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3D 프린팅 콘크리트 재료 및 출력 최적조건을 결정하고, 3D 프린팅 적층패턴을 최적화하고 프리캐스트 세그먼트(310)의 단면 형상을 최적으로 설계하며, 상기 프리캐스트 세그먼트(310)의 3D 프린팅 및 조립부재(320)의 구조/부재 스케일 거동을 평가한 후, 디지털 트윈 모델을 활용하여 합성교량 프로토타입의 확장 설계에 따른 안정성을 평가 및 모니터링하는 합성교량 프로토타입 제작 관리장치(100);콘크리트 재료 공급부(210), 토출헤드(220), 노즐(230) 및 XYZ 이송기구(240)로 이루어지며, 상기 합성교량 프로토타입 제작 관리장치(100)의 3D 프린팅 제어에 따라 합성교량 프로토타입의 프리캐스트 세그먼트(310)를 출력하는 3D 콘크리트 프린터(200);상기 3D 콘크리트 프린터(200)의 3D 프린팅을 통해 제작되는 프리캐스트 세그먼트로서, 합성교량의 콘크리트 바닥판 형성을 위해 서로 연결되는 프리캐스트 세그먼트(310);H형강(321), 전단연결재(322), 긴장재(323) 및 정착부재(324)로 이루어지며, 각각 상기 프리캐스트 세그먼트(310)와 각각 조립되는 조립부재(320); 및상기 프리캐스트 세그먼트(310)와 조립부재(320)를 조합하여 형성되는 합성교량 프로토타입(330)을 포함하되,상기 합성교량 프로토타입 제작 관리장치(100)는 상기 조립부재(320)와 프리캐스트 세그먼트(310)가 조립된 합성교량 프로토타입(330)에 대한 긴장력 평가 및 스케일 실험을 위해 디지털 트윈 모델을 구축하며, 상기 디지털 트윈 모델은 상기 합성교량 프로토타입 형성을 위한 3D 프린팅 적층하중으로 인한 국부적 형상결함을 분석하여 실스케일 합성교량에 대한 실스케일 응답을 예측하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 프리캐스트 세그먼트를 활용한 합성교량 프로토타입 제작 시스템
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제1항에 있어서, 상기 합성교량 프로토타입 제작 관리장치(100)는,합성교량 프로토타입(330)의 3D 프린팅을 위한 콘크리트 재료의 최적 배합을 결정하는 콘크리트 재료 배합 결정부(110);상기 콘크리트 재료의 최적 배합에 대응하는 3D 콘크리트 프린터(200)의 최적 출력이 가능한 노즐 출력조건을 조절하는 노즐 출력조건 조절부(120);3D 프린팅 적층기법에 따른 적층패턴을 최적화하는 적층패턴 설정부(130);상기 합성교량 프로토타입(330)의 콘크리트 바닥판 최적 단면을 유한요소모델링 및 구조해석 기반으로 설계하는 콘크리트 바닥판 설계부(140);상기 콘크리트 바닥판 형성을 위한 프리캐스트 세그먼트(310)의 단면 형상을 최적화하는 세그먼트 형상 설정부(150);상기 콘크리트 바닥판 형성을 위한 프리캐스트 세그먼트(310)의 3D 프린팅 출력을 제어하는 3D 프린팅 출력 제어부(160);상기 조립부재(320)와 프리캐스트 세그먼트(310)가 조립된 합성교량 프로토타입(330)에 대한 긴장력 평가 및 스케일 실험을 위해 구축하는 디지털 트윈 모델 구축부(170); 및상기 디지털 트윈 모델을 활용하여 상기 합성교량 프로토타입(330)을 실스케일 합성교량(400)으로 확장하기 위한 안정성 평가 및 모니터링을 수행하는 프로토타입 평가부(180)를 포함하는 3D 프린팅 프리캐스트 세그먼트를 활용한 합성교량 프로토타입 제작 시스템
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제2항에 있어서, 상기 콘크리트 재료는 상기 프리캐스트 세그먼트(310)를 무철근 형식으로 제작하기 위해 시멘트, 잔골재, 물, 혼화제 및 보강섬유로 이루어지는 섬유보강 콘크리트 재료로서, 상기 콘크리트 재료 배합 결정부(110)는 상기 보강섬유의 종류 및 형태에 따른 최적 배합을 결정하고, 굳지 않은 콘크리트의 성능 평가를 통해 응결지연제, 조강제 및 증점제를 포함하는 상기 혼화제의 최적 배합을 결정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 프리캐스트 세그먼트를 활용한 합성교량 프로토타입 제작 시스템
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제2항에 있어서, 상기 노즐 출력조건 조절부(120)의 노즐 출력조건은 노즐 형태, 노즐 이동속도 및 재료 분사속도를 포함하는 3D 프린팅 프리캐스트 세그먼트를 활용한 합성교량 프로토타입 제작 시스템
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제1항에 있어서, 상기 조립부재(320)는,H 형태의 강재로서, 적어도 하나 이상의 프리캐스트 세그먼트(310)를 서로 연결하도록 측면에 조립되는 H형강(321);리브전단연결재(Perfobond) 형태의 전단키로서, 콘크리트 부재인 상기 프리캐스트 세그먼트(310)와 강재인 상기 H형강(321)을 전단 연결하는 전단연결재(322);상기 합성교량 프로토타입(330)의 길이방향으로 프리스트레싱 긴장력을 인가하기 위해 조립되는 긴장재(323); 및상기 합성교량 프로토타입(330)의 양단부에서 상기 긴장재(323)를 정착시키는 정착부재(324)를 포함하는 3D 프린팅 프리캐스트 세그먼트를 활용한 합성교량 프로토타입 제작 시스템
