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2024년 12월 9일 (월) 23:09 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 방파제(Tetrapod)의 안전성 증대를 위한 재료 및 구조 변경

영문 : Changes in materials and structures for increased safety of Tetrapod

과제 팀명

블랙핑크(BLACKPINK)

지도교수

김지수 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 토목공학과 2019860030** 전**(팀장)

서울시립대학교 토목공학과 2019860009** 김**

서울시립대학교 토목공학과 2019860010** 김**

서울시립대학교 토목공학과 2021860036** 정**

서울시립대학교 토목공학과 2021860040** 허**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 연구는 방파제의 안전성과 내구성을 강화하기 위한 새로운 재료와 구조적 설계를 제안하는 것을 목적으로 한다. 기존 방파제 구조물인 테트라포드(T.T.P)는 내구성이 높지만, 낮은 표면 마찰력과 구조적 한계로 인해 낙상 사고 및 파손 문제가 빈번하게 발생하고 있다. 특히 방파제에서 미끄러짐에 의한 추락 사고는 심각한 인명 피해로 이어지고 있으며, 구조적 결속력이 약화된 테트라포드는 대형 사고의 원인이 될 수 있다.

이 문제를 해결하기 위해 연구는 크게 세 가지 영역에서 접근한다: 1. 고마찰 재료 - 기존 콘크리트의 한계를 극복하기 위해 고마찰 콘크리트, 고무 기반 코팅재, 친환경 복합 소재등 새로운 재료를 도입하여 방파제 표면의 마찰력을 향상시킨다.

2. 구조 개선 - 기존 T.T.P의 가지 구조를 새롭게 변경하여 다양한 프로토타입을 제작함으로써 추락 사고 방지 성능을 개선하려고 한다. 예를 들어서 물결 모양 표면이나, 점자블록을 참고하여 볼록한 모형 등 새로운 T.T.P 형태를 제안하여 안정성을 높인다.

3. 실험적 검증 - 새로운 재료의 사용과 바꾼 구조를 바탕으로 잘 만들어졌는지 검증하기 위해 마찰력 테스트와 cfd를 활용한 내구성을 평가하고자 한다. 또한 발광 콘크리트와 같은 신소재를 적용하여 야간에도 안전성을 향상시키며, 개선된 T.T.P가 기존 방파제와 높은 호환성을 유지하도록 설계하여 경제적으로도 도움이 되도록 설계하려 한다.

개발 과제의 배경

1. T.T.P의 대형화에 따른 구조적 문제 - 초기 테트라포드(T.T.P)는 소규모 항구와 방파제에 적합했으나, 대형화와 심해 지역 설치 필요성으로 인해 크기가 커지면서 구조적 한계가 드러났다. - 긴 가지 구조는 파도 충격과 반복적인 압력에 의해 손상되기 쉽고, 손상 시 방파제 본래 기능이 약화되며 주변 구조물까지 위험에 노출될 수 있다. - 파손된 T.T.P의 신속한 제거와 교체가 어려운 현실은 해양 안전 사고로 이어질 가능성을 높인다.

2. 방파제 사고에 대한 현황 - 해양경찰청 통계에 따르면 방파제에서 발생하는 추락 사고는 꾸준히 증가하고 있으며, 2020년 71건, 2021년 79건, 2022년 58건의 사고가 방파제에서 발생했다. - T.T.P 표면의 매끄러운 곡면 구조는 사고를 유발하기 쉬우며, 사고 시 구조 요청이 전달되지 않을 가능성이 높다.

3. 기존 테트라포드의 한계 - 국내에서 고립 사고 방지를 위한 T.T.P 개선안(고립자 자력 탈출을 위한 홈 포함)이 존재하기는 하지만, 이는 사고 후의 대처방식일 뿐이다. - 추락 사고 자체를 줄이지 못하며, 근본적인 사고 예방 대책으로는 미흡하다. - 주로 사고가 나는 이유인 미끄러운 테트라포드의 표면과, 곡선 형태를 개선할 필요가 있다.

