실무에서 교량 교각의 내진해석을 수행할 때 계산의 편의와 보수적인 설계를 위하여 기초의 연성을 고려하지 않고 지반면을 고정단으로 가정하여 해석하는 경우가 많다. 이러한 고정단 모델은 대부분의 경우 설계력 측면에서 매우 보수적인 결과를 주므로, 최근 기초의 연성을 고려하여 현실적으로 교각 기초를 모델링하려는 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 기초연성의 모델링 방법, 입력응답스펙트럼의 종류 그리고 지반조건을 달리하여 응답스펙트럼 해석을 수행하였다. 수치해석을 통하여 교각에 발생하는 전단력, 모멘트 그리고 변위를 비교하여 기초의 연성을 고려하는 기법과 지반 및 지진파 특성들이 해석결과에 미치는 영향을 분석하였다. 대부분의 경우 고정단 모델에서 큰 전단력과 모멘트가 발생하였지만, 연약 점성토층에 장주기 지진파가 작용하는 특수한 경우에는 기초의 연성을 고려한 모델에서 고정단 모델보다 큰 전단력과 모멘트가 발생하였다. 또한 기초의 연성을 고려하는 여러 모델들의 해석결과를 지반-구조물 동적 상호작용을 고려한 정밀 동해석 결과와 비교하여 그들의 적용성을 평가하였다.

비선형동적해석을 통하여 RC 입체라멘교에 대한 지진거동특성 및 파괴메카니즘에 관한 연구를 수행하였다. 파이버모델에 기초한 RC 프레임요소를 교각에 도입하여 3차원영역에서 모델링하여 비선형동적해석을 수행하였다. 해석의 정확성을 향상시키기 위하여 균열 진전후 콘크리트와 철근의 부작특성에 의한 재료역학적 특성차이를 고려하기 위하여 파이버는 철근영역(RC zone)과 무근영역(PC zone)으로 영역화하였다. 대상교량은 관성력 중심위치와 교량의 강성중심 위치가 일치하지 않아 비틀림을 동반한 복잡한 지진거동특성을 나타내었다. 이러한 거동특성에 의하여 유연한 교각 옆에 위치하는 상대적 강성이 큰 교각에 과다한 지진하중이 집중되어 파괴에 이르는 것으로 나타났다.

이 연구는 원자력발전소 구조물의 확률론적 내진성능을 평가하는 수단으로 이용되고 있는 지진취약도분석 기법에 대하여 소개하고, 지진취약도분석에 입력자료로 제공되는 기본변수의 특성에 대하여 논의하였다. 특히, 지진취약도 분석결과에 지대한 영향을 미칠 수 있는 입력변수의 하나인 응답스펙트럼형태계수의 정의 방법을 개선하였다. 새로운 응답스펙트럼형태계수는 구조물의 고유진동모드별 기여도가 전체 구조응답에 미치는 영향을 고려할 수 있도록 모드별 기여도를 이용하여 표현하였다. 대표적인 원자력발전소 구조물을 대상으로 예제분석을 수행하고, 제안된 응답스펙트럼형태계수의 유용성 및 적용성을 검증하였다. 특히, 이 논문의 방법은 복합모드감쇠특성을 갖는 구조물의 경우에도 효과적으로 적용될 수 있음을 확인하였다.

연계논문에서는 철근콘크리트 교각의 지진손상 평가를 위한 비선형 유한요소해석 기법을 제시하였다. 이 논문에서는 철근콘크리트 교각의 이력거동의 예측에 근거한 손상지수를 제시하였다. 손상지수는 지진하중하의 철근콘크리트 교각의 손상을 수치적으로 정량화하는 방법으로서 제안되었다. 제안한 해석기법을 실험된 철근콘크리트 교각에 적용하였고 다른 연구자의 손상지수와 비교.분석하였다. 제안된 해석기법은 조사된 실험체에 대하여 하중단계에 따라 손상을 정확하게 예측하였다.

