최근 지진하중에 대한관심이 높아져 가는 가운데 내진설계가 되어 있지 않은 기존 교량의 내진성능 향상 및 신설될 교량의 구조적 기능성과 안전성을 증대시키기 위한 방안으로 희생부재형 에너지소산장치(Energy-Dissipating Sacrificial Device, EDSD)가 개발되었다. 본 연구에서는 제안된 장치가 내진성능 향상을 위한 기법으로 실제 교량에 적용될 수 있도록 실험을 통해 EDSD의 성능 및 안정성을 검토하였다. 유사동적실험 결과, EDSD는 지진하중 시 양호한 에너지 소산능력을 발휘할 것으로 예상되며 충분한 소성거동을 통해 교량의 주거더에는 손상을 거의 주지 않으며 주부재간의 연결부 또한 안전함을 알 수 있었다. 또한, 강합성 플레이트 거더교를 대상으로 EDSD를 적용하고 교각의 에너지, 수평력 및 상 하부 구조간의 상대변위 등의 지진응답특성을 분석한 결과, EDSD는 지진력을 효과적으로 감소 및 분산시키고 상 하부 구조간의 상대변위를 상당히 감소시키는 것으로 나타났다. 따라서, EDSD는 설계 지진하중 또는 그 이상의 지진하중 하에서 특별한 유지관리 없이 그 기능을 발휘할 수 있을 것으로 예상되며 우리나라와 같이 지진이 빈번히 발생하지 않는 지역에서 기능적 경제적 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 지진하중을 받는 교량의 거동을 확률밀도함수를 통하여 분석할 수 있는 기법을 개발하였다. 확률밀도함수의 전개는 추계론적 이론을 이용한 반해석적 방법을 통하여 구하였으며, 반해석적 방법은 교량운동방정식으로부터 상응하는 Fokker-Planck equation을 구한 후, path-integral solution을 유도하여 이를 수치적으로 해석함으로써 구할 수 있다. 교량거동의 확률밀도 함수전개로부터 교량거동의 확률적 특성을 파악하고 확률밀도함수의 범위로부터 교량응답거동의 포락선을 얻을 수 있으며 이를 이용하여 최대응답의 범위를 결정할 수 있다는 것을 밝혔다.

본 연구에서는 작용방향이나 크기에 있어서 불규칙한 특성을 보이는 지진하중을 받는 교량구조물의 동적거동을 보다 실제적으로 예측하기 위하여 3경간 단순교를 대상으로 2방향 지진하중을 고려할 수 있는 이상화된 교량해석모형을 개발하였다. 개발된 교량해석모형에는 2축 휨에 따른 상호작용을 고려한 교각의 비선형 거동은 물론 상부구조의 회전으로 인한 인접 진동계간 평면적 충돌이나 단계적인 받침 손상 등이 고려되었다. 2방향 교량해석모형을 이용하여 다양한 최대지반가속도를 갖는 2방향 지진하중에 의한 교량의 지진응답을 평가하였으며, 이를 독립된 두 개의 직교축에 대해 수행된 1방향 지진해석으로부터 구한 결과(직교지진력의 조합에 의한 응답)와 비교, 분석하였다. 분석결과로부터 본 연구에서 개발한 2방향 교량해석모형이 고량구조물의 2차원적 지진응답의 불규칙성을 잘 평가할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 교량구조물의 변위응답은 두 가지 지진해석방법에서 유사한 수준인 것으로 평가되었으나, RC 교각의 복원력은 1방향 지진해석을 수행할 경우 상당히 과소평가 할 수 있는 것으로 분석되었다. 그러므로 교량구조물의 내진안전성 평가시 교각에 작용되는 수평지진력이 중요한 해석변수가 되는 경우에는 2방향 지진하중에 의한 상세해석을 통한 충분한 검토가 수반되어야 할 것으로 판단된다

랜덤동요된 조화가진력을 받는 임팩트시스템의 비선형거동을 개발된 반해석적절차에 의해 확률영역에서 분석하였다. 반해석적절차는 path-integral solution을 이용하여 임팩트시스템의 추계론적 미분방정식으로부터 구함으로 얻어진다. 결합확률밀도함수의 전개를 구하고 시스템의 비선형거동 특성인 혼돈거동에 대하여 분석하고 노이즈의 영향을 시간영역과 확률영역에서 알아보았다. 결과로부터 반해석적절차는 결합확률밀도함수를 통하여 임팩트시스템의 거동에 대한 정보를 제공하는 것을 알 수 있었다. 노이즈의 영향은 혼돈거동의 특성을 약화시키며 궁극적으로 사라지게 함을 알 수 있었으며 또한 혼돈거동의 특성이 상대적으로 높은 노이즈아래에서도 남아있는 것을 밝혔다. 결합확률밀도함수는 응답앙상블이 약정상과정임을 확인시켜 주었다.

