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교량설계보고서

2019년 창의적기초공학설계 보고서Bridge Designer 실습 보고서팀명제출일팀원성명목 차1. 필요성22. 설계23. 제작34. 결과 및 토의65. 결론6참고자료7요약문‘Bridge Design'이라는 프로그램을 이용해 안정적이고 경제적이며 창의적인 교량을 설계하고 이를 통해 역학적 원리를 이해하는 것을 목적으로 한다. 마인드맵을 이용해 개념설계를 했고 실제설계를 위해 3가지 의견을 수렴해 설계를 완성했다. 평가기준조건에 부합하도록 설계를 하다 보니 총 4차례 재설계를 했고 최종적으로 거북이 등껍질을 연상시키는 아치 형태로 모든 기둥을 튜브로 설치해 초기 목적에 맞는 교량을 완성했다. 완성된 교량은 현존하는 다른 다리와 유사한 점이 있어 창의적인 면에서는 다소 부족하다고 보지만 안전성과 경제성에서는 뛰어났다.1. 필요성공학자는 최소한의 비용으로 요구하는 기준에 부합하는, 거기에 더해 새로운 디자인의 건축물을 효율적이게 설계하는 능력이 요구된다. 그러므로 이 과제를 수행해야 하는 이유는 'Bridge Design'이 설계에 있어 중요한 요소인 안전성, 창의성, 경제성을 대해 고민하고 생각할 기회를 주는 중요한 프로젝트이기 때문이다.이제 까지 알고 있는 역학적 지식들을 사용하여 구조물의 형태나 자재의 종류 또는 크기 등을 바꿔가며 다수의 시행착오를 경험해 본다. 이를 통해 교각이 어떻게 해야 다리로서의 기능을 유지할 수 있는지, 나아가 이에 담긴 역학적 원리에 대해 이해하는 것을 목적으로 한다.2. 설계실제 제작에 들어가기에 앞서 마인드맵을 이용해 경제성, 창의성, 그리고 안정성을 충족시키기 위한 설계방안을 찾기로 했다.총 4번의 재설계를 통해 최종 교량이 완성되었다. 위의 3가지 요소들을 만족하기 위한 의견들 중 가장 실현가능성 높은 3가지 의견을 토대로 설계했다. 첫 번째로, 하중을 분산시키기 위해 아치형 구조를 활용하는 것이다. 달걀이나 거북의 등껍질 등 견고한 자연물들이 아치라는 것에서 착안했다. 두 번째로, 내부 구조를 다각형 중 내구성이 뛰어난 삼각형으로 구성하는 것이다. 거기에 더해 압축력을 분산시키기 위해 삼각형 구조물 사이에 기둥을 설치했다. 마지막으로 설계비용을 줄이기 위해 모든 자제를 튜브로 바꾸고 하중이 집중되는 부분은 두께를 늘리기로 했다.실제설계를 위해 고려한 의견? 하중 분산을 위한 아치형 구조 활용.? 교각 내부구조를 삼각형으로 설계하되 그 사이에 기둥 설치.? 튜브활용결론적으로 최종 교량의 형태는 아치형태 위쪽 프레임과 바닥 도로면을 잇는 삼각형 트러스 구조 사이사이에 기둥을 넣어 안정성을 높이고 창의성을 더했다. 그리고 모든 기둥을 튜브로 사용하여 경제적인 교량을 완성했다3. 제작2차 제작 결과2차 다리 제작 시에는 거북이의 등껍질을 모형화 한 것을 모티브로 삼았다.거북이 등껍질은 위쪽 골격부분이 주로 하중을 지탱하고 위아래 층 사이에 빈공간이 많은 뼈가 들어있는 형태이다. 다리의 윗부분 프레임을 주요 골격으로 삼고 사이에 얇은 Hollow Tube를 넣어 하중이 적절하게 분산되도록 설계했다. 이러한 구조는 가벼울 뿐 만 아니라 적은 양의 자재를 사용해서 같은 강도를 낼 수 있었다.또한 위에서 알게 된 부분을 고려하여 high-strength low-alloy steel의 Hollow Tube을 힘이 많이 가해지는 곳에 사용하고 나머지 부분에는 Carbon Steel의 재질을 사용하여 비용을 절감하였다. 그리고 아치모양으로 설계하여 효과적으로 하중을 배분할 수 있었다.4차 제작 결과결국 기준조건에 부합하는 2차 제작품을 재설계 하였다. 앞선 경험에서 얻은 노하우로 triz의 copy기법을 사용해 불필요한 부분을 제거하고 지지대를 더욱 간소화 시켜 다리의 고정하중과 비용을 절감했다. 재료의 경우 Local quality 기법을 사용하여 세 가지 종류의 금속을 적절히 섞고 Hollow Tube만을 사용하니 비용을 크게 절감할 수 있게 됐다. 안전성과 경제성 창의성 이 세 가지 요소를 충족하는 다리를 만들 수 있었다.# 1,3차 시도는 다리의 하부에 구조물을 설치하지 마라는 조건을 어겨 기재하지 않았다.4. 결과 및 토의평가지표대비 자체평가평가항목세부항목배점 (%)자체평가평가사유비고설계의 우수성창의성2010? 일반적인 다리와 외형상의 큰 차이가 없음.안정성2020? 아치형구조와 트러스트 구조를 활용해서 안전성을 크게 높임.? 트럭이 몇 번을 지나가도 붕괴되지 않았음.경제성2020? 모든 구조가 튜브를 이용해 만들어져 예산을 절감함.? 2500000이라는 이상적인 수치에 근접함.발표자료발표내용과의 일치도1515? 발표내용을 이해하는 데 있어서 부족함이 없음.

공학/기술| 2021.05.29| 5페이지| 2,000원| 조회(529)

기계공학, 교량설계, 교량설계 보고서, Bridge Designer

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