construction method this study proposed a construction method designed to prevent cracks caused by inner water pressure of potable water tank or other water tank on roof of any building, and inhibit cracks resulted from outer pressure or various vibration in machine room and corrosion induced by sewage/waste water and chemicals in water treatment tank (water purification tank, waste water treatment plant, sewage water treatment plant). The needs to improve safety management for a building and increase durability of a structure have recently risen rapidly. Water leakage is one of the most significant factors that affect safety and durability of a building. Countermeasure against water leakage in a building is planned after any water leakage problem occurs. However, it is not easy to search or repair any leaking point in a building. Therefore, it is required to consider suitable materials and construction method for waterproof construction at the early stage of design.

측지선을 이용한 막구조물의 재단도 개발에 관한 연구

안상길 世明大學校 大學院 2006 국내석사

막구조물은 연성구조 시스템의 한 종류로서 대공간 구조에 사용된다. 또한 막구조물은 축 강성은 강하지만 휨 강성은 작은 특징을 가지고 있다. 막 구조물의 설계과정은 형상탐색이 이루어지고, 응력 변형 해석과 재단도 작성이 이루어진다. 막 구조물의 설계 과정 중 재단도 작성을 살펴보면, 막구조물의 특성은 3차원 공간에서 곡면을 따라 형성되는 구조물로서 2차원 평면으로 전개하는 과정이 필요하다. 공학적 관점에서의 곡면은 전개 가능한 곡면과 전개 불가능한 곡면으로 나눠지게 되는데 초기응력의 도입으로 형성되는 막 구조물의 곡면은 일반적으로 전개가 불가능한 곡면이다. 따라서 전개 불가능한 곡면의 재단도 작성을 위해서는 unfolding 기법과 flattening 기법이 주로 사용된다. 본 논문에서는 flattening 기법에서 측지선을 이용하여 재단도를 작성하였으며, 이 결과를 요소선을 이용한 재단도와 비교하였다. 또한 비선형 해석에서의 문제는 해의 수렴과 수렴 속도를 비교하고, 증분 횟수 및 반복횟수를 파악하였다. 해석 모델은 카테나리형 곡면과 HP형 케이블 보강 막 구조물, Dance Pavilion이며, 각각에 대한 형상탐색 및 평형탐색을 수행하였고 그 결과를 이용하여 측지선을 이용한 재단도를 작성하였다. 본 연구에서는 대공간 구조물의 비선형 해석 및 측지선을 이용한 재단도 작성에 관한 연구를 하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1) 형상해석을 형상탐색단계와 평형탐색단계로 적용할 경우, 형상탐색의 증분수를 적절히 함으로써 평형탐색단계의 해를 빠르게 수렴시킬 수 있었다. 그러나 너무 많은 형상탐색의 증분수는 오히려 평형탐색의 수렴에 역효과를 줄 수 있었다. 2) 삼각형 요소로 이루어진 곡면에서 두 점의 측지선이 될 조건은 삼각형 요소로 이루어진 부분적인 평면상에서 직선으로 나타나는 것을 의미하며, 부분적인 평면의 조합을 통해 측지선을 구할 수 있었다. 3) 재단도 생성에 있어서 측지선을 이용하여 구한 재단도의 경계면 곡률은 요소선을 이용하여 구한 재단도 경계면 곡률보다 완만한 곡률을 가지는 것을 알 수 있었으며, 이는 최대곡률의 변화를 통하여 알 수 있었다. 따라서 측지선을 이용한 곡률은 막구조 형상에 따라 크게 달라지지 않았지만, 요소선을 이용한 곡률은 형상에 따라 크게 달라지는 것을 알 수 있었다. 4) 측지선을 이용하여 생성한 재단도의 전체 면적은 요소선을 이용하여 구한 재단도의 면적과 비슷하였지만 막의 손실률 면에서는 측지선을 이용하여 작성한 재단도가 요소선을 이용하여 작성한 재단도보다 손실률이 적은 것을 알 수 있었다. 따라서 측지선을 이용하여 작성한 재단도가 요소선을 이용하여 작성한 재단도보다 재료절감면에서 효과가 있다는 것을 알 수 있었고, 요소선을 이용하여 작성한 재단도는 곡률이 큰 반면 측지선을 이용하여 작성된 재단도는 곡률이 작아서 막재의 재단도 재단에서 큰 도움을 줄 것으로 판단된다. Membrane structures, a kind of lightweight soft structural system, are used for spatial structures. The material property of membrane has strong axial stiffness, but little bending stiffness. the design procedure of membrane structure are needed to do shape finding, stress-deformation analysis and cutting pattern generation. Property of membrane structures, cutting pattern generation of the design procedure of membrane structure, are