Smart steel repairs bridge cracks and boosts strength 2× when heated at 392°F
The method uses fiber-optic sensors and digital imaging to track structural changes.
Swiss scientists have made significant progress in improving the lifespan of aging concrete bridges after developing a smart shape-memory steel that tightens itself when heated, closing cracks and doubling structural strength.
https://interestingengineering.com/innovation/smart-steel-bridge-strength-tests
이 방법은 광섬유 센서와 디지털 이미징을 사용하여 구조적 변화를 추적합니다.
열을 가하면 원래 형태로 복원
스위스 과학자들이 열을 받으면 스스로 수축하여 균열을 메우고 구조적 강도를 두 배로 높이는 스마트 형상 기억 강철을 개발하여 노후화된 콘크리트 교량의 수명을 연장하는 데 상당한 진전을 이루었습니다.
초고성능 섬유강화 콘크리트(UHPFRC)와 형상기억강을 결합한 새로운 보강 시스템은 열을 가하면 원래 형태로 복원될 수 있습니다. 이 시스템은 스위스 연방 재료과학기술연구소(Empa)의 과학자들이 개발했습니다.
연구팀에 따르면, 이 고강도 콘크리트는 데크 슬래브에 직접 시공할 수 있으며, 밀도가 매우 높고 방수성이 뛰어납니다. 또한, 하중 지지력을 높이기 위해 기존의 철근이 내부에 매립되어 있습니다.
구조공학 연구소에서 박사 과정을 밟고 있는 연구원 안젤라 세케이라 레모스는 이 보강 시스템의 장점은 단순함에 있다고 말했습니다. "철근을 고정하고 열을 가하면 나머지는 철근이 알아서 해냅니다."라고 레모스는 덧붙였습니다.
치유의 다리
시험 결과, 이 하이브리드 시스템은 손상된 교량 상판을 복원하고 기존 균열을 메우며 하중 지지력을 두 배로 늘렸습니다. 이 시스템은 특히 1980년대 이전에 건설되어 설계 수명 종료가 가까워지고 있는 국내 교량의 문제를 해결하는 데 중요한 시기에 등장한 것으로 알려져 있습니다.
활성화된 Fe-SMA 철근은 원래 늘어난 형태로 수축하려는 성질을 가지고 있습니다. 하지만 주변 콘크리트 에 의해 구속되기 때문에 내부 응력을 발생시킵니다. 이러한 힘은 복잡한 인장 장치 없이도 균열을 메우고, 변형된 부재를 들어 올리며, 교량의 수명을 연장할 수 있습니다.
연구팀은 Fe-SMA가 UHPFRC와 어떻게 결합하는지 연구하고 두 재료를 결합하는 방법을 시도했습니다. 그런 다음 각각 5미터(16피트) 길이의 실물 크기 콘크리트 슬래브 5개와 캔틸레버식 교량 상판 모형에 이 아이디어를 적용하여 테스트했습니다.
새로운 개조 표준
실제 손상을 재현하기 위해 연구진은 보강하기 전에 의도적으로 슬래브에 균열을 냈습니다. 슬래브 하나는 대조군으로 그대로 두었고, 나머지 슬래브에는 UHPFRC만 사용하거나 UHPFRC와 스마트 강철을 결합하여 보강했습니다.
엔지니어들은 슬래브의 변형을 지속적으로 추적했습니다. 디지털 카메라로 콘크리트 표면의 균열을 모니터링했고, 철근을 따라 미세한 광섬유 센서를 설치했습니다. 세케이라 레모스는 성명에서 "우리의 시스템이 효과적일 뿐만 아니라 기존 교량을 실제로 복원할 수 있다는 것을 입증할 수 있었습니다."라고 밝혔 습니다 .
"저희는 통신에 사용되는 광섬유 케이블과 유사한 방식으로 작동하는 센서를 사용합니다."라고 그녀는 덧붙였다. "하지만 광섬유를 통해 암호화된 데이터를 전송하는 대신, 반사된 빛을 분석합니다." 이를 통해 막대가 어떻게 변형되는지 정확하게 파악할 수 있었다.
실험 결과, 이 하이브리드 시스템은 일반적인 도로 교통과 같은 일상적인 조건에서 기존 보강재보다 우수한 성능을 보였습니다. 하지만 Fe-SMA 소재가 상대적으로 고가이기 때문에, 연구팀은 이 시스템을 심하게 변형되었거나 이미 손상된 기반 시설에 적용할 것을 제안했습니다.
잠재적 적용 분야로는 발코니, 평지붕 및 소형 보강 솔루션이 필요한 기타 콘크리트 부품이 있습니다. 세케이라 레모스는 "만약 우리 시스템으로 실제 교량을 보강할 수 있다면, 업계의 관심이 빠르게 증가할 것으로 예상됩니다."라고 말했습니다. "수요가 증가함에 따라 재료비도 하락할 가능성이 높으며, 그렇게 되면 이 기술은 교량 보수 분야에 지속적인 변화를 가져올 수 있을 것입니다."
스위스 혁신청 (Innosuisse)의 자금 지원을 받은 이 프로젝트는 스위스 동부 응용과학대학교, Empa의 스핀오프 기업인 re-fer, 스위스 시멘트 산업 협회 등과 협력하여 개발되었습니다.
https://interestingengineering.com/innovation/smart-steel-bridge-strength-tests
Retrofitting bridges with smart steel
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