고층구조물의 해석에 사용되는 ETABS와 같은 상용프로그램은 해석의 단순화를 위하여 강막가정을 사용하게 된다. 이와 같은 강막가정은 일반적으로 바닥판의 휨 강성과 보의 편심효과를 무시하게 된다. 이러한 가정은 골조구조물의 정적해석에 대해서는 정당한 결과를 얻을 수 있으나 동적해석의 경우에는 바닥판의 휨 강성과 보의 편심효과가 구조물의 횡 방향 거동에 주요한 영향을 미치게 된다. 그러나 바닥판의 영향과 보의 편심효과를 고려하기 위해서는 유한요소의 특성상 바닥판과 보를 여러 개의 요소로 나누어야 하며, 이로 인하여 해석과 구조물의 모형화에 많은 시간이 소요되는 단점이 발생하게 된다. 본 논문에서는 이러한 단점을 보완하기 위하여 부분구조기법과 대형요소를 사용한 효율적인 모형화 방법에 대하여 연구하였다. 또한 최종적으로 각 층에 대하여 강막가정을 적용하여 층 당 3개의 자유도만을 고려하는 막대모델을 제안하였다. 본 논문에서는 제안한 모형화기법의 정당성을 검토하기 위하여 구조물의 응답을 비교하였다.

현재 국내에서는 아파트 건물을 짓는데 벽과 바닥판으로만 이루어진 벽식 구조형식을 많이 사용하고 있다. 이러한 고층 아파트건물을 해석하기 위해서 ETABS나 MIDAS/BDS 같은 상용프로그램이 주로 사용되고 있다. ETABS는 해석상의 편의를 위하여 바다판을 강막으로 가정하여 모형화 하고 바닥판의 휨강성은 고려하지 않고 있다. 이러한 가정은 프레임 구조물을 해석할 때에는 합리적이라고 할 수 있다. 그러나 벽식 구조물은 바닥판의 휨강성이 전체 구조물의 횡방향 강성에 큰 영향을 미치므로 바닥판의 휨강성을 고려하지 않으면 전체 구조물의 강성을 과소평가하게 된다. 따라서 바닥판을 판요소로 세분하여 모형화 하는 것이 필요하다. 그러나 이때 많은 양의 해석 시간과 컴퓨터 메모리가 필요하게 된다. 따라서 본 연구에서는 부분구조법과 행렬응축기법을 사용하여 해석 시간과 컴퓨터 메모리의 사용을 줄이면서도 바닥판의 휨강성을 효율적으로 해석할 수 있는 해석 기법을 제안하였고 예제를 통하여 검증하였다.

교량 구성요소의 설계지진력은 현행 국내 도로교설계기준에 의하면 설계지진을 가하여 얻어진 탄성지진력을 구조형식에 따른 응답수정계수로 나눔으로써 결정되어진다. 말뚝기초가 채택된 교량시스템의 탄성지진력의 크기는 말뚝기초의 모형화 방법에 따라 크게 달라질 수 있다. 이 논문에서는 근사적이고 실용적인 말뚝기초의 모형화 기법을 제시하였다. 이 모형화 기법에서는 말뚝기초의 강도를 횡방향으로 반복하중을 가진 현장시험으로 얻은 말뚝-지반의 상호작용이 고려된 지반반력-변위 곡선을 이용한 말뚝의 수평방향 강도와 탄성 축변형은 물론 선단지지력 및 주변마찰력을 고려한 말뚝의 수직방향 강도로 나타내는 것이다. 예제 교량의 해석을 수행하여 제시된 절차가 타당성있고 적용 가능한 교량의 지진응답해석용 말뚝기초의 모형화 기법임을 검증하였다.