formed according curved surface in reward for 3rd dimension space and are need to the development procedure of 2nd dimensional plane. Curved surfaces are divided of two, one is possible of development and another is impossible of development in viewpoint of technology. And a curved surface of formed membrane structures by the introduction of initial stress are generally impossible of development curved surface, so the methods of cutting pattern generation are most of unfolding method and flattening method. In this paper, cutting pattern generation method is flattening method which use geodesic line and then, the result is compared with using element line. Also problems from nonlinear analysis are compared with convergence of solution and speed of convergence. And it is investigated the incremental and the iteration of the number of times. Analysis models are catenary curved surface and membrane structure of HP-type cable augmentation and Dance pavilion. And later each shape analysis and equilibrium analysis and then using the results make cutting pattern generation of using geodesic line. We studied about nonlinear analysis and cutting pattern generation, which use geodesic line, in this research. We could get the conclusion following. 1) Shape analysis are applied to shape-finding step and equilibrium-finding step, and solution of equilibrium-finding step can make rapidly convergence with number of incremental at shpae-finding use number of shape-finding descretion. But so many number of incremental could give contrary effect rather convergence of equilibrium-finding. 2) Two point condition which becomes the geodesic line, at the curved surface to be composed of a triangle element, are mean to appear, in the plane which is composed of the triangle element to be the partial to the straight line. And The combination of the plane which is the partial could make the geodesic line. 3) In cutting pattern generation, boundary surface curvature which use the geodetic line have slower curvature than boundary surface curvature which use the element line. We could know through the change of a maximum curvature. The curvature to use the geodetic line was not altered greatly according to a membrane structure shape but the curvature to use the element line was altered greatly according to a membrane structure shape. 4) All area of cutting pattern which use geodesic line are as similar as All area of cutting pattern which use element line but in loss ratio of membrane, a cutting pattern which use geodesic line are less than cutting pattern which use element line. Therefore, cutting pattern which use geodesic line have more effectiveness at a material reduction than cutting pattern which use element line, and cutting pattern which use element line have faster curvature than cutting pattern which use geodesic line, so we can determined by giving big aid cutting of the membrane material.

