지진 시 자동으로 복원시켜주는 스마트 댐퍼장치
지진 시, 자동 복원 장치로 유지·보수비용 ↓
앞으로 지능형 신소재가 내진설계 분야에 활용돼 기존의 문제점을 보완하고 성능을 향상시킬 것으로 전망된다.
지난 2016년, 2017년에 발생한 경주, 포항 지진으로 인해, 전문가들뿐만 아니라 국민들까지도 지진에 대한 관심을 불러 일으켰다.
이에 따라 노후 시설물의 유지·보수와 맞물려 국가 시설물에 대한 내진 성능 평가에 대한 연구가 국토교통부와 행정안전부에 지원을 받아 수행되고 있다.
자동복원이 가능한 가새 댐퍼장치 및 자동복원 및 자기치유가 가능한 스마트 소재 활용 댐퍼장치 본 발명은 댐퍼장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구조물 및 시설물에 설치되어 진동 저감 및 충격에 의한 구조물의 손상을 방지하면서도, 원형으로 자동복원이 가능하도록 이루어지는 댐퍼장치에 관한 것이다. https://patents.google.com/patent/WO2019031669A1/ko |
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대규모 과제와 별도로 내진설계와 해석에 대한 기초·원천적인 기술 개발 연구 등이 한국연구재단에서 지원하는 개인기초와 집단연구에서 자유 공모의 형태로 연구도 수행되고 있다. 또한 재난·안전 분야에 연구개발 과제들은 지속적으로 발주되고 있으며 국가적인 차원에서 R&D 지원이 늘어나고 있는 추세다.
이렇듯 내진과 관련된 연구가 활발해짐에 따라 내진과 관련된 다양한 기술도 함께 개발되고 있다.
자동복원이 가능한 가새 댐퍼장치 및 자동복원 및 자기치유가 가능한 스마트 소재 활용 댐퍼장치
https://patents.google.com/patent/WO2019031669A1/ko
그 중 내진에 특화된 고기능성, 다기능성 성능을 가진 소재를 활용한 구조물은 주목할 만한 기술이다. 대표적인 소재가 상온에서 상당량의 하중을 가하더라도 하중 제거 후에 잔류변형이 없이 원형으로 복원이 가능한 초탄성 형상기억합금이다.
이 초탄성 형상기억합금을 활용해 변형이 집중되는 부위에 부품 장치로 제작해 외부 하중(지진하중)에 능동적으로 대체 가능한 구조물이 개발됐다.
외부에 충격으로 손상을 받더라도 일정한 온도를 가했을 때 자동으로 치유 가능한 자기치유 탄성체(폴리우레탄)를 활용해 댐퍼 장치에서 복원력을 발생시키는 핵심 스프링 부품으로 활용하는 연구도 진행됐다.
인천대학교 건설환경공학부 허종완 교수(사진)는 그간 스마트 구조 해석과 내진설계 분야에서 연구를 수행하며, 이러한 형상기억합금이나 선압축을 받는 폴리우레탄 탄성체를 활용해 댐퍼 장치를 개발했다. 이 장치를 구조물에서 변위가 집중되는 부위에 설치해 보와 기둥과 같은 주요 구조 부재를 보호하는 목적으로 활용되고 있다.
이러한 댐퍼는 지진 발생 시 자동 복원이 가능한 시스템으로 활용이 가능하며, 자동 복원 장치는 구조물에 발생되는 잔류 변형을 급격하게 줄여주는 역할을 담당하고 있다. 또한 원형 복원으로 필요한 유지·보수비용을 획기적으로 감소시켜주는 장점을 가지고 있다.
지진 발생 후 빌딩, 아파트와 같은 구조물에는 잔류변형이 발생해 재건축이 필요하다. 하지만 원형 복원이 가능한 댐퍼 장치는 변형의 반대 방향으로 복원력을 발생해 잔류 변형을 상당량 감소시켜 보수비용을 절감하는 효과를 나타내고 있다.
그 외에도 구조물에 가속도 혹은 변위 센서를 설치해 지진 발생 시 실시간으로 데이터를 전송을 받아서 분석하고, 위험 여부를 빠르게 판단해 알려주는 기술도 개발 중에 있다. 최근에는 인공지능 기술을 활용한 빅데이터 분석과 학습을 통해 지진 발생 시 위험 여부를 사람의 판단을 대신하는 연구도 진행하고 있다.
허 교수는 “지속적으로 새로운 연구 과제를 발굴하고 기획해 이 분야와 연관된 연구들을 꾸준히 수행하고 우수한 성과를 창출하고 싶다”며 “성과물을 기반으로 해 추후에 사업화 과제와 연결해 창업을 통한 기술 사업화를 실현하고 싶다”고 말했다.
그는 이어 “내진설계 분야에 지속적인 연구를 수행하고 우수한 성과를 창출하고 전문 인력 양성에 커다란 기여를 하도록 하겠다”고 포부를 밝혔다.
[공학저널 전찬민 기자]
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