현대 사회에서 차량을 비롯한 선박, 항공기와 같은 각종 수송수단들은 그 용도와 형태도 다양하고 널리 보급되어 있을 뿐만 아니라 각 분야에서 없어서는 안 될 필수품이 되어 있다. 그러나 수송수단의 수와 활용빈도수가 증가함에 따라 그로 인한 차량화재, 선박화재 그리고 항공기화재 등과 같은 특수화재의 발생에 따른 재산 및 인명피해의 문제점들도 함께 늘어나고 있는 실정이다. 또한, 전투시스템의 경우, 외부 충격탄과 폭발물에 의한 충격으로 순간 화재의 위험성 및 사고 가능성이 매우 높기 때문에 이와 같은 화재 및 폭발에 의한 사고예방을 위하여 체계적이고 종합적인 원인 분석과 시스템의 취약성 분석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하고 과학적이며 체계적인 대응방안을 수립하기 위한 기초 자료를 확보하고 이를 통한 전투시스템의 외부충격에 의한 순간화재의 발생예측프로그램을 개발하기 위한 연구를 수행하였다. 연구방법은 각종 수송수단에서 사용되는 차량 내장재 및 오일을 대상으로 연소특성 및 화재하중을 분석하였으며, 실제 사격에 의한 착화유무를 확인하고자 실제 소총사격 실험 및 실내사격장의 사격실험도 병행하였다. 전투시스템의 순간화재발생에 대한 예측프로그램을 개발하기 위해서 실험을 통해 확보한 데이터들로부터 물성 DB를 구축하였고, FTA 방법을 이용하여 순간화재의 발생확률을 산출하였는데 최종적으로 이러한 결과들을 반영하여 Microsoft Visual Studio 2008을 도구로 Microsoft Windows 7의 운영체제에서 실행되는 순간화재 발생 예측프로그램을 개발하였다.

최근 건축물이 대규모화 되어가고 건축 내장 재료로 쓰이는 물품의 종류가 다양해지고 있어서 화재의 발생 및 확산 형태도 예측하기가 더욱 복잡해졌으며 이로 인한 피해도 현격하게 증가하고 있는 실정이다. 이러한 변화 중에서도, 최근 발생하는 화재들은 막대한 재산상 손실뿐만 아니라 인명 피해를 초래하고 있다. 따라서, 미리 화재의 피해를 예측하기 위해서는 실제 규모의 화재실험을 하여야 하나, 막대한 비용이 필요하고 현실적으로 실험을 하는데 어려움이 많다. 그리하여 그에 대한 대안으로 컴퓨터를 이용한 화재 시뮬레이션과 실제를 모사하는 축소모형 실험 방법이 있으며 본 연구에서는 컴퓨터를 이용한 화재 시뮬레이션(CFAST)을 이용하여 공동주택의 배연설비 구축에 대한 적합성을 검토하였다.

에폭시 수지는 접착성, 물리적 강도, 전기적특성이 우수하여 전기적 절연재료로 널리 사용하고 있다. 그러나 설치장소 및 운전 상태를 고려한 장기수명 및 신뢰도 향상을 위해 전기적, 열적 특성변화의 열화연구가 절실히 요구된다. 본 연구에서는 부스닥트용 에폭시분체도료의 가속열화를 통해 다양한 상용 에폭시 절연재료의 전기적, 기계적 특성을 비교 분석하였으며, 특히 Class F 급과 Class B급의 에폭시 절연재료의 성능을 상호 비교 하였다. 이에 Class F급 2종 중 1종의 시편155도 이상의 온도에서 절연성능이 보장되었으며, 기계적 밴딩 테스트의 경우 Class B급의 경우가 우수한 성능을 확보하였다.

자연재해를 비롯한 인적재난 등 방재정보에 대한 관리기관이 상이하고, 일부 보안이 요구되는 재난 정보의 특수성으로 인하여 적시적소의 자료 공유와 활용, 자료의 정확도 및 표준화 등 다양한 문제점들이 발생하고 있다. 본 연구에서는 소방방재청만의 고유주제도 개발을 위하여 기구축된 국가재난관리시스템(NDMS) 및 방재 관련 유관기관 자료에 대하여 자료 정확성 검토 및 수정작업을 수행하였으며, 이를 기초로 시범지역에 대한 방재기본도 및 방재주제도 작성을 위한 정량적 방법을 제시하였다. 아울러 구축된 방재기본도 및 방재주제도 자료들에 대한 효율적인 활용을 위하여 소방방재 지리정보시스템의 프로토타입을 개발하였다.