원전 구조물의 육안점검 평가에 관한 연구

이왕수 상지대학교 일반대학원 2017 국내석사

원전 구조물은 원자력 안전기준에 근거하여 철저한 관리 및 운영이 이루어지고 있다. 콘크리트에 대한 점검은 일반적으로 육안검사와 정밀검사를 나눌 수 있으며, 육안검사를 통해 콘크리트 표면 열화를 점검할 수 있다. 그러나 원전의 격납건물은 크기 및 형태로 인하여 점검이 쉽지 않은 대형 구조물이다. 최근에 이를 해결하기 위해 고성능 카메라를 장착한 UAV 등을 이용한 육안검사 기술이 개발되고 있어 향후 원전 구조물에 대한 상시 점검이 가능할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 상시점검이 가능할 경우, 원전 구조물에서 계측되는 표면열화를 신속하고 간단하게 분석할 수 있는 분석지표에 대해 연구를 수행하였다. 이를 위해 국내․외 열화기준, 기존의 구조물 점검 절차, 표면 열화의 종류 및 원인 등을 분석하였으며, 구조물의 상태평가 방법을 제안하였다.

유체-구조물의 상호작용 알고리즘을 적용한 막구조물의 해석

예지현 인하대학교 일반대학원 2008 국내석사

막구조물은 대변형 거동을 하는 경량구조시스템으로 일반적으로 진동하기 쉬우며 동적하중에 민감한 구조물이다. 바람은 막구조물의 거동에 주된 영향을 미치는 동적하중으로, 바람 또한 막구조물의 거동에 영향을 받는다. 즉, 막구조물과 바람은 서로의 거동에 영향을 주고받으며 상호작용을 한다. 기존의 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics ; CFD)해석은 막구조물의 변형을 고려하지 않고 구조물을 강성구조물로 가정하여 해석하였기 때문에 연성구조물의 특성 뿐 아니라 바람의 거동특성을 반영하지 않은 해석이었다. 따라서 강성이 작은 막구조물의 보다 정확한 해석을 수행하기 위해서는 구조물과 유체의 상호작용의 영향을 고려한 해석이 요구된다. 이 논문에서는 구조물과 바람의 상호작용 메커니즘을 반영한 유체-구조물의 상호작용(Fluid - Structure Interaction ; FSI) 해석을 막구조물의 해석에 적용하였다. 이를 위해 구조물은 막구조물의 4가지 기본모델을 선정하고 유체모델은 난류모델을 사용하여 각각의 막에 적용하였으며 풍속은 인천 및 경기지역의 기본풍속인 30m/s를 적용하였다. 유한요소해석프로그램인 ADINA를 사용하여 구조물의 동적해석을 수행하였고, 유체-구조물의 상호작용 해석결과를 전산유체해석 결과와 비교, 분석하였다. 기본모델의 유체-구조물의 상호작용해석을 수행한 결과 구조물은 바람이 유입할 때 진동하였으며, 시간에 따른 변화 양상이 뚜렷하였으나 구조물이 안정화되면서 압력과 응력의 분포형태가 일정해졌다. 전산유체역학해석과 비교하였을 때 4가지 모델은 5~ 15 퍼센트 내외에서 유체의 압력과 응력의 해석값에 차이가 발생하였다. 또한 평면막의 경우 유체의 박리와 후류의 진행형태, 구조물 내부의 유체분포에서 차이점을 나타냈다. 유체의 최대속도는 평면 막의 경우 전산유체역학 해석과 그 차이가 미소하였으나 곡면 막의 경우는 최대 4퍼센트 정도의 차이가 발생하였다. 유체-구조물의 상호작용 해석값과 전산유체역학 해석값을 비교한 결과 응력 및 압력, 속도 등에 미치는 구조물의 응답에 의한 변동공기력의 영향이 작지 않음이 입증되었다. 따라서 이러한 해석결과의 차이는 구조물의 스팬이 큰 실제 대공간 막구조물에 적용할 경우 더욱더 커질 것으로 사료된다. 유체-구조물의 상호작용 해석은 막구조물의 거동특성까지 고려한 해석방법으로 막구조물 뿐만 아니라 초고층과 같이 유체의 영향이 구조물의 거동을 지배하는 구조물에도 요구되는 해석법이라 판단된다. Membrane structures which behave large deformation are apt to vibrate and sensitive to the dynamic load. Wind is main factor for the membrane structure's behavior and affected by its behavior. In other words, membrane structures and wind have influence on behavior each other. Generally assuming that structures are rigid structures, CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis is not concerning membrane structure's flexibility. So it can not reflect both dynamic characteristics of flexible structures and wind. Thus, it is adequate to consider fluid-structure interaction to analyze membrane structures which are having less rigidity more accurately. In this paper, we applied FSI (Fluid-Structure Interaction) analysis considering fluid - structure interaction on membrane structures. 4 basic structural models are arranged to apply FSI analysis and turbulent fluid concepts are accepted for each membrane. We applied 30 m/s on standard wind velocity of Incheon and Kyunggi. ADINA as finite element analysis program is used for dynamic analysis of structure and fluid analytical results of FSI are compared with those of CFD. In results of FSI analysis for structural models, structures start to vibrate when wind blow from inlet and also pressure and stress of structures change obviously with time then settle down as structures are stabilized. Comparing with CFD results, whole model have difference of 5 ∼ 15 % for fluid pressure and stress. In case of flat membrane, separation and progressing form for wake of fluids and fluid spread inside of structures are distinguished between FSI and CFD. In case of flat membrane, there is extremely small difference in fluid maximum velocity between two methods. However, in case of curved membrane there is the greatest difference of 4 % in maximum velocity. As compared with FSI and CFD results, we find that the effects of fluctuating air force which have influence on stress, pressure and velocity of fluids owing to structure's response can not be ignored. And these differences of results will grow up when it comes to actual large span structure. FSI analysis would be desired to apply for the analysis of high-rise building structures which are governed by influence of fluids as well as membrane structures because FSI analysis can take into account of behavior for structure well.

