Q: 건축 자재의 혁신을 주도하는 토목 엔지니어링 또는 건축 트렌드는 무엇입니까?
Rick Bearden: 지진이 발생하는 지역에서 토목 구조물(건물 및 교량)의 내진성을 강화하는 것은 지속적인 글로벌 초점입니다. 토목 엔지니어와 설계자는 구조 안전을 개선하고 인명을 보호할 방법을 지속적으로 찾고 있으므로 지속적인 혁신을 추진하고 있습니다. 주목할만한 트렌드 중 하나는 강화 콘크리트(RC) 구조물에 초고강도 철근(철근)을 사용하는 연구입니다. 특히 연구자들은 철근 콘크리트 구조물의 비탄성 특성을 강화하여 지진 발생 시 재난적으로 파괴되는 것을 방지하는 방법을 모색하고 있습니다. 그들의 발견은 이러한 목적으로 철근 강도를 극적으로 증가시키고 있습니다. 이에 대한 좋은 예는 일본에서 왔으며 현재 최대 1,275MPa(메가 파스칼)의 항복 응력을 견딜 수 있는 철근을 보유하고 있습니다. 이는 기존 철근의 275~520MPa 범위에 비해 천문학적으로 증가한 수치입니다.
Q: 강화 콘크리트(RC)가 구조물의 내진성을 향상시키는 데 어떻게 기여할 수 있는지 설명하십시오.
Bearden: 철근은 강화 콘크리트 보 또는 기둥에 연성을 부여하거나 인장 응력하에서 변형할 수 있는 능력을 부여합니다. 콘크리트는 본질적으로 압축 하중을 받을 때 잘 버티지만 부서지기 쉽고 굽힘이나 버클링으로 인한 장력에는 버틸 수 없습니다. 콘크리트를 철근으로 보강하면 탄성이 추가되어 RC 멤버가 일부 굽힘 하중을 처리할 수 있으며 하중이 제거되면 원래 상태로 돌아갑니다. RC 멤버에 요구되는 탄성 특성은 전 세계의 현재 건물 및 토목 공학 코드에 잘 정의되어 있습니다. 그러나 지진 발생 시 구조물은 비탄성 상태로 몰아넣을 수 있는 엄청난 횡력을 받게 되며 신장이나 항복으로 인해 원래 응력 상태로 돌아가지 못합니다. 이 때 구조적인 오류가 발생합니다. 초고강도 철근은 비탄성 범위에서 구조물의 성능을 향상시켜 심하게 손상된 경우에도 완전한 파손을 방지합니다.
Q: 철근의 강도와 RC 멤버의 연성을 높이기 위한 지속적인 연구를 설명해주십시오.
Bearden: 강화 콘크리트 설계는 잘 확립된 엔지니어링 분야이지만 새로운 초고강도 철근의 초점은 고강도 합금의 화학적 조성, 철근 제조 공정 및 RC 멤버 내에서 철근이 배치되는 방법입니다. 기계적 테스트는 이 연구의 모든 측면에서 중요한 역할을 합니다. 철근을 구성하는 재료와 철근의 길이를 따라 결합하는 기계적 스플라이스를 특성화해야 합니다. 조립된 철근/기계적 접합 구성요소는 강도와 피로를 테스트해야 합니다. 그리고 RC 멤버 자체는 철근 강도, 콘크리트 강도 및 RC 멤버 내 철근 배치가 내진성을 개선할 방법을 이해하기 위해 테스트해야 합니다. 이 연구는 예상대로 일본, 러시아, 우크라이나, 미국, 한국, 인도, 중국 등 지진 활동이 활발한 지역에 초점을 맞추고 있습니다. 그러나 지진 위험 지역에 있는 대학뿐만 아니라 전 세계의 대학들도 이 분야의 기초 연구에 기여하고 있습니다. 좋은 예는 내진 엔지니어링 시뮬레이션용 네트워크(NEES) 컨소시엄의 일부인 미네소타 주립대학입니다.
Q: 항복 강도가 높은 철근의 개발은 기계적인 테스트 요건에 어떤 영향을 줍니까?