적충되어 있는 다중 블록 시스템은 역사적 건물이나 문화재등에 자주 사용되고 있다. 이러한 구조시스템은 지진에 매우 취약하고, 특히 세장한 구조물인 경우에는 낮은 수준의 지반가속도에 대해서도 전도가 일어날 수 있다. 지진으로부터 이러한 구조물을 보호할 수 있는 방법중의 하나로써 지진격기받침의 사용을 들 수 있으나, 아직 격리받침이 설치되어 있는 다중블록의 거동에 대해서는 잘 알려지지 않는 실정이다. 이 논문에서는 각각 P-F 시스템, FPS, LRB 시스템이 설치되어 있을때의 세장한 강체 블록의 동적거동에 대해 살펴보았다. P-F 시스템과 FPS에서의 마찰모델은 Coulomb의 마찰법칙을 이용하였도, 상부구조물은 붙음(stick)모드와 록킹(rocking) 모드만이 존재하도록 가정하였다. 충격은 개별요소법(distinct element method, DEM)을 이용해 기술하였고, 조화입력운동에 대한 응답을 조사하였다.

지진파 전파로 인한 매설관에 작용하는 지진하중은 지진특성 및 지반조건에 따른 지반변형률로부터 산정되어야 한다. 그러나. 기존에 사용되고 있는 경험적인 방법에 의해 계산된 지반변형률 모형은 지진 및 지반의 지역적 특수성을 고려할 수 없는 문제점을 내포하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 지진특성 및 지반조선을 반영할 수 있는 수정된 지반변형률 모형을 제안하고 개발된 모형을 매설관로의 지진해석에 지진하중으로 적용하였다. 여기서, 지반변형률을 예측하기 위한 지진판 전파속도는 지반조건을 고려할 수 있도록 파 에너지분포에 근거한 분산곡선을 제안하여 산정하였다. 이러한 과정을 통해 얻어진 지반변형률 산정방법에 타당성을 파악하기 위해 예측한 지반변형률과 과거 지진으로 실측된 지반변형률을 비교하였다. 타당성이 입증된 지반변형률 모형을 매설관의 하중으로 적용하여 지진해석을 실시하였으며, 계산결과는 범용 유한요소해석을 통한 동해석 및 응답변위법에 의한 결과와 비교하였다. 이를 통해 지반 변형률 모형을 적용한 매설관 지진해석의 타당성을 검증하였다. 또한, 지진 및 지반환경이 다른 다양한 관의 특성을 반영하기 위해, 지진 지반 및 관의 영향 인자에 대해 매개변수 해석에 실시되었으며, 이로써 본 연구의 활용성을 검토하였다.

유연한 액체 저장탱크 내 유체의 부가질량 및 슬러싱 강성행렬을 도출하는 새로운 방법을 제시하였다. 비점성, 비압축성 이상유체를 표면 출렁임을 고려하여 경계요소법에 의하여 모델링하였다. 유체의 표면과 저장탱크 벽체의 접촉면과 같은 불연속 경계를 다루기 위해 특별한 과정을 도입하였다. 원통형 액체저장탱크의 지진응답해석에 적용하여 우수한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 지하철구조물, 터널구조물 및 제방 등과 같은 2차원 지반-구조계의 지진응답해석을 위한 주파수영역 동적해석법을 제시하였다. 제시한 방법에서는 구조물과 구조물 주변 근역지반은 유한요소를 이용하고 원역지반은 주파수종속 동적무한요소를 이용하여 모형화하였다. 지진입력은 입력지진파를 수직으로 입사하는 P-파와 SV-파로 가정하여 자유장응답을 구하였으며 외부고정경계법을 적용하여 등가지진하중을 산정하였다. 본 연구기법의 검증을 위하여, 층상 자유장지반과 균질 반무한지반에 매입된 원동형 공동에 대하여 지진응답을 수행하였다. 이들을 다른 기법에 의한 해와 비교한 결과, 본 연구의 기법이 매우 정확함을 알 수 있었다. 마지막으로 지하철 역사의 지진응답해석 예제를 제시하여 본 연구의 적용성을 보였다.

본 연구에서는 비 균질 퇴적층으로 인한 지진파의 증폭에 대한 경계/유한요소 해석을 수행하였다. 수치해석을 위해, 비 균질 퇴적층은 8절점 등 매개 변수 유한요소 사용하여 모델링하였고, 그 주위의 균질 반무한 지반은 3절점 등매개 변수 경계요소를 사용하여 모델링하였다. 경계요소와 유한요소의 접촉면에서, 표면 력의 평형조건과 변위의 적합 조건에 의해 두 개의 요소를 결합하는 알고리듬을 개발하였다. 수치해석의 영향인자로서 SH파, P파와 SV파의 입사각, 무 차원 진동수 그리고 반무한 지반과 퇴적층사이의 전단 파 속도 비와 질량밀도 비를 고려하였다.