橋臺構造物의 水和熱 計測 및 溫度應力에 관한 實驗的 硏究

변영일 韓京大學校 産業大學院 2006 국내석사

최근 들어 경제 발전을 위한 국가 기반의 확충으로 고속도로, 신 국제공항, 고속철도, 대규모 해양 구조물, 지하공간 구조물, 항만 구조물 등 초대형 구조물의 건설이 급격히 증가하고 있는 추세이다. 이러한 초대형 구조물을 건설하기 위해서는 단면이 큰 콘크리트 구조물의 건설이 수반되며 대량의 매스 콘크리트 시공이 필연적으로 따르게 된다. 또한 고강도 및 고내구성 콘크리트의 필요성이 증가함에 따라 콘크리트 제조시 시멘트량이 증가하게 되어 수화열에 의한 온도균열의 발생 위험이 증가하고 있는 실정이므로, 대형 토목구조물의 안전성과 기능성을 확보하기 위하여, 온도균열에 대한 적절한 대책이 요구되고 있다. 실제 구조물의 설계 및 시공시 이러한 수화열에 의한 온도응력은 단면이 큰 매스콘크리트 뿐 만 아니라 외부구속조건이 강한 구조물의 경우 지배적인 영향을 일으키는 것으로 보고되고 있다. 온도균열은 보통 그 폭이 크고 구조물을 관통하는 경우가 많으며, 구조물의 시공초기에 발생하여 구조물의 내력, 수밀성 및 미관 등과 특히 장기적인 내구성능의 저하를 초래하므로 설계, 시공 및 관리 단계에서 온도균열에 대한 대책이 강구되어야 한다. 따라서, 본 연구에서는 매스콘크리트의 대표적인 수화열 균열 문제로 내부구속이 지배하는 교량 기초구조물과 외부구속이 지배하는 교대구조물을 대상으로 현장 수화열 및 온도응력 계측 실험 및 유한요소 해석 연구를 수행하였으며, 이를 통하여 대형 토목구조물의 온도균열 발생 양상과 제어대책을 제시하고자 한다. Recently, the massive concrete structures have been increasingly built in Korea. In such structures, the heat of hydration may cause serious cracking problems. Many reinforced concrete structures have been reported to suffer from cracking in construction stages due to heat of hydration arising from mass concrete. This cracking may cause some serious durability problems and thus reduces the safety and service life of the structures. The purpose of the present study is to estimate the temperature and thermal stresses in field and develop a rational construction method which can to control the thermal cracking problem in massive footing and abutment of Bridge. In this study, the causes and mechanism in thermal cracking in the footing and abutment structures are thoroughly analysed. Major influencing variables which affect the thermal cracking of internally and externally restrained concrete structures such as footings and abutments are studied through the finite element analysis. A experimental program in field has been set up to develop. The stresses, strains, and temperatures were measured during the tests and the crack widths and crack patterns were also observed. The comparisons of test results with analysis have been made. Efficient crack control techniques were developed form the experimental and analytical studies.

