"거푸집 너를 알려조"의 두 판 사이의 차이

2024년 6월 16일 (일) 21:48 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 3D 콘크리트 프린팅을 활용한 모듈형 거푸집 설계 및 시공 시스템 개발

영문 : Development of a Modular Formwork Design and Construction System Utilizing 3D concrete Printing Technology

과제 팀명

거푸집 너를 알려조

지도교수

김 지 수 교수님

개발기간

2024년 3월 ~ 2024년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 토목공학과 20188600** 김*상

서울시립대학교 토목공학과 20188600** 김*한

서울시립대학교 토목공학과 20188600** 박*한

서울시립대학교 토목공학과 20188600** 이*현

서울시립대학교 토목공학과 20198600** 유*호

서울시립대학교 토목공학과 20198600** 한*호

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

내용

소규모 토목공사 현장에서 사용가능한 재사용성 거푸집 제작 및 관련 시공 시스템을 설계하고자 한다. 보통 목조로 거푸집을 제작 후 파괴하는 형식으로 탈형을 진행한다. 본 연구에서는 거푸집을 파괴하지 않고 온전하게 분리해서 재사용 가능한 비파괴 탈형 방식을 채택하였고, 이에 관한 시공 시스템을 개발하고자 한다.

개발 과제의 배경

내용 목조거푸집을 사용하는 경우에 형태를 비교적 다양하게 만들 수 있지만 현장에서의 불편함이 상당하다. 현장에서 목재 이용시 필연적으로 발생하는 고정 연장 및 주변 자재로 인해 안전사고 위험이 증가하고 있는 추세다. 이는 언제든지 큰 사고에 노출될 수 있으며, 현장에서의 경험을 토대로 위험하다고 판단되었다. 따라서 비용과 위험리스크를 최소한으로 줄이기 위해서 공통된 문제인 거푸집을 주제로 채택하였다. 본 연구에서는 거푸집을 효율적으로 활용하기 위해 재사용과 더불어 다회차 사용에도 변형이 덜 일어나는 모델을 개발할 것이다.

개발 과제의 목표 및 내용

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

설계 사양

개념설계안

◇ 3D 프린팅 콘크리트는 배합비에 따라 유동성, 압출성, 강도, 적층성, 경화시간 등과 같은 다양한 특성들이 서로 다른 값을 갖게 된다. 본 프로젝트에서는 출력과 적층이 잘 이루어지면서, 적절한 강도를 갖는 3D 프린팅 콘크리트의 배합비를 찾는 것이 최우선 과제이다. 특히 3D 프린팅 콘크리트는 굳지않은 콘크리트의 특성이 매우 중요하며, 아래 <표1>에 재료에 따라 굳지않은 콘크리트가 받는 영향을 정리한다. 이에 따라 <표2>와 같이 적절한 물-결합재비를 고정시킨 후 혼화제량에 변화를 주어 적절한 배합비를 모색한다. 물-결합재비는 이호재(2020)을 참고해서 진행한다. ◇<표2>의 기준 배합비에서 감수제 0%B, 0.5%B, 1%B, 2%B와 증점제 0%B, 0.15%B, 0.3%B에 따른 재료의 기계적 물성 값들을 구한다. 이러한 혼화제 변화에 따른 적층 가능성을 비교 분석을 해서 적절한 유동성과 강도를 갖는 배합비를 선정한다. 유동성은 플로우 테이블 테스트로 평가하고, 강도는 압축강도시험으로 평가한다. 또한 강도 테스트를 위해 해당 배합에 따라 4x4x4 공시체를 12개씩(3일차와 7일차때 6개씩 압축강도 테스트 진행) 제작한다. 진초(2017)에 따르면 배합 환경에 따라 기계적 물성 값들이 변할 수 있으므로 해당 변수에 대한 모르타르 타설을 동시에 진행한다.