최근에 지진발생 횟수와 지진발생 가능성의 증가로 인하여 교량 구조물의 손상 및 붕괴에 대한 사회적 관심이 대두되고 있다. 도서지역의 경우, 인구의 90% 이상이 표고 200m 이하의 해안지대에 거주하고 있으므로 제주 도심에 위치한 교량 구조물의 내진성능평가는 반드시 필요한 시점이다. 본 연구는 도심지에 위치되는 94개의 교량에 대한 기존 교량의 내진성능을 파악하고 내진보강이 필요한 교량에 대하여 가상 강판보강 후 보강된 교각에 대하여 2차 내진성능을 평가하였다. 94개의 교량에 대한 설계지진력 작용시에 내진성능을 역량스펙트럼을 적용하여 평가하였으며 그 중 항복 및 극한상태가 기능수행 수준과 붕괴방지수준을 하회하여 내진보강이 필요한 10개의 교량에 대하여 교각 단면적의 1%만큼 강판 보강된 경우에 내진성능을 평가하였다. 보강된 10개의 교량의 경우, 항복상태 및 극한상태는 기능수행수준과 붕괴방지수준을 상회하여 설계지진력에 대하여 만족할 만한 내진성능을 나타내었다.

최근에 제주 근해에서의 지진발생 횟수와 지진발생 가능성의 증가로 인하여 교량 구조물의 손상 및 붕괴에 대한 사회적 관심이 대두되고 있고 교량 구조물이 손상되어 원래의 기능이 상실되거나 제한될 수 있으므로 본 연구는 제주도내의 사회적 관심에 대한 정량적 자료를 제시할 수 있다. 제주도는 다양한 식물이 자생하고, 생물의 보고라 할 수 있으며 화산폭발로 형성된 분화구, 오름 등과 다양한 식물이 결합되어 경관적 가치가 매우 높아 유네스코 세계자연유산, 세계지질공원 및 세계7대자연경관으로 지정되었다. 또한, 제주도 인구의 90% 이상이 표고 200m 이하의 해안지대에 거주하고 있으므로 제주 도심에 위치한 교량 구조물의 내진성능평가는 반드시 필요한 시점이다. 지진발생시 교량 구조물이 손상되어 원래의 기능이 상실되거나 제한되면 국제관광지로서의 위상도 손상되며 제주도 인구의 90% 이상 거주하는 해안지역에서 지진으로 인해 발생된 환자들이 병원으로의 이동이 제한될 수 있다. 본 연구는 제주도 해안도로상에 위치한 교량의 기초자료, 교량 구조물의 시스템 등을 파악하고 재료비선형해석을 수행하여 휨파괴 또는 전단파괴의 파괴형태를 고려한 하중-변위 관계를 제시하여 내진성능을 평가함을 목적으로 한다.

지진피해예측시스템(HAZUS)을 이용하여 지진발생 시 지역별 재해규모를 예측할 수 있으며, 이 결과는 실제상황에서는 신속하고 효과적인 피해복구대책을, 가상지진상황에서는 실효성 있는 종합 지진재해대비책을 수립하는데 큰 도움을 줄 수 있다. 지역적 지반특성에 따라 지진동의 크기가 다르게 나타나므로, 지역적 지반특성을 반영한 지반특성분류도를 작성하여 지진재해예측시스템 구현에 적용하면 보다 신뢰성 높은 피해예측 결과를 산출 할 수 있다. 이번 연구에서는 경주지역에서 발생하는 규모 6.7의 가상지진에 대하여 지반특성분류도를 적용한 경우와 그렇지 아니한 경우 지역별 지진재해예측 결과에 차이가 있음을 확인하였다. 지반특성분류도를 적용하지 않았을 경우에는 지진발생위치로부터 거리가 멀어질수록 점차적으로 재해가 작아지는 일정한 형태를 보인다. 그러나 지반특성분류도를 적용한 경우에는 지진발생위치와 지반특성이 동시에 지역별 재해크기에 영향을 미친다. 경주시의 경우 지진발생위치와 가까이 위치하기 때문에 피해규모가 크고, 포항시 남구의 경우 이 지역에 광범위하게 분포하고 있는 연약지반의 영향으로 경주와 비슷한 피해규모가 예상된다.

