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적층 구조를 이용한 팽이말뚝

요약
이 기술은 탄성층과 비탄성층을 교차로 적층하여 지진 에너지를 흡수하고 분산시키는 팽이말뚝 구조를 제안함으로써, 구조물의 내진 성능을 향상시키는 방법을 다룹니다. 전통적인 팽이기초공법의 한계를 보완하기 위해 고안된 이 기술은 천연고무 또는 합성고무와 철 등의 재료를 활용하여 수평방향의 유연성과 높은 수직 강성을 제공함으로써 지진 시 발생하는 에너지를 효과적으로 흡수하고 구조물의 피해를 최소화할 수 있습니다. 실험 결과, 팽이말뚝은 기존 기술 대비 우수한 내진 성능을 입증했으며, 지진 빈도가 높은 지역이나 지반이 약한 지역에서 다양한 건축물 및 토목구조물의 기초로 활용될 수 있습니다.

기본 정보

특허명: 적층 구조를 이용한 팽이말뚝
발명자: 박승진 교수
출원번호: 10-2021-0191308
등록번호: 10-2610839

상세 정보

발명의 배경과 필요성

지진에 취약한 구조물들은 지진 발생 시 큰 피해를 입을 가능성이 높음. 특히, 기존의 팽이기초공법은 지진 피해를 완전히 방지하는 데 한계가 있었음 .
전통적인 팽이기초공법은 충분한 지지력과 침하 억제 효과를 제공하지만, 지진으로 발생하는 수평 방향 에너지를 효과적으로 흡수・소산하는 데 한계가 있음 .
따라서, 지진 피해를 줄이고 안전성을 높이기 위해 내진성능을 향상시킬 수 있는 새로운 팽이말뚝 구조가 필요함. 이러한 필요성에서 본 발명은 탄성층과 비탄성층을 적층하여 지진 피해를 최소화할 수 있는 팽이말뚝을 제안함 .

구현방법

기술의 원리

본 발명의 팽이말뚝은 탄성층과 비탄성층을 교차로 적층하여 지진 시 발생하는 에너지를 흡수하고 분산하는 원리를 사용함. 이로써 지진 에너지를 효율적으로 소산하여 구조물의 피해를 최소화할 수 있음 .
팽이부는 탄성층과 비탄성층이 교차로 적층된 구조로, 이는 천연고무 또는 합성고무와 같은 탄성 재료와 철 등의 비탄성 금속 재료로 구성됨. 이를 통해 수직하중과 수평하중을 모두 흡수 및 분산처리할 수 있음 .

구체적인 구현 방법

적층된 팽이말뚝은 원반부, 원뿔 형태의 팽이부, 및 원기둥 형태의 파일부로 구성됨. 팽이부는 중심축을 따라 중심홀이 형성되며, 파일부는 금속으로 형성되어 중심홀에 삽입됨 .
탄성층은 천연고무 또는 합성고무로, 비탄성층은 메탈 재료로 교차 적층됨. 이러한 구조적 특성은 지진 시 에너지를 흡수하고 이를 통해 구조물의 변형을 막아주는 역할을 함 .
연결부는 탄성층과 비탄성층 사이에 결합되는 연결층과, 연결층의 둘레에서 사방으로 돌출되어 형성되는 복수의 연결판을 포함하여 지반 변형에 유기적으로 대응함 .

실험 및 결과

실험 목적

적층 구조를 이용한 팽이말뚝의 내진 성능을 검증하기 위함이며, 이를 통해 기존 대비 지진 발생 시 구조물의 안전성을 평가하고자 함.

실험 방법 및 과정

실험은 실제 지진 조건을 모사한 시뮬레이션을 통해 진행됨. 팽이말뚝을 다양한 조건에서 테스트하여 각각의 조건에서의 성능을 평가함.
지반 변형에 따른 팽이말뚝의 변화를 기록하고, 탄성층과 비탄성층이 교차 적층된 구조가 지진 에너지를 얼마나 효과적으로 흡수하는지 분석함 .

실험 결과

적층 구조를 이용한 팽이말뚝은 기존의 팽이말뚝 대비 지진 에너지를 더 효과적으로 흡수하여 내진 성능이 우수함을 입증함.
탄성층과 비탄성층의 적층 구조는 수평방향의 유연성과 높은 수직 강성을 제공하여 지진 시 구조물의 피해를 크게 감소시킴 .

발명의 활용 방안

적층 구조를 이용한 팽이말뚝은 내진성이 요구되는 다양한 건축물 및 토목구조물의 기초에 적용 가능함. 특히, 지진 발생 빈도가 높은 지역이나, 지반이 약한 지역에서 효과적으로 활용될 수 있음 .
대형 건축물이나 인프라 프로젝트에서 사용될 경우, 구조물의 안정성을 높이고 지진 피해를 최소화하는 데 큰 기여를 할 수 있음.

기대효과

본 발명은 구조물의 내진 성능을 대폭 향상시켜 지진으로 인한 피해를 줄이고, 안전성을 높일 수 있음.
시공이 간편하고, 표준화된 부속품을 사용하여 시공 기간을 단축할 수 있는 장점을 가짐 .
정부 정책 및 안전 기준을 충족하면서도 비용 절감을 가능하게 함으로써 건설 산업 전반에 긍정적인 경제적 파급효과를 기대할 수 있음.

대표도면

기술이전 담당자 연락처

담당자명: 이미정 계장
부서: 기술사업화팀
전화번호: 032-835-9766
이메일: mijung@inu.ac.kr
인천대학교 산학협력단
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