[VE ideas] 폭풍 해일에 대비하는 거대한 콘크리트 캐노피

 

폭풍 해일에 대비하는 거대한 콘크리트 캐노피

기능 그늘을 제공한다 + 폭풍우를 피한다. 두가지 기능을 한번에 수행하는 구조물 설치를 위한 설계안입니다. 아래 발췌.번역 및 재구성하였습니다. 

 

Giant umbrellas shift from convenient canopy to sturdy storm shield

 

1. 프린스톤 대학교 캐노피 소개 기사

 Molly Sharlach 작성
 2020 년 4 월 1 일

 

폭풍이 해안 근처에서 바람과 파도를 일으켜 해변을 가로 지르는 판자 길을 따라, 대형 콘크리트 우산 줄이 아래로 기울기 시작하여 편리한 캐노피에서 다가오는 맹공격에 대한 방패로 변합니다. 

 

폭풍 해일방지에 대한 새로운 접근 방식에서 Princeton 팀은 이러한 이중 목적의 움직이는 우산을 위한 예비설계를 만들었습니다. 한 연구 구조공학저널(the ASCE Journal of Structural Engineering)에 3월 28일 게시, 연구진은 급성 폭풍 서지를 견딜 수 있는 우산의 능력을 평가하기 시작하는 전산모델링을 사용했다.

 

해수면이 상승하고 폭풍이 강해짐에 따라 해안 지역 사회는 사람들과 재산을 극심한 홍수로부터 보호하기 위해 더 많은 방벽을 만들고 있습니다. 이러한 장벽은 매력적이지 않고 해변으로의 접근을 제한 할 수 있지만 프린스턴 팀의 우산은 날씨가 맑을 때 그늘을 제공 할 수 있으며 폭풍에 앞서 기울어 져 홍수 장벽을 형성 할 수 있습니다.

 

선임연구 저자인 Shengzhe Wang 은 “이것은 전형적인 해안 방어 구조 그 이상입니다. 토목 및 환경 공학 학생은 "누군가가 해안 대응책에 내재된 구성 요소로 아키텍처를 통합하려고 시도한 것은 이번이 처음입니다."라고 말했다. 

 

제안된 우산은 약 4 인치 두께의 철근 콘크리트 껍질로, 쌍곡선 포물면 모양 (하이파로 단축 됨)으로 만들어졌으며, 한 축을 따라 안쪽으로 구부러지고 다른 축을 따라 바깥쪽으로 구부러지는 안장 같은 구조입니다. 이 구조는 1950 년대와 1960 년대 멕시코에서 얇은 껍질의 지붕 지붕으로 수백 개의 건물을 설계 한 스페인 출신 건축가 Félix Candela의 작품에서 영감을 얻었습니다.

 

토목 및 환경 공학 교수인 Maria Garlock 교수는 오랫동안 Candela의 설계를 연구했습니다. 그녀는 Candela에 관한 책을 공동 저술 했으며 그의 작품을 탐구 하는 아카이브 와 전시회를 만들었습니다 . 2017 년 가을, 토목 및 환경 공학 부교수 인 브랑코 글리 치치 (Branko Glišić )는 에너지와 빗물을 포획하기 위한“스마트”구조물로서의 파라 우산의 잠재력을 연구하는 프로젝트를 고려하고 있었습니다. 그런 다음 새로운 아이디어가 나왔습니다. 센서를 추가하는 것 외에도“센서를 기울여서 완전히 다른 방식으로 사용하는 것이 어떻습니까?” 그녀가 물었다.

 

< 화창한 날씨에는 대형 콘크리트 우산 한 줄이 해변을 따라 걷는 보행자에게 캐노피를 형성합니다. Mauricio Loyola의 이미지 >

 

Garlock과 Glišić는 프로젝트 X 로부터 자금을 얻었으며 ,이를 통해 공학 교수진은 기존의 아이디어를 추구 할 수 있습니다. Wang은 우산이 해안 보호를 위한 실행 가능한 전략인지 테스트하는 작업을 수행했습니다.

 

Wang은 제안된 우산, 각 측면에서 8 미터 (약 26 피트) 크기의 얇은 콘크리트 쉘의 지오메트리 및 구조적 강도를 분석하여 10 피트 높이, 20 인치 정사각형 기둥으로지지합니다. 이 시뮬레이션에서 그는 기둥이 우산의 중간을 만나는 정점에서 힌지의 기능을 테스트했습니다.