최근 세계 곳곳에서 대규모 지진이 발생하여 건축물 붕괴에 따른 피해가 속출함에 따라 지진에 대비하기 위해 기존 건축물의 내진 성능을 보강방안에 대한 관심이 높아지고 있다. 그러나 현재 우리나라의 경우, 교육생활의 터전임과 동시에 가구 재난 발생 시 지역주민들의 응급피난장소인 학교 건축물조차 내진설계가 제대로 이루어져 있지 않고 있어, 지진 발생 시 막대한 피해가 예상된다. 현 상황을 극복하기 위해 기존 노후화 학교 건축물의 내진성능을 향상시키기 위한 적절한 보강방안이 제시되어야한다. 본 논문에서는 범용해석프로그램을 통해 기존 노후화 학교 건축물에 대한 비선형정적해석에 결과에 따른 내진보강 후 비선형 시간이력해석을 실시하여 지진하중에 의한 구조물의 비선형 거동을 규명하고 내진 보강 효과를 검증하고자 한다.

주각부는 압축력, 전단력, 휨모멘트에 대하여 거동하며, 특히 휨모멘트에 의해 발생되는 모멘트-회전 거동은 골조의 수평 변형과 기둥의 안정에 영향을 미치게 되어 전체 구조물 해석에 중요한 역할을 하는 비선형 거동을 하게 된다. 이에 본 연구에서는 범용 유한요소해석 프로그램인 Ansys Workbench를 이용하여 베이스 플레이트 두께 9mm, 19mm의 노출형 강재 주각부에 대하여 반복 수평하중에 대한 이력거동 및 구조적 특성을 파악하고자 하였다. 본 연구를 통해 베이스 플레이트 9mm 보다 베이스 플레이트 19mm가 초기강성, 항복강도 및 최대 모멘트가 높게 나타났으며, 베이스 플레이트 9mm는 베이스 플레이트 항복 선행형(강성 저감 모델), 베이스 플레이트 19mm는 앵커볼트 항복 선행형(점진 슬립 이력모델)으로 나타났다. 에너지 소산 성능은 베이스 플레이트 19mm의 최대 모멘트가 베이스 플레이트 9mm보다 약 2배정도 크지만 슬립 현상으로 인하여 약 0.78배 낮게 나타났다.

최근 세계 곳곳(중국, 아이티, 칠레, 필리핀, 대만 등)에서 대규모의 지진이 발생되하여 각국에서는 내진 설계가 되어 있지 않은 건축물들의 파괴로 인해 인명 및 재산 피해가 속출하는 상황들이 발생됨에 따라 우리나라도 지진에 대한 관심과 경각심이 고조되고 있다. 최근, 제진장치를 이용한 구조물의 에너지 흡수 특성의 정량화 및 제진장치를 장착한 구조물의 제진특성평가 등의 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 또한, 다양한 제진장치를 장착한 건축물의 증가와 더불어 신설 건축물 뿐만 아니라 기존 건축물의 내진개수와 지진응답저감을 목적으로 제진장치가 점차 널리 활용 되고 있다. 제진장치의 하나인 전단형 마찰댐퍼는 감쇠성능이 온도나 주파수에 대해 비교적 안정적인 거동을 나타내고 있어 신뢰성이 높아 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 전단형 마찰댐퍼의 실재하실험을 실시하여 이력거동 특성을 파악하였다. 특히, 접지면적과 두께를 확대하여 마찰력을 높여주는 평와셔 그리고 특수열처리로 제작 된 접시형의 스프링와셔를 사용한 전단형마찰댐퍼의 마찰내력을 비교 검토하였다.