탄약 시험장의 강재 방호구조물 적용을 위한 충격파 특성의 실험적 연구

김동희 서울과학기술대학교 2022 국내석사

해상구조물 유도설치를 위한 실시간 모니터링 측위

송기정 서울시립대학교 도시과학대학원 2012 국내석사

최근 측량은 전자․통신․IT기술 및 위성 등 관련기술과 학문의 발달에 따라 종래 측량에서 볼 수 없는 여러 학문과 기술이 복합적이고 융합된 형태의 발전으로 장비의 확장성과 정밀성, 시스템의 구현성 등이 개선되고 다차원적, 범지구적 형태 등으로 시스템화 되어 발전되고 있다. 이는 현대 측량의 새로운 패러다임 변화에 따른 다양한 수요에 따라 공급의 측면으로 발전되고 있으며, 각종 첨단 기술의 집약적인 형태로 발전 표현되고 있다. 그러나 종래 해상공사 분야의 시공관리공정에서는 측량의 환경적 조건으로 인해 시공계획보다 실제 시공이 현저하게 지연되는 문제점이 발생하고 있으며 측량자의 능력과 시준 오차 등에 따라 해상 구조물 정밀 거치 시 작업 중단 및 정확도 감소 등에 따른 공사지연과 재시공 등에 따라 원가를 상승시키는 문제점이 발생되고 있다. 본 연구에는 GPS를 기중기 양단에 설치하여 기중기 조종실에서 컴퓨터 모니터를 통해 자동 제어, 유도함으로서 구조물 가거치 위치까지 실시간 모니터링을 통해 기중기를 유도하고 최종 정거치는 육상의 확정된 현장 기준점 두 곳에 설치된 Total Station에 의해 구조물 양단에 설치된 특수 프리즘을 직접 시준하며 획득한 3차원 좌표를 무선통신 기술인 블루투스를 이용해 기중기 조종실에 실시간 송신 후, 이를 조정실에서 수신하여 컴퓨터 모니터를 통해 효율적인 해상구조물 거치를 위해 S/W를 개발 운용해서 구조물의 이동 상태를 실시간 모니터링 및 정거치 유도제어함으로서 신속하고 정밀하게 구조물을 거치 할 수 있는 방법을 연구 하였다. 본 연구 결과 GPS, Total Station, 최신 무선통신 기술을 이용한 해상구조물 시공정확도가 향상되었고 교량시공 시 필수적인 작업과정인 우물통 거치 시공에 최적의 방법임을 확인 할 수 있었다. 측위기술이 발달됨에 따라 GPS를 활용한 구조물 구축측량은 이미 해상구조물 시공측량에 많이 활용하였으나 시공현장의 시공여건이 GPS만을 활용하여 시공하기에는 Cycle 슬립, 멀티패스 등에 의한 정확도 확보의 어려움으로 한계점이 많이 드러나고 있다. 따라서 우물통 가거치시에는 GPS를 활용하고, 정거치 시에는 Total Station 및 무선통신 기술을 적용하여 해상구조물을 시공한다면 시공원가 절감 및 정확도 향상에 많은 이점이 있으리라 판단된다. Recently, cadastral surveying, with the advances in the field of electronics, communications, IT technology, satellite and cadastral survey-related technologies, has been developing as a form of complicated and interdisciplinary approaches which cannot be imagined in the past. Extendability and accuracy of surveying equipment and realization of multi-dimensional system have enabled cadastral surveying to conduct the surveying process with great delicacy and in a global scale. According to this new paradigm shift, cadastral surveying, supplying completely new geographical information which was not conceivable in the past, has been developing as a latest technology-intensive form. In the processes of conventional construction work at sea, however, there are still a lot of problems such as construction delays because of environmental conditions of cadastral surveying. As unskillled survey and collimation errors make offshore structures placed at incorrect spots, they bring about construction delay and re-construction, consequently resulting in construction cost increases. I have studied ways that offshore structures can be set up quickly and accurately at correct spots. In this study, we set up GPS at both ends of a crane and then placing process of offshore structures is controlled through computer monitoring in the crane-man's house. In the procedure, temporary placing of offshore structures is guided by computer. And then, final placing of offshore structures is guided and controlled by total station which is set up at two confirmed fiducial points on the spot. In the meantime, collimation is made through specially designed prisms at both ends of total station and then acquired three dimensional geographic coordinates are transmitted to the crane-man's house through wireless communication technology, so-called Bluetooth. When geographic coordinates are directly received at the crane-man's house, it is used to guide and control offshore structures at the correct spot. With the result of this study, we have verified that the accuracy of offshore construction using GPS, total station, and latest wireless technology can be significantly improved and that the open caisson well foundation method, which is essential for bridge construction, is optimal for the construction. With the advance of location determination technologies, GPS technologies has been already utilized in cadastral surveying for offshore structure construction. But conditions at construction site makes it difficult for GPS technologies to ensure the accuracy of construction due to some problems including cycle slip and multi-pass. Therefore, by using GPS technology in case of temporary placing of caisson well total station and then employing wireless technologies for final placing will be suitable for cost reduction and accuracy improvement.