교대-인접토체사이의 상호작용으로 인한 비선형 교대거동이 교량구조물의 전체지진응답에 미치는 영향을 다양한 인자들을 고려할 수 있도록 개발된 이상화된 교량 해석모형을 이용하여 분석하였다. 교대의 비선형 운동은 교대의 강성저하를 반영하는 비선형 스프링으로 모형화하였으며, 비선형효과를 분석하기 위하여 현행 도로교 설계기준에서 제시하고 있는 일정강성을 적용한 선형스프링을 이용한 상대적인 선형모형과 결과를 비교하였다. 분석결과로부터 전체적인 교량구조물의 지진응답은 교대진동계의 모형화 방법 밑 인접한 토체의 조건에 따라 다양하게 나타나며, 교대진동계는 교량구조물의 지진응답에 중요한 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 인접진동계간 최대상대거리는 비선형 모델을 적용한 경우가 상당히 증가하는 것으로 나타났으며, 특히 전체 교량구조물에서 낙교의 발생가능성이 가장 큰 위치에서 최대 30%, 정도까지도 증가하는 것으로 분석되었다. 또한 촘촘한 모래를 갖는 토체조건 하에서는 경간수가 증가할수록 교대의 비선형 거동에 따른 영향은 증가하는 것으로 평가되었다. 따라서 교량구조물의 지진거동 분석시 교대의 거동특성을 보다 실제적으로 반영하기 위해서는 교대의 비선형거동이 합리적으로 고려되어야 할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 지진하중을 받는 교량구조물의 동적거동을 보다 실제적으로 예측하기 위하여 받침의 손상여부는 물론 다양한 영향요소를 고려할 수 있는 이상화된 다자유도 교량해석모형을 개발하였으며, 이를 바탕으로 받침의 손상이 교량구조물의 지진응답에 미치는 영향을 분석하였다. 받침의 손상은 마찰요소를 이용한 단순화된 모형으로 고려하였으며, 발생가능한 받침의 손상조건에 따른 영향을 분석하기 위하여 다양한 마찰계수의 적용에 따른 교량구조물의 응답분포특성을 구하였다. 모의분석 결과로부터 받침손상의 고려여부 및 적용된 마찰계수에 따라 최대응답의 크기 및 발생위치가 서로 다르게 평가되었으며, 특히 교량구조물에서 낙교의 발생가능성이 큰 위치에서의 최대상대거리는 받침의 손상여부에 따라 상당한 영을 받는 것으로 나타났다. 그러나 최대응답의 증가량은 크지 않은 것으로 분석되었다. 그러므로 다경간 단순형 교량구조물에 있어서 받침의 손상에 따른 낙교의 발생가능성을 감소시키기 위한 부가적인 받침보강은 필요시 선택적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

지진하중을 받는 다경간 단순형교의 낙교방지대책으로 적용되는 cable restrainer를 적절하게 설계하기 위해서는 restrainer의 보강효과에 대한 분석이 우선적으로 이루어져야한다. 본 연구에서는 단순지지 다경간 교량시스템을 중심으로 restrainer로 보강된 교량의 보강효과와 다양한 교량의 영향 요소를 고려할 수 있는 단순화된 해석모형을 개발하였으며, 이를 바탕으로 대상교량의 인접 진동계간의 상대거리, 충돌력, 하부교각으로 전달되는 전단역과 휨모멘트의 변화 등의 동적거동특성을 조사하여 restrainer의 보강효과를 분석하였다. 또한, restrainer의 여유길이 변화, 강성변화, 그리고 restrainer 길이변화에 따른 응답특성을 분석하였다.

교량거동의 동적 특성과 인접거덩간의 충돌의 영향을 파악하기 위하여 여러 단순보로 이루어진 교량시스템의 교축방향에 대한 거동을 분석하였다. 충돌은 물론 교각의 비선형, 그리고 기초의 병진 및 회전운동을 고려할 수 있는 단순화된 다자유도시스템을 소개하고 이에 상응하는 운동방정식을 유도하여 교량거동을 예측하는 방법을 개발하였다. 개발된 다자유도시스템은 지진하중을 받는 교량시스템의 거동분석에 대한 적절한 정보를 제공할 수 있는 것을 밝혔다. 충돌의 주 영향은 강진시 인접거더간의 상대변위를 감소시키며, 미진 시에는 상대적으로 증가시킴을 밝혔다. 따라서, 강진이 아닌 지진하중을 받는 교량의 거동분석 시에도 이러한 충돌로 인한 영향에 대하여 각별한 주의가 필요하다는 것을 제안한다.