본 연구에서는 국내외에서 대표적으로 이용되는 HEC-1 단일강우사상 모형과 연동할 수 있는 Bayesian Markov Chain Monte Carlo(MCMC) 기반의 Bayesian HEC-1(BHEC-1) 통합 모델을 개발하였다. 본 연구를 통해 제안된 BHEC-1 모형을 대상으로 대청댐 유역에 실측 강우-유출 사상에 대해서 모형의 적합성을 평가하였으며, 7개 유역의 21개의 매개변수를 동시에 추정한 결과 해의 발산 없이 안정된 매개변수 추정이 가능하였다. 또한 Bayesian 모형을 근간으로 하기 때문에 최종결과로서 매개변수들의 사후분포(posterior)의 추정이 가능하여 강우-유출 모형 매개변수의 불확실성을 정량화 할 수 있었으며 이를 통해 모형과 입력 자료가 가지는 불확실성을 효과적으로 파악할 수 있었다.

도시화에 따른 도시형 홍수피해가 급증하고 있으며, 도시지역내로 유입되는 홍수의 흐름은 다양한 크기와 형태를 가진 건물과 도로의 배치에 의해 영향을 받는다. 도시지역내 조밀한 건물군으로 구성되어 있을 경우 대부분의 흐름은 도로와 교차점을 통해 흐르므로 이를 최소화하기 위해서는 사전에 교차로에서 흐름특성에 대해 분석하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 도시지역 내 도로 교차로에서의 도로경사 변화에 따른 홍수흐름 특성에 대해 모의하였다. 도로경사 5%일 때, 유입량에 따른 홍수흐름 특성에 대해 CaseⅠ-1(Qex : 1.82ℓ/sec, Qey : 3.48ℓ/sec), CaseⅠ-2(Qex : 3.48ℓ/sec, Qey : 3.48ℓ/sec)과 CaseⅠ-3(Qex : 5.17ℓ/sec, Qey : 3.48ℓ/sec) 세 가지 경우에 대해 수리실험과 수치모의 결과를 비교하였다. 수치모형의 검증결과를 바탕으로 CaseⅡ에서는 유입경사 0%, 3%, 5%의 변화에 따라 도로 교차점에서 변화하는 홍수흐름 특성과 경향을 분석하였다.

최근의 기후변화로 인해 도시지역에서 홍수의 빈도 및 홍수량의 증가로 인한 피해가 증가되고 있는 실정이며, 이에 따라 도시지역에서 홍수피해 저감을 위한 방재계획이 필요하다. 본 연구에서는 도시지역 내 도로 합류부에서의 유입량 및 접근각도에 따른 홍수흐름 특성에 대해 실험하였다. 도로경사 0% 및 내각 °45일 때, 유입량에 따른 홍수흐름 특성에 대해 Type 1.(99.8ℓ/min, 1002.2ℓ/min), Type 2.(102.0ℓ/min, 301.0ℓ/min), Type 3.(51.2ℓ/min, 301.5ℓ/min) 세 가지 경우에 대해 수리실험을 하였다. 수치실험을 통해 도로 합류부에서 변화하는 홍수흐름 특성과 경향을 분석하였다.

최근의 기후변화로 인해 도시지역에서 홍수의 빈도 및 홍수량의 증가로 인한 피해가 증가되고 있는 실정이며, 이에 따라 도시지역에서 홍수피해 저감을 위한 방재계획이 필요하다. 본 연구에서는 도시지역 내 도로 합류부에서의 3차원 수치모형을 이용하여 홍수흐름 특성에 대해 모의하였다. 적용된 수치모형은 ANSYS CFX(v.13) 모형으로 Workbench에서 구동되는 범용 유동해석 모듈이며 빠르고 정확한 해석결과를 제공하는 전산유체역학 도구로서 국내외에서 이용되고 있다. 본 연구에서는 Mignot 등(2008)이 수행한 실험모형 자료를 이용하여 모의를 수행하였으며, 지점별 실측자료와 2차원 유한체적모형에 의한 결과와 비교 분석하였다.