4. 국제적 경쟁력 확보 필요성 - 일본 등 선진국에서는 Sealock, Dimple과 같은 대형 소파블록 기술 개발을 통해 특허 수익을 창출하고 있다. - 국내에서도 독자적인 T.T.P 기술을 개발해 국제적 경쟁력을 갖출 필요가 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

① 1단계 1. 기존 테트라포드가 구조적으로 문제가 되는 점을 분석해보고, 그에 따라 생기는 사고를 찾아서 개선할 수 있는 방안을 생각해본다. 또한 국내 또는 국외에서 방파제와 관련된 특허 사례들을 찾아보고 연구해서 개선이 필요한 부분을 연구하고 찾는다. 2. MMA 포장재, 발광 콘크리트가 물리적으로 갖는 특성을 평가해보고, 여기에 추가적으로 환경 친화적인 재료를 적용할 수 있는지도 확인해본다. 3. T.T.P의 구조적인 안정성을 CFD 시뮬레이션을 통해 평가하고, 다양한 하중과 충격 속에서도 설계가 안전하게 될 수 있도록 개선 방향을 찾아본다.

② 2단계 1. 3D 프린팅을 이용하여 구조 변경을 시킨 테트라포드에 대한 프로토타입을 제작한다. 2. 미끄럼 방지 성능 테스트를 위해 다양한 습도와 염분 속에서 마찰 계수를 측정한다. 3. 실제로 존재할만한 다양한 해안 환경(수심, 염분 농도, 파도 세기)에 프로토타입을 설치해보고 사용성이 적합한지 판단한다. 그 후 방파제 주변에서의 추락 및 고립 사고 예방 효과까지 분석해본다.

③ 3단계 1. 개선된 T.T.P의 대량 생산을 위해서 효율적인 테트라포드의 설계와 공정에 대한 최적화를 진행한다. 그 후 생산 비용을 체계적으로 분석하여 경제성을 고려한 원가 절감 방안을 마련해본다. 2. 국내 해양 구조물 안전 인증을 취득하고, 국제 표준 규격을 충족할 수 있도록 제품을 개발한다. 그 다음에 해외 진풀을 할 수 있도록 규격을 검토하고 특허 출원을 준비한다. 3. 해양 시설 관리자와 공공 부문 종사자를 대상으로 한 전문 교육 프로그램을 개발 및 제공하고, 국내외 건설 현장에서 적용 가능한 설계 매뉴얼과 시공 가이드를 제작하여 배포하는 것이 연구의 최종 목표이다.

◇ 예상 성과 - 추락 사고 예방: 개선된 T.T.P를 구조와 재료로 인해서 관련 사고 발생률을 50% 이상 감소시킨다. - 유지보수 비용 절감: 구조물의 내구성 향상으로 인해 유지 및 보수 비용을 20% 이상 절감시킨다. - 경제적 효과: 친환경 T.T.P의 상용화를 통해 경제적 수익을 창출하고자 한다. - 환경 기여: 장기적으로 테트라포드를 사용함으로써 폐기물을 줄일 수 있으므로 환경적으로도 기여할 수 있다. 위와 같은 성과를 목표로 본 개발 과제는 해양 구조물의 안전성을 강화하고 지속 가능성을 높이는 데 크게 기여할 것이다.

내용

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ===관련 기술의 현황===
 ====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)====
-*전 세계적인 기술현황
+*전 세계적인 기술현황 및 특허
-내용
+- 다기능 컬러 테트라포드: T.T.P(테트라포드) 기술은 방파제의 핵심 구성 요소로, 해양 구조물의 안정성을 높이고 사고 예방을 실현하기 위한 다양한 연구와 기술 개발이 지속되고 있다.
-*특허조사 및 특허 전략 분석
+- 친환경 미끄럼 방지용 테트라포드: 미끄럼 방지 패널을 부착하고, 해당 패널에 고립자가 잡고 올라올 수 있는 손잡이를 부착하여 낙상 사고를 방지하며, 혹시 발생하더라도 손잡이를 잡고 미끄럼 방지 패널을 발로 밟아 올라올 수 있도록 제작된 T.T.P이다.
-내용
+- 안전 T.T.P(범아건설(주),테트라포드의 네면에 미끄럼방지 평탄면과 와이어로프 연결용 관통홀을 설치한 안전테트라포드의 제작/시공법): 안전 T.T.P 구조는 T.T.P의 소파블록 중 하나이다. 안전 T.T.P는 추락 및 고립 사고를 예방하기 위하여 구조적 개선을 한 구조물이다.
+- T.T.P의 결합기술 개발(한국해양연구원(2011.12)): 한국해양연구원에서 기존의 T.T.P 공극률이 낮추어 T.T.P의 내구성과 공극으로 인한 사고를 예방하기 위하여 인장강도가 높은 특수한 섬요로 제작한 Super-max라는 로프를 사용하여 T.T.P를 두 개씩 짝을 지어 결속하는 방법을 제시하였다.
 *기술 로드맵
-내용
+[[파일:기술로드맵2024.png]]
 ====시장상황에 대한 분석====