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제1항에 있어서, 상기 3D 콘크리트 프린터(200)는,시멘트, 잔골재, 물, 혼화제 및 보강섬유로 이루어지는 콘크리트 재료를 공급하는 콘크리트 재료 공급부(210);상기 콘크리트 재료 공급부(210)에서 공급되는 콘크리트 재료를 배합하여 토출하는 토출헤드(220);상기 토출헤드(220)의 체결되어 상기 배합된 콘크리트 재료를 분사하는 노즐(230); 및상기 토출헤드(220)를 X축, Y축 및 Z축으로 각각 이송하는 XYZ 이송기구(240)를 포함하는 3D 프린팅 프리캐스트 세그먼트를 활용한 합성교량 프로토타입 제작 시스템
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a) 합성교량 프로토타입(330)의 3D 프린팅을 위한 콘크리트 재료의 최적 배합을 결정하는 단계;b) 상기 콘크리트 재료의 최적 배합에 대응하는 3D 콘크리트 프린터(200)의 최적 출력이 가능한 노즐 출력조건을 조절하는 단계;c) 3D 프린팅 적층기법에 따른 적층패턴을 최적화하는 단계;d) 합성교량 프로토타입(330)의 콘크리트 바닥판 최적 단면을 유한요소모델링 및 구조해석 기반으로 설계하는 단계;e) 3D 콘크리트 프린터(200)를 사용하여 상기 콘크리트 바닥판 형성을 위한 프리캐스트 세그먼트(310)를 3D 프린팅 출력하는 단계;f) 상기 출력된 프리캐스트 세그먼트(310)에 대응하는 조립부재(320)를 조합하여 합성교량 프로토타입(330)을 형성하는 단계;g) 상기 조립부재(320)와 프리캐스트 세그먼트(310)가 조합된 합성교량 프로토타입(330)에 대한 디지털 트윈 모델을 구축하는 단계; 및h) 상기 디지털 트윈 모델을 활용하여 상기 합성교량 프로토타입(330)을 실스케일 합성교량(400)으로 확장하기 위한 안정성 평가 및 모니터링을 수행하는 단계를 포함하되,상기 합성교량 프로토타입(330)을 실스케일 합성교량(400)으로 확장하기 위해 상기 디지털 트윈 모델을 활용하여 상기 합성교량 프로토타입(330)에 대한 긴장력 평가 및 스케일 실험을 수행하며; 상기 디지털 트윈 모델은 상기 합성교량 프로토타입 형성을 위한 3D 프린팅 적층하중으로 인한 국부적 형상결함을 분석하여 실스케일 합성교량에 대한 실스케일 응답을 예측하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 프리캐스트 세그먼트를 활용한 합성교량 프로토타입 제작 방법
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제9항에 있어서, 상기 a) 단계의 콘크리트 재료는 상기 프리캐스트 세그먼트(310)를 무철근 형식으로 제작하기 위해 시멘트, 잔골재, 물, 혼화제 및 보강섬유로 이루어지는 섬유보강 콘크리트 재료로서, 상기 a) 단계에서 보강섬유의 종류 및 형태에 따른 최적 배합을 결정하고, 굳지 않은 콘크리트의 성능 평가를 통해 응결지연제, 조강제 및 증점제를 포함하는 상기 혼화제의 최적 배합을 결정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 프리캐스트 세그먼트를 활용한 합성교량 프로토타입 제작 방법
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제9항에 있어서, 상기 b) 단계의 노즐 출력조건은 노즐 형태, 노즐 이동속도 및 재료 분사속도를 포함하는 3D 프린팅 프리캐스트 세그먼트를 활용한 합성교량 프로토타입 제작 방법
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제9항에 있어서, 상기 f) 단계의 조립부재(320)는,H 형태의 강재로서, 적어도 하나 이상의 프리캐스트 세그먼트(310)를 서로 연결하도록 측면에 조립되는 H형강(321);리브전단연결재(Perfobond) 형태의 전단키로서, 콘크리트 부재인 상기 프리캐스트 세그먼트(310)와 강재인 상기 H형강(321)을 전단 연결하는 전단연결재(322);상기 합성교량 프로토타입(330)의 길이방향으로 프리스트레싱 긴장력을 인가하기 위해 조립되는 긴장재(323); 및상기 합성교량 프로토타입(330)의 양단부에서 상기 긴장재(323)를 정착시키는 정착부재(324)를 포함하는 3D 프린팅 프리캐스트 세그먼트를 활용한 합성교량 프로토타입 제작 방법
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제9항에 있어서, 상기 b) 단계의 3D 콘크리트 프린터(200)는,시멘트, 잔골재, 물, 혼화제 및 보강섬유로 이루어지는 콘크리트 재료를 공급하는 콘크리트 재료 공급부(210);상기 콘크리트 재료 공급부(210)에서 공급되는 콘크리트 재료를 배합하여 토출하는 토출헤드(220);상기 토출헤드(220)의 체결되어 상기 배합된 콘크리트 재료를 분사하는 노즐(230); 및상기 토출헤드(220)를 X축, Y축 및 Z축으로 각각 이송하는 XYZ 이송기구(240)를 포함하는 3D 프린팅 프리캐스트 세그먼트를 활용한 합성교량 프로토타입 제작 방법
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