교량기초에서 발생하는 국부세굴에 의한 교량의 안전성 문제에서 필연적으로 내재될 수 밖에 없는 임의성(randomness), 불확실성(uncertainty)을 고려하기 위해 기존의 결정론적 접근방법에서는 주로 경험에 입각한 안전계수를 사용하여 여유강도를 두어 이론상 파괴의 위험이 없는 것으로 가정하지만, 실제 현실에서는 종종 그러한 가정에 모순이 발생한다. 이에 반해 불확실성 자체를 정량적으로 고려하는 신뢰성 이론에서는 작지만 0이 아닌 파괴의 가능성을 고려하여 안전성 평가를 수행하는 것이 기존의 결정론적 방법과 다른 점이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 교각주위 국부세굴에 의한 교량의 신뢰성 해석에서 한계상태방정식을 결정할 수 없는 경우 적용가능한 응답면 기법을 인공신경망을 이용하여 신뢰성 해석을 수행하였으며 Johnson(1992)의 Monte Carlo 방법과 비교하여 적용성을 검토하였다.

본 연구에서는 국내외에서 대표적으로 이용되는 HEC-1 단일강우사상 모형과 HEC-5 저수지 운영 모형을 연계하여 댐의 수문학적 위험도 분석을 실시하였다. 이를 위해 Bayesian Markov Chain Monte Carlo(MCMC) 기반의 Bayesian HEC-1(BHEC-1) 통합 모델을 개발하였고, 극치강수량 재현에 유리한 다지점 강수모의기법으로 2,000년 빈도에 해당하는 일강수량을 모의하여 연최대강수계열을 추출하였다. 추출된 극치강수량은 BHEC-1모형과 연계하여 불확실성이 반영된 대청댐 유역의 홍수수문곡선 앙상블을 구축하고, HEC-5 모형을 통해 수위로 변환시켜 비상여수로 유무, 댐 연계 여부 등을 고려한 월류 여부를 종합적으로 평가하였다.

제방의 파괴현상은 복잡한 수리학적 또는 토질·기초 공학적 현상 등에 의하여 일어나므로 그 발생기구를 규명하는 것이 용이한 일은 아니나, 일반적으로 그 원인은 크게 월류, 세굴, 침하 및 지진 등으로 나누어 볼 수 있다. 본 연구에서는 제방붕괴의 일반적인 원인으로 지적되고 있는 월류, 제체의 불안정, 과도한 변위, 급격한 수위의 감소 등으로 발생할 수 있는 현상 및 문제점들을 검토하였다. 이로부터 기하학적 인자, 수리학적 인자, 수공구조물적 인자, 정성적 인자 등 4가지 분류로 구분하였으며, 총 10가지 세부인자를 제시하였다. 제시된 인자들은 평창강에 적용하여 인자별 위험도를 산정하였으며, 각 인자들에 대해 가중치를 고려하여 제방에 대한 취약도를 산정하고 위험도 순위를 제시하였다. 이러한 결과들은 현장 조사를 통해 제방고 증설이 완료되었거나 피해 대상물이 없는 산지하천일 경우 위험지점에서 배제하였으며, 과거 홍수범람 침수지역과 비교하여 연구결과에 대한 객관성을 입증하고자 하였다.

자연재해 중 가뭄은 태풍 또는 집중호우와는 달리 시작이 명확하지 않다. 가뭄으로 인한 피해를 저감시키고 대비하기 위해 가뭄위험평가는 필수적이다. 가뭄의 위험평가는 대부분 기상학적 인자를 고려한 가뭄지수의 정량적인 값을 산정하여 모니터링하는 것을 바탕으로 이루어지고 있다. 본 연구는 이러한 가뭄위험평가를 개선시키고자 가뭄지수에 따른 가뭄발생확률을 근거로 가뭄발생빈도와 가뭄발생 시 취약인자의 선정을 통한 가뭄위험평가기법을 제안하였다. 이를 위해 가뭄의 위험정도를 정량화하고 가뭄발생으로 인해 발생 가능한 피해 요소들을 정량화하여 가뭄노출성지수와 가뭄취약성지수를 산정하고, 두 지수를 결합하여 가뭄위험지수를 산정하였다. 가뭄노출성지수는 가뭄지수 EDI를 바탕으로 가뭄심도에 따른 발생확률을 근거로 산정하였으며, 가뭄취약성지수는 가뭄 발생 시 취약한 인자를 선정하여 이를 지수화 하였다. 가뭄위험평가방법을 적용하여 대한민국 229개 시군구에 대한 가뭄위험을 평가하였다.

