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막구조물용 재해예방을 위한 장력 측정 및 동적제어 스마트 기술
▲ 하창우 대표이사 (주)스페이스업
기술개발 배경
막구조물은 2002 한일월드컵의 스타디움 건설을 기점으로 우리의 생활 공간 속에 설치, 널리 보급되기 시작하였다.
막구조물은 경량화된 지붕재료로 대공간이 필요한 체육관, 운동장 등에 많이 건설되기 시작하였으나, 유지보수 기술의 부족과 자연재해(태풍, 폭설) 등으로부터 파손되는 사례가 종종 발생하고 있어 유지보수와 파손방지 대책에 대한 인식이 증가하고 있으나 유지보수 기술은 국내외에 전무한 실정이다.
개발된 “막구조물용 재해예방을 위한 초기 장력01 측정 및 동적제어 스마트 기술”은 초기 장력 유지와 자연으로부터 강한 힘이 발생하는 경우 제어할 수 있는 기술이며, 자연재해로부터의 막구조물 파손을 방지할 수 있는 재해예방 기술이다.
기술의 소개
막구조물은 연성 구조물로 설치시 정확한 초기 장력을 도입 및 유지하여야 한다.
그러나 막구조물의 설치 기술 부족으로 초기 장력을 정확히 도입하지 못하는 경우가 발생하고, 장기간 자연환경에 노출되어 바람, 눈, 비 등에 의한 변형으로 초기 장력을 유지하지 못하는 경우가 종종 발생하고 있다.
Creep에 의해 변형이 발생하게 되면 막재에 물고임 현상 등이 일어나게 된다.
시간이 지남에 따라 누적되면 막재가 파손되어 지붕으로서의 역할을 할 수 없게 된다.
동적제어 스마트 기술은 초기 장력이 손실되면 장력을 감지(장력 측정 및 조절)하여 이에 대응하는 신호를 보내 Jacking System을 작동시켜 막구조물이 항상 초기 장력을 유지시키며 안정화될 수 있도록 하는 기술이며, 설정값에 따라 막의 장력을 실시간 조절한다.
다른 하나는 적설하중에 의한 파손방지 기술이다.
적설하중은 Creep과 달리 막재에 과도한 하중이 적용될 경우 이로 인한 파손을 방지하는 기술로 적설하중을 제거하는 기술이다.
미리 초기 장력 값, 적설 감지 장력 값, 막재의 최대 장력 값 등을 설정하며, 설정값에 상응하는 값이 되었을 때 Jacking System을 작동시켜 막재의 장력을 증가시켜 눈을 제거하고 다시 초기 장력으로 환원시킴으로써 막구조물을 안정화 시키고 적설로부터 파손을 방지하는 기술이다.
기술의 장치 구성
동적제어 스마트 막구조물 기술은 그림 2와 같은 장치로 구성된다.
장력 측정 및 조절 장치는 막구조물 접합부에 설치하여 실시간으로 장력을 측정하고 측정데이터는 동적제어 시스템에 전달된다.
전달된 장력 값이 설정된 값에 도달하였을 때 장력 조절 장치에 신호를 보내 막재를 안정화 할 수 있다.
기술의 장점
기존 수동식 재해예방 기술은 수동식 장력 측정기를 활용하는 방식으로 정확한 데이터 확보가 어렵고, 실시간 측정 및 대응이 불가능하여 막재의 파손을 방지하기에는 역부족이었다.
이에 비해 동적제어 스마트 막구조물 기술은 실시간 대응이 가능하게 되어 획기적으로 막재의 파손을 방지할 수 있다(표 1).
기술의 파급효과
본 기술은 막구조물 유지관리 분야의 새로운 시장 개척과 실시간 유지관리를 수행하며 막구조물의 파손을 방지하여 경제적 손실 감소는 물론 재해예방까지 할 수 있다.
그리고 설치가 완료된 막구조물에 설치, 적용 가능한 범용적인 기술로 파손을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 예상된다.
또한 확보된 기술력을 바탕으로 지진제어 장치와 재난예보 기술 등 동적외력 하에 가해지는 힘을 측정·제어하는 분야에 활용 가능할 것으로 예상되며, 사물인터넷(IoT) 접목시 구조물의 재해예방에 큰 도움이 될 것으로 예상된다.
01 막재는 연성재료로 시공시 도입하는 장력을 초기 장력이라 한다.