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.

댐-호소 계의 지진응답해석에 있어서의 어려운 문제 중 하나는 댐 상류방향으로의 에너지 방사를 적절하게 처리하는 것이다 본 논문에서는 깊이가 일정한 호소 원역으로의 에너지 방사를 잘 모델링할 수 있는 전달경계를 제시하였다 개발된 방법에서 수면파의 영향을 고려하였으며 호소-지반의 상호작용을 근사적으로 표현할수 있는 흡수경계조건도 도입하였다 댐과 호소의 경계면이 지표면에 수직하고 호소의 깊이가 일정할 경우에는 제안된 전달경계를 댐체의 모델에 직접 연결할 수 있다 댐체는 선형탄성거동을 가정하여 유한요소로 모델링 하였다 얻어진 댐-호소 계의 운동방정식을 이용하여 댐의 지진응답특성을 조사하였다

본 연구에서는 현재 국내에서 면진설계를 적용하여 개발중인 KALIMER(Korea Advanced Llquid Metal Reactor) 액체금속로에 대한 내진설계 및 지진해석을 위하여 핵심구조물인 원자로구조물에 대한 단순 지진해석모델을 개발하였다 이를 이용하여 면진설계의 경우와 비면진 설계의 경우에 대한 동특성분석과 시간이력 지진해석을 수행하여 비교평가하였다. 또한 ASME 설계코드에 따른 응력한계요건을 검토하기 위하여 등가 지진응력해석을 수행하고 이로부터 내진여유도를 계산하였다 지진안전성에 대한 하나의 지표로서 원자로 구조물이 견딜수 있는 최대지진하중을 결정하기 위한 한계지진하중(Limit seismic load)을 저의하였다 지진해석결과 면진된 KALIMER 원자로구조믈은 비면진된 경우에 비하여 가속도응답과 구조물간의 상대변위응답이 현저히 감소하였고 충분한 내진여유도로 인하여 한계지진하중이 0.8g로 나타났다.

현재 국내에는 조적조 건물에 대한 내진규준이 마련되어 있지 않다 반면 최근 들어 한반도에 발생하는 지진의 반도수는 계속증가하고 있어 조적조 건물에 대한 지진하중에 의한 평가가 이루어져야 한다. 본 연구에서는 2층 조적조 건물에 국내에서 발생 가능한 최대지진가속도인 0.12g의 지진하중을 적용한 유한요소해석법에 의한 방법으로 동적해석을 수행한 결과 2층에 비하여 1층에서 불안전한 거동이 발생하였다 특히 개구부 주위 및 테두리 보와 조적벽의 경계부분에서 허용응력을 초과하여 균열이 발생함을 알 수 있었다.

본 논문의 목적은 현재 국내에서 개발중인 KALIMER(Korea Advanced Liquid Metal Reactor) 액체금속로의 면진설계지침서에 포함될 고감쇠 적층고무베어링에 대한 전단 강성 평가법 히스테레틱 거동해석법 그리고 대변형에서의 종국거동 해석법을확립하고자하는데 있다 이를 위하여 1/8축소규모의 고감쇠 적층고무베어링을 설계제작하고 특성실험을 수행하여 제안된 전단강성식의 타당성을 검토하였다 그리고 비선형 수정 Rate 모델을 사용한 적층고무베어링의 히스테레틱 거동해석을 수행하기 위하여 히스테레틱실험결과로부터 성능특성식을 구하고 이를 1자유도계를 이용한 지진해석에 적용하여 실험결과와 비교함으로서 제안된 모델의 정확성을 입증하였다 본 논문에서 사용한 고감쇠 적층고무베어링에 대한 대변형에서의 안정성을 평가하기 위하여 수정 Macro 모델을 이용한 종국거동해석을 수행하였다 종국거동 해석결과로부터 안정성평가를 위하여 안정전단변형한계(Critcal shear strain)를 정의하였으며 해석결과 수직하중이 증가함에 따라서 안정전단변형한계가 급격히 감소함을 알수 있었다 본논문에 사용된 고감쇠 적층고무베어링은 설계수직하중에 대해서는 종국거동에서이 존재하지 않았으나 설계수직하중의 약 5배가 작용할 경우가 350% 전단변형률부터 불안정 천이현상이 발생하였으며 약 7배가 작용할 경우에 안정전단변형한계는 340%로 나타났다.