 

팀은 해안 폭풍해일 동안 우산이 어떻게 작동하는지 조사하기 위해 미국 동부 해안을 따라 1899 년에서 2012 년 사이에 허리케인의 폭풍 해일 데이터를 수집한 후 18 미터의 폭풍 해일 높이를 모델링하여 데이터 세트. 유체 구조 상호 작용을 모델링하기 위해 확립 된 수치 적 방법을 활용하여 hypar 구조를 연구한 결과, 우산은 전개 된 높이의 약 75 %에 달하는 물 벽에 직면 할 때 안정적으로 유지 될 것임을 보여주었습니다. 

 

Wang은 “이 외피는 너무 얇아서이 구조를보고있는 사람은 물에서 이러한 큰 힘을 막을 수있을 것이라고 생각하지 않을 것입니다. "그러나 우리는 구조에 필요한 추가 강도를 제공하는 hypar 모양의 지오메트리를 활용할 수 있습니다."

 

Wang은 이제 수치 접근법의 결과를 검증하기 위해 우산의 물리적 모델 (약 6 인치 측정)을 구축했으며 10 피트 길이의 수로 내부에서 난류의 역학적 힘에 대한 모델의 반응을 테스트하기 시작했습니다. 낙상 허리케인의 특징 인 풍력도 풍동 테스트를 통해 포착됩니다.

 

“실제로, 단지 정적인 물더미를 맞지 않을 것입니다. 당신은 파도를 보게 될 것이고, 당신은 그 파도를 발생시키는 바람을 맞게 될 것입니다.”라고 그는 말했다. "다음 단계에서 우리가 포착하려고하는 것은 : 어떻게 우리는 이러한 파도를 물리적으로 시뮬레이션하고 이 파도가 우리의 구조물에 어떤 영향을 미칠까요?"

 

Wang은 대부분의 이전 연구에서 폭풍우를 견딜 수있는 수직 벽 또는 경사 장벽의 성능을 평가했지만 팀의 복잡한 구조로 인해 “구조의 수행 방식을 제어하는 ​​완전히 새로운 규칙 세트가 필요했습니다.”라고 언급했습니다. 솔루션의 복잡성으로 인해 다른 대학원생 인 Vanessa Notario는 MSE 논문의 일부로 쉘의 힘의 흐름을 연구합니다. 

 

강한 바람과 파도에 견딜 수 있도록 구조물을 최적화하는 것 외에도 해안 보호 설계에는 다른 실질적인 고려 사항도 고려해야합니다. Garlock은 기둥의 10 피트 높이는 보행자의 그림자를 제거하는 동시에 우산의 경첩에 대한 접근을 제한하고 기물 파손을 방지하는 데 도움이된다고 말했다.

< 연구원들은 제안된 우산이 26 피트 높이의 약 75 %의 수면에 직면할 때 안정적으로 유지될 것이라고 계산했습니다. Mauricio Loyola의 이미지>

 

이 팀은 우산을 제어하기 위해 센서와 액츄에이터를 추가하고 태양 에너지와 빗물을 포착하기 위한 시스템을 통합 할 뿐만 아니라보다 지속 가능한 재료를 사용할 가능성을 조사 할 계획입니다.

 

"센서는 배치 전, 도중 및 후에 우산이 제대로 작동하고 있는지 확인하는 반면, 액추에이터는 자동 배치뿐만 아니라 최상의 전력 및 우수 수확 목적으로 태양과 바람을 추적 할 수있게합니다."라고 건전도 모니터링 및 스마트 구조물의 전문가인 Glišić는 말했습니다. 

 

Garlock은“이것은 해안 방어 구조에 대해 완전히 새로운 사고 방식입니다. "앞으로 우리의 목표는이 우산을 스마트하고 지속 가능한 커뮤니티의 일부로 만드는 것입니다."

 

새로운 설계를 해안 복원력에 대한 전체 론적 계획에 통합하기 위해 연구원들은 최근 미국 대서양과 걸프 연안에 21세기 홍수지도 를 업데이트 한 프린스턴의 토목 및 환경 공학 부교수인 Ning Lin 과 협력할 예정입니다. 또한 지반 기술자와 함께 일할 계획이 있으며 뉴욕 시장 복원력 사무소와 상의하고 있습니다.

 

이 작품은 프로젝트 X 혁신펀드 (Project X Innovation fund) 기초하였고  프린스턴 대학의 메트로폴리스 프로젝트 에 의해 일부 지원받았다.  

 

아래는 기술인 소개 기사: 조재학기자(2020.04.06)

 

폭풍 해일에 대비하는 거대한 콘크리트 캐노피