◇ 적절한 배합비를 찾아낸 후에 3D 프린팅 콘크리트로 모듈형 거푸집을 G-Code로 설계를 진행한다. 우선 대상이 되는 구조물은 상수도관 표준설계인 700mm관의 45도 곡관보호공으로 선정하였다. 해당 구조물을 시공할 때 목조 거푸집으로 타설을 진행하지만. 본 프로젝트에서는 비파괴 형태의 강제영구 거푸집을 3D 프린팅 콘크리트로 제작하고자 한다. 상수도 설계기준(2022)에 따르면 관거는 시공한 다음 제방에 영향을 주지 않도록 제방법면의 보호공을 설치한다. 급수관을 분기하는 지점에서 배수관내의 최대정수압은 700 kPa(약 7.1kgf/㎠)를 넘지 않도록 한다. 이에 따라 제방에 영향을 주지않는 모듈형 거푸집을 3D 프린팅 콘크리트로 모델링하고 제작한 후에 강도를 테스트하고자 한다.
◇ 거푸집은 필요한 강도와 강성을 가지고 있어야 하며, 구조물이 완성된 후 구조물의 위치, 형상 및 치수가 정확하게 확보되어 콘크리트 구조물이 소요 성능을 만족하도록 설계 및 시공을 진행한다. 이처럼 완성된 모듈형 거푸집을 시공 시스템에 어떻게 적용하는 것이 합리적인지 찾아내고자 한다. 또한 콘크리트 타설을 위한 거푸집 등 가시설물에 대하여는 콘크리트 소요강도 및 안정성을 가지는 동시에 구조물의 위치, 형상 및 치수가 정확히 확보될 수 있어야 한다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

1. 콘크리트 거푸집 타설 후 주변에 모래를 포설해 고정이 잘 되는지 확인한다. (시공시스템 확인)

2. 고정 확인 후 내부 콘크리트를 채워 강도에 이상없는지 확인한다.

포스터

완료작품의 평가

3D 프린팅 콘크리트로 출력한 결과물들을 비파괴 가상 시뮬레이션인 FEAP해석을 진행한 결과들이다.

배합비에 따라 필라멘트 사이에 공극이 다르게 생기고, 이에 따라 강도가 크게 변하는 것을 알 수 있다.

해석 결과 공극이 적은 출력물이 비교적 높은 강도를 가지는 것을 확인 할 수 있었다.

본 프로젝트에서는 아래와 같이 출력되는 결과물을 채택하여 강재 영구거푸집을 제작하였다.

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ====개발 과제의 배경====
 내용
- ◇ 목조거푸집을 사용하는 경우에 형태를 비교적 다양하게 만들 수 있지만 현장에서의 불편함이 상당하다. 현장에서 목재 이용시 필연적으로 발생하는 고정 연장 및 주변 자재로 인해 안전사고 위험이 증가하고 있는 추세다. 이는 언제든지 큰 사고에 노출될 수 있으며, 현장에서의 경험을 토대로 위험하다고 판단되었다. 따라서 비용과 위험리스크를 최소한으로 줄이기 위해서 공통된 문제인 거푸집을 주제로 채택하였다. 본 연구에서는 거푸집을 효율적으로 활용하기 위해 재사용과 더불어 다회차 사용에도 변형이 덜 일어나는 모델을 개발할 것이다.
+목조거푸집을 사용하는 경우에 형태를 비교적 다양하게 만들 수 있지만 현장에서의 불편함이 상당하다. 현장에서 목재 이용시 필연적으로 발생하는 고정 연장 및 주변 자재로 인해 안전사고 위험이 증가하고 있는 추세다. 이는 언제든지 큰 사고에 노출될 수 있으며, 현장에서의 경험을 토대로 위험하다고 판단되었다. 따라서 비용과 위험리스크를 최소한으로 줄이기 위해서 공통된 문제인 거푸집을 주제로 채택하였다. 본 연구에서는 거푸집을 효율적으로 활용하기 위해 재사용과 더불어 다회차 사용에도 변형이 덜 일어나는 모델을 개발할 것이다.
 ====개발 과제의 목표 및 내용====