본 논문에서는 축대칭 쉘 구조물에서 자오방향과 주변방향의 프리스트레스하중이 작용될 경우에 대한 수학적 모델링을 구하였고 이에 대한 프로그램화를 통하여 지진하중을 주하중으로 한 동적해석을 실시하였다 이때 기하학적으로 축대칭인 구조믈의 특성을 최대한으로 이용할 수 있도록 쉘을 링요소로 모델링하였으며 기하학적 비선형관계식에 의하여 동적 모형식을 유도하였다 프로그램을 통하여 해석한 결과를 프리스트레스하중 하에서 고유진동수에 대한 정해와 비교한 결과 20개정도의 링요소로 모델링하였으며 기하학적 비선형관계식에 의하여 동적 모혀식을 유도하였다 프로그램을 통하여 해석한 결과를 프리스트레스하중 하에서 고유진동수에 대한 정해와 비교한 결과 20개정도의 링요소로 모델링한 경우 에서도 정해와 근접한 해를 얻을 수 있어더 또한 지진하중에 대한 반경방향의 처짐을 해석한 결과 동일 한 크기의 프리스트레스하중이 작용될 때 자오방향의 프리스트레스하중이 작용될경우가 다소 큰 처짐값을 나타내었다 본 연구를 통하여 개발된 모델은 지진하중 하에서의 축대칭 구조물에 대하여 3차원 구조해석을 실시하지 않아도 정해에 근접한 해석결과를 얻을 수있어 설계실무에 크게 활용될수 있을 것이다.

MM진도(Modified Mercalli Intensity) V이상의 한반도 지진자료에 의거하여 서울 수도권일원 (위도 37.0^{circ}~37.8^{circ} N, 경도 126.5^{circ}~127.5^{circ} E) 의 확률론적인 지진위험도가 점지진원방법에 의해 추정되었다. 전지진자료를 이용하여 추정된 지진위험도는 비교적 완전하다고 여겨지는 조선시대이후의 지진자료를 이용하여 추정된 지진위험도보다 더 낮다고 추정되었다. 수평지반가속도 0.1g 이상의 파괴적인 지진은 90% 초과확률로서 전지진자료와 조선시대이후의 지진자료가 이용되었을 때 각각 500년과 200년 기간에 발생한다.

구조물 동적거동이 지반과 기초 특성에 따라 영향을 받는다는 것은 인식되었지만, 구조물 내진설계를 위한 설계규준이 지반의 본질적인 복잡성과 기초-지반체계에 대한 체계적인 연구부족으로 지반특성을 부분적으로만 반영하고 있어 불안전하거나 너무 안전한 결과를 초래한다. 이 연구에서는 전단파속도, 지반깊이, 기초 근입깊이 및 말뚝기초의 영향을 평가하여 구조물 내진해석을 위한 기초-지반체계의 운동학적 상호작용 영향을 고찰하였으며, 지반과 기초 특성을 고려한 합리적 내진해석을 위해 지반체계에 대한 수정된 분류기준을 제안하였다. 말뚝기초를 포함한 중형이나 대형 묻힌기초의 경우, 지초-지반체계의 운동학적 상호작용 영향을 고려하기 위해서는 기토밑 지반깊이를 최소한 60m 까지 고려해야하고, 말뚝유무에 관계없이 기초-지반체계의 회전운동도 구조물 내진해석에 포함되어야 한다.