갑문을 설계함에 있어서 수리학적 현상에 따른 선박의 안정성이 검토되어야 한다. 본 연구에서는 갑실의 흐름특성분석을 위해 GUI기반으로 구성된 간단한 1차원 모형(DWSL)을 사용하였으며, 갑실의 크기변화에 따른 선박의 안정성에 영향을 주는 수리인자들에 대해 모의하였다. 갑실의 폭은 12.5 m이며, 갑실의 길이는 40 m, 80 m, 120 m, 190 m이다. 이때 Case 1의 갑실면적은 500 m2, Case 2의 갑실면적은 1000 m2, Case 3의 갑실면적은 1500 m2, Case 4의 갑실면적은 2375 m2이다. 선박이동을 위해 요구되는 수위차는 8 m이며, 갑실의 수심은 4 m이다. 유량계수는 0.50 ∼0.65이며, 수면경사는 0.015 ∼ 0.040 %범위이다. 갑문 개방높이는 1 ∼ 3 m이며, 개도속도는 6 ∼ 10 mm/s이다. 갑실의 크기에 따른 수면경사, 개도속도, 갑문의 개도높이, 유량계수 등이 증가될 경우 갑실내의 유속은 감소하였으며, 유량은 증가함을 나타났다. 갑실 흐름 유속변화는 Case 2의 갑실면적 1000 m2부터 증가폭이 크지 않았다. 또한 갑실내의 유량 및 유속변화에 수면경사, 개도속도, 갑문의 개도높이 등의 수리인자들의 영향이 유량계수의 영향보다 크게 나타났다. 특히 갑문의 개도높이의 인자가 갑실내의 유속과 유량변화에 가장 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

강우 발생시 지표면으로부터 일어나는 침투현상은 토양내 함수비와 물리적 특성에 따라 습윤전선이 지표면으로부터 지표하로 이동하게 되고, 습윤전선을 기준으로 토양 내 포화 및 불포화 상태의 침투흐름으로 구분된다. 토양의 침투능 지배인자들은 지반의 초기조건과 침투에 따라 모두 연속적인 거동을 나타내지만 기존에 사용되고 있는 Horton 공식(1933)과 Green-Ampt 공식(1911)은 현장의 조건과는 다른 불연속적 침투흐름을 고려한 식으로 실제토양에 적용할 경우 다른 양상을 보이고, 침투흐름 특성을 합리적으로 해석하기에는 무리가 있다. 따라서 본 연구에서는 불포화 투수층의 침투흐름 방정식을 이용하여 토양 물성치에 따른 토양분류별 강우조건과 유효토심에 대한 침투도달시간을 산정하고 분석하였으며, 침투도달시간 산정법을 강우강도와 유효토심을 기준으로 검증하기위해 국립방재연구소의 2008년, 2009년에 시행된 투수성 보도블럭 침투실험 데이터를 이용하였다. 실험의 시행년도와 투수성 보도블럭의 형태에 따라 검증 케이스를 4가지로 분류하고, 강우조건 50mm/hr, 100mm/hr, 150mm/hr, 200mm/hr에 의해 불포화 투수층에서 나타난 실측치와 산정된 침투도달시간을 비교하였다. 검증 결과 아래 그림과 같이 2008년에 실시된 침투실험 데이터 A1, B1은 강우강도가 증가함에 따라 실측 침투도달시간에 비해 다소 짧게 산출되었고, 2009년의 침투실험 데이터 A2, B2는 50mm/hr 강우강도를 제외하고 모든 검증케이스는 실측 침투도달시간에 근접하게 나타났다. 이는 A1, B1의 실험조건이 선행토양 함수조건을 구분하지 않고 실험을 실시하였고, A2, B2는 선행토양 함수가 없는 조건으로 설정 후 실험을 실시한 이유로 볼 수 있을 것이다. 따라서 불포화 투수층의 침투해석은 본 연구에서 제시한 토양층의 함수조건과 강우강도에 대한 영향을 고려할 수 있으며 연속적인 침투거동을 나타낼 수 있는 방법이 적합할 것이다.