본 연구에서는 샌드위치형 구조를 갖는 강-폴리머 프리패브 적층 복합 바닥의 내화 성능을 표준 내화 시험을 통해 평가하고, 유한요소해석으로 분석하였다. 이러한 형태의 해석은 복잡한 재료 특성과 큰 변형을 모사하기 위해 열(thermal) 및 구조(structural) 분야라는 두 가지 측면을 고려해야 한다. 선행연구들이 열 분야에서의 해석을 이미 수행한 바 있으므로, 본 연구에서는 열해석으로부터 얻은 온도 분포를 기반으로 한 구조해석만을 수행하였다. 시험체의 변수는 상부 및 하부 강판과 폴리머의 두께였다. 해석 결과에 따르면, 상부 강판 두께는 내화 성능의 판정 기준인 안정성 평정값에 영향을 미치지 않았으나, 하부 강판은 안정성 평정값과 선형 상관관계를 보였다. 복합 바닥의 안정성 평정값에 대한 식을 제안하였고, 열해석 결과로부터 얻은 단열 평정값을 바탕으로 내화 성능에 대한 식을 도출하였다.

제4차 산업혁명 시대에 빅데이터와 3D 프린팅 기술을 건설 산업에 통합함으로써 생산성이 극대화되고 있다. 현재는 생산 비용을 절감하기 위해 3D 프린팅 기술을 통해 최적의 외장(cladding) 구조를 연구하려는 활발한 노력이 진행되고 있다. 본 논문은 고강도 ABS-M30 폴리머 패널을 내진 보강(내부 보강) 구조로 활용한 새로운 형태의 3D 프린트 커튼월(curtain wall)을 제안한다. 이 패널은 표준 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 폴리머보다 강한 것으로, 3D 프린팅 방식인 FDM(용융 적층 조형, fused deposition modeling)을 통해 제작되어 일반 시멘트 패널의 중량을 감소시키고자 하였다. 또한 폴리머 보드의 형상을 설계하였으며, O, W, X의 세 가지 형상을 고려하여 외장재의 중량을 추가로 줄이는 데 도움을 주었다. 횡하중 시험과 유한요소법 분석을 통해 구조의 중앙 처짐을 비교한 후 최적 모델을 선정하였다. 설계 풍속의 100%에서 두 방법의 측정 데이터는 약 10%의 차이를 보였으나, 설계 풍속의 150%에서는 두 데이터 세트 간의 차이가 27%로 증가하였다.

콘크리트 균열은 구조물의 사용성을 위협하고 건축물의 미관을 저하시킬 수 있다. 또한 미세한 균열은 시간이 지남에 따라 대규모 균열로 발전하여 과도한 외부 하중에 노출될 경우 구조적 파괴로 이어질 수 있다. 더불어 콘크리트 균열의 폭과 깊이를 정밀하게 측정하여 균열이 구조물의 안정성에 미치는 영향을 조사할 필요가 있다. 이에 따라 열화상과 기계학습을 이용하여 콘크리트 균열 깊이를 탐지하는 비파괴·비접촉 검사 방법을 도입하였다. 균열 시편의 열화상은 주간 조명 조건에서 수개월 동안 일정한 시험 장치를 사용하여 획득하였으며, 이를 통해 시편의 온도 분포를 측정하기에 충분한 열을 확보하였다. 기록 파라미터로는 기온, 습도, 조도(illuminance) 등이 포함되었다. 열화상으로부터 균열의 폭과 깊이에 따라 균열 및 표면 온도를 파라미터를 통해 도출하였다. 네 가지 기계학습 알고리즘(결정 트리, 매우 무작위 트리, 그래디언트 부스팅, AdaBoost)을 선택하였고, 균열 깊이 예측 결과를 비교하여 최적의 알고리즘을 식별하였다. 또한 기계학습의 효율을 평가하기 위해 주성분분석(principal component analysis), 특이값분해(singular value decomposition), 독립성분분석(independent component analysis)을 이용한 데이터 편향 분석을 수행하였다.