지진하중에 의한 상부구조의 낙교는 최근 발생된 지진등에서 알수 있듯이 교각파되와 더불어 교량의 전체적인 붕괴를 유발하는 주요한 원인 것으로 나타났으며 또한 충돌현상은 이러한 낙교를 발생시키는 주된요인인 것으로 밝혀졌다. 따라서 본 연구에서는 이러한 충돌현상을 비롯한 교량의 교축방향거동에 영향을 미치는 인자 즉 교각의 비선형성 기초의회전 및 병진운동 교대의 작용 등을 고려하고 최근 낙교방지대책으로 널리 적용되고 있는 restrainer로 보강된 교량시스템의 거동을 해석할 수 있는 모형을 개발하였다 개발된 해석모형을 바탕으로 다양한 지진하중에 의한 교량시스템의 교축방향 거동특성과 restrainer의 보강효과를 분석하였으며 restrainer의 여유길이와 강성변화에 따른 인접 진동계간의 응답특성을 분석하였다 restrainer의 보강효과를 분석하였으며 restrainer의 여유길이와 강성변화에 따른 인접진동계간의 응답특성을 분석하였다. restrainer로 보강된 교량시스템의 충돌에 따른 응답특성을 살펴본 결과 응답의 크기뿐만아니라 응답의 이력자체가 상이한 거동특성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 또한 restrainer의 보강에 따른 변위억제효과는 중진의 경우 restrainer의 여유길이 짧을수록 restrainer의 강성이 클수록 뛰어난 것으로 나타났으나 강진에서는 restrainer의 파단에 대한 대책을 함께 고려하여야 할 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 추계론적 동적시스템의 응답거동을 예측할 수 있는 반해석적 절차를 개발하였으며, 이를 이용하여 구분적선형시스템의 동적거동특성을 확률적 영역에서 분석하였다. 반 해석적 절차는 시스템의 추계론적 미분방정식에 상응하는 Fokker-Planck 방정식을 path-integral solotion을 이용하여 풂으로써 구할 수 있다. 결합확률밀도함수의 시간에 따른 전개과정을 통하여 시스템의 동적 응답거동 특성의 예측과 분석을 하고 시스템의 거동에 미치는 외부노이즈의 영향 또한 조사하였다. 반 해석적 방법은 위상면 상에서 결합확률밀도 함수를 통하여 응답거동의 예측은 물론 거동특성에 대하여 적절한 정보를 제공하는 것을 밝혔다. 혼돈거동의 특성은 외부노이즈가 존재하는 상황에서도 시스템의 응답 안에 잔재하는 것을 밝혔다.

해양계선시스템(offshore mooring system)의 거동을 구분적선형시스템(piecewise-linear system)을 이용하여 분석하였다. 계선시스템의 복원력을 유도하고 거기에 상응하는 근사치 구분적선형시스템의 복원력을 구하여 두 시스템의 복원력을 비교하였다. 다양한 파력 하에서의 계선시스템의 응답거동을 분석하였다. 시스템의 비선형정도 및 매개변수의 영향에 대하여 집중적으로 연구하였다. 시스템의 응답거동의 특성은 포인케어맵(Poincare map)을 통하여 확인하였다. 구분적선형시스템을 이용하여 분석한 결과, 계선시스템은 일반 조화, 열조화 및 복잡한 비선형거동인 chaos를 포함한 다양한 응답거동을 갖음을 알아냈다. 여러 값의 매개변수를 적용하여 시스템의 응답거동에 미치는 영향을 알아냈으며, 매개변수지도를 통하여 응답거동의 영역을 확인하였다.

랜덤하중 하에서의 구분적선형시스템이 갖는 노이즈의 영향으로 인해 그 특성이 많이 감소되거나 소멸된 응답거동으로부터 chaos거동을 검출하는 방법을 개발, 분석하였다. 해양에서 구조물이 받는 파력은 결정론적이 아닌 추계론적이다. 바람, 파도 그리고 조류 등에 의한 파력은 유한도의 랜던성을 갖으며, 이러한 파력은 지배적인 조화가진하중과 정규 백색노이즈를 더함으로써 표현할 수 있다. 외적 동요를 받는 시스템의 응답거동은 그 거동이 방해를 받으며, 이로 인해 chaos응답거동을 확인하기가 어려우며, 그 거동의 특성이 일반적인 랜덤거동과 다를 바가 없다. 이러한 경우, 평균 포인케어맵을 이용하여 랜덤노이즈에 의해 발견되지 않는 chaos응답거동을 식별할 수 있다. 본 연구에서는 직접수치시뮬레이션상에서 이러한 평균 포인케어맵을 만드는 방법을 개발하였으며, 얻어진 평균 포인케어맵의 적용범위에 대하여 분석하였다. 평균 포인케어맵은 노이즈가 포함된 조화가진하중을 받는 시스템의 chaos응답거동을 확인하는데 있어서 노이즈의 강도가 높을 때 일반적인 포인케어맵만으로는 놓칠 수 있는 chaos응답거동을 성공적으로 확인할 수 있음을 알아내었다. 또한 시스템의 응답거동에서 chaos의 특성이 완전히 사라지는 노이즈의 강도를 얻을 수 있음도 알아내었다.