Bearden: 항복 강도가 증가하면 장력도 증가하므로 기계적 테스트는 철근과 접합 재료, 조립 부품을 테스트하기 위해 더 높은 부하 프레임이 필요합니다. 지난 몇 년 동안 철근 테스트를 위해 백만 파운드, 심지어는 2백만 파운드 부하 프레임에 대한 문의를 받기도 했습니다. 지금까지 철근 테스트 시스템에 대한 수요는 항상 50만 파운드 이하였으므로 이는 새로운 현상입니다. 물론 테스트 시스템과 함께 제공되는 액세서리(그립, 고정물, 센서)도 더 높은 힘을 필요로 합니다. 조립된 RC 보에 대한 구조 테스트 장비의 사용도 진화할 것입니다. 비탄성 동작에 대한 새로운 연구가 테스트 목표와 초점을 변경하기 때문입니다. 또 다른 영향은 연구자들이 정적, 장력만 있는 동작을 조사하고 있을 뿐만 아니라 동적, 완전 제로 장력-압축 피로 테스트를 수행하기를 원한다는 것입니다.
Q: MTS는 이러한 고하중 요구 사항을 충족하기 위해 어떤 기계적 테스트 솔루션을 제공할 수 있습니까?
Bearden: 저희는 철근, 기계적 접합 및 철근/스플라이싱 어셈블리와 같은 고강도 재료 및 구성요소 테스트 요구 사항을 만족시키기 위해 제어, 응용 소프트웨어, 그립, 고정 장치 및 액세서리, 유압 동력 및 분배를 포함하는 턴키 부하 프레임 솔루션 일체를 제공합니다. 동적 장력-장력 또는 장력-압축 사이클링을 위해 1.0~30.0MN에 이르는 매우 넓은 범위의 힘 용량을 포함하는 완벽한 피로 등급 4열 서보 유압 부하 프레임을 가지고 있습니다.
보 또는 기둥과 같은 고강도 철근이 통합된 실물 크기 구조물을 테스트하기 위해 피로 등급 토목 테스트 액추에이터, 고하중 스위블, 대형 포털 프레임 또는 반응 구조, 제어, 응용 프로그램 소프트웨어, 액세서리 및 필요한 경우 수력 및 분배로 구성된 턴키 시스템을 제공합니다. 일반적으로 이러한 시스템은 3점 또는 4점 굽힘 테스트를 수행하는 데 사용되며 고강도 RC 테스트 항목을 실패로 유도할 수 있습니다.
Q: 미래를 내다보면 이러한 요구를 충족하기 위해 새로운 기술이 필요합니까?
Bearden: 저희는 MTS 포트폴리오가 계속해서 고객이 요구하는 사항을 포함하도록 해야 합니다. 저희 유압 웨지 그립 기술에는 혁신할 부분이 더 있습니다. 고강도 철근을 테스트하는 데 필요한 힘은 인기 있는 측면 로딩 그립의 한계를 밀어붙이고 있어 비교적 빠르고 쉽게 시편을 설치할 수 있습니다. 그러나 그립 하우징의 응력이 극도로 높아지기 때문에 백만 파운드 범위에 도달하면 디자인을 쉽게 확장할 수 없습니다. 저희의 폐쇄형 하우징 641 스타일 그립은 이 범위에서 테스트를 위한 실행 가능한 대안이지만 동일한 설치 용이성을 제공하지는 않습니다. 그래서 저희는 측면 로딩 웨지 그립의 가능한 개선을 조사하고 있습니다. 또한 광학 또는 레이저 신율계와 같은 다양한 측정 기술의 잠재적인 이점도 탐구하고 있습니다. 즉 현재 MTS 제품은 고강도 철근 및 RC 구조 테스트에 매우 적합합니다. 저희가 목표로 잡은 턴키 솔루션, 이 응용 분야에서의 경험의 깊이와 폭 그리고 연구원들이 정확한 요구 사항을 충족하는 데 필요한 것을 제공하는 저희의 능력은 타의 추종을 불허합니다.