제4차 산업혁명은 건설 분야, 특히 안전 점검과 고층 구조물 개발에서의 기술 발전을 촉진해 왔다. 접촉 기반 방법에 의존하는 전통적 구조물 점검은 비용이 많이 들고 시간이 소요될 뿐 아니라, 검사자에게 안전상의 위험을 초래하며 자료의 주관성 문제가 있다. 이에 따라 보다 효율적인 비접촉식 결함 탐지 기법에 대한 필요성이 제기된다. 적외선 열화상 열화상법은 콘크리트 구조물의 결함을 검출하는 데 널리 사용되는 유망한 비파괴 검사 방법으로 부상하였으나, 철 구조물에서 용접 결함을 식별하는 데 적용하는 연구는 아직 충분히 탐구되지 않았다. 본 연구는 적외선 열화상 열화상법을 이용하여 철 구조물의 용접 결함을 신속하고 정확하게 탐지하고자 한다. 인공 결함을 포함한 시험편을 제작한 뒤 수동 적외선 방법으로 평가하였다. 결함이 있는 용접과 정상 용접의 열화상 및 표면 온도 데이터를 분석하였으며, 결함 존재 여부는 용접 온도의 표준편차를 기준으로 판단하였다. 야외에서 수행된 수동 방법은 결함 부위와 정상 부위 간의 표준편차에서 유의미한 차이를 보여, 철 구조물에서 용접 결함을 효과적으로 검출하는 데 적외선 열화상 열화상법의 잠재력이 있음을 입증하였다.

본 연구에서는 샌드위치형 구조를 갖는 강-폴리머 프리패브 적층 복합 바닥의 내화 성능을 표준 내화 시험을 통해 평가하고, 유한요소해석으로 분석하였다. 이러한 형태의 해석은 복잡한 재료 특성과 큰 변형을 모사하기 위해 열(thermal) 및 구조(structural) 분야라는 두 가지 측면을 고려해야 한다. 선행연구들이 열 분야에서의 해석을 이미 수행한 바 있으므로, 본 연구에서는 열해석으로부터 얻은 온도 분포를 기반으로 한 구조해석만을 수행하였다. 시험체의 변수는 상부 및 하부 강판과 폴리머의 두께였다. 해석 결과에 따르면, 상부 강판 두께는 내화 성능의 판정 기준인 안정성 평정값에 영향을 미치지 않았으나, 하부 강판은 안정성 평정값과 선형 상관관계를 보였다. 복합 바닥의 안정성 평정값에 대한 식을 제안하였고, 열해석 결과로부터 얻은 단열 평정값을 바탕으로 내화 성능에 대한 식을 도출하였다.

제4차 산업혁명 시대에 빅데이터와 3D 프린팅 기술을 건설 산업에 통합함으로써 생산성이 극대화되고 있다. 현재는 생산 비용을 절감하기 위해 3D 프린팅 기술을 통해 최적의 외장(cladding) 구조를 연구하려는 활발한 노력이 진행되고 있다. 본 논문은 고강도 ABS-M30 폴리머 패널을 내진 보강(내부 보강) 구조로 활용한 새로운 형태의 3D 프린트 커튼월(curtain wall)을 제안한다. 이 패널은 표준 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 폴리머보다 강한 것으로, 3D 프린팅 방식인 FDM(용융 적층 조형, fused deposition modeling)을 통해 제작되어 일반 시멘트 패널의 중량을 감소시키고자 하였다. 또한 폴리머 보드의 형상을 설계하였으며, O, W, X의 세 가지 형상을 고려하여 외장재의 중량을 추가로 줄이는 데 도움을 주었다. 횡하중 시험과 유한요소법 분석을 통해 구조의 중앙 처짐을 비교한 후 최적 모델을 선정하였다. 설계 풍속의 100%에서 두 방법의 측정 데이터는 약 10%의 차이를 보였으나, 설계 풍속의 150%에서는 두 데이터 세트 간의 차이가 27%로 증가하였다.

콘크리트 균열은 구조물의 사용성을 위협하고 건축물의 미관을 저하시킬 수 있다. 또한 미세한 균열은 시간이 지남에 따라 대규모 균열로 발전하여 과도한 외부 하중에 노출될 경우 구조적 파괴로 이어질 수 있다. 더불어 콘크리트 균열의 폭과 깊이를 정밀하게 측정하여 균열이 구조물의 안정성에 미치는 영향을 조사할 필요가 있다. 이에 따라 열화상과 기계학습을 이용하여 콘크리트 균열 깊이를 탐지하는 비파괴·비접촉 검사 방법을 도입하였다. 균열 시편의 열화상은 주간 조명 조건에서 수개월 동안 일정한 시험 장치를 사용하여 획득하였으며, 이를 통해 시편의 온도 분포를 측정하기에 충분한 열을 확보하였다. 기록 파라미터로는 기온, 습도, 조도(illuminance) 등이 포함되었다. 열화상으로부터 균열의 폭과 깊이에 따라 균열 및 표면 온도를 파라미터를 통해 도출하였다. 네 가지 기계학습 알고리즘(결정 트리, 매우 무작위 트리, 그래디언트 부스팅, AdaBoost)을 선택하였고, 균열 깊이 예측 결과를 비교하여 최적의 알고리즘을 식별하였다. 또한 기계학습의 효율을 평가하기 위해 주성분분석(principal component analysis), 특이값분해(singular value decomposition), 독립성분분석(independent component analysis)을 이용한 데이터 편향 분석을 수행하였다.