이 논문은 나노물질이 결합된 시간반사영역기(TDR)의 보의 변형에 관한 실험자료와 기존 구조 해석기법에 따른 변형간의 상관관계를 평가하기 위한 것이다. TDR의 동축케이블에 일정한 간격마다 나노물질(BaTiO3 powders and silver mixture)을 결합하여 토목구조물에 설치할 수 있도록 하였다. 실험결과,나노물질은 보에 설치된 동축케이블의 정확한 위치정보를 알려주었으며, TDR센서시스템과 Fourier series를 활용하여 필터링 된 실험 자료는 보의 변형을 정확하게 알려주었다. 그러므로, 나노-TDR시스템과 Fourier filter를 활용하여 보의 변형에 관한 정확한 모니터링이 가능하였으며, 변형에 관한 보다 나은 해석이 가능하다는 점에서 기존의 TDR센서 혹은 광섬유 센서보다 진보한 시스템이라 할 수 있다.

분사식 FRP 보강 공법은 섬유(Fiber)와 수지(Resin)를 외부에서 혼합하여 요철이 많은 콘크리트 표면에 고속의 압축 공기로 랜덤하게 분사하여 기존 콘크리트 구조물을 보강하는 공법이다. 새로운 분사식 FRP 공법을 이용하여 구조물의 보강 성능을 평가하였다. 콘크리트 보 실험체에 대한 휨강도 실험을 수행하여 분사식 FRP의 최적물성치를 찾고 이 결과를 이용하여 PSC I형 거더 표준단면을 1/5로 축소한 구조물에 적용하여 실험을 하였다. 손상된 프리스트레스트 콘크리트에 적용한 결과 무보강보에 비하여 휨강도가 49.8% 증가하였고 사용상태의 거동이 개선되었으며, 보강에 의해 처짐 및 균열 제어에 효과적이었다. 결론적으로 분사식 FRP 공법의 보강 적용은 구조물의 성능 향상에 효과적이라고 할 수 있다.

초대형 해양 구조물은 매립 방법을 대신한 새로운 해양공간의 이용방법으로서 주목받고 있다. 따라서, 이와 같은 요구에 부합하기 위해서 초대형 해양 구조물이 제안되고 있다. 초대형 해양 구조물은, 매립 공법과 달리, 수심이나 해저의 지질에 관계없이 설치할 수 있고, 또 부체의 아래에 흐름이 존재하기 때문에 자연환경에 영향이 전혀 발생하지 않는다. 또한, 용이하게 조립 해체를 할 수 있기 때문에, 확장이나 철거를 쉽게 할수 있는 장점이 있다. 초대형 부유체 구조물 설계 기준안에 의하면, 구조안정성에 관한 항목 중, 부유체 구조물의 사용환경 및 설치환경에서 발생할 수 있는 최악의 해상조건에 있어 적절한 구조강도 여유를 갖는 것을 쥬정하고 있다. 따라서, 예상 가능한 하중 시나리오에 의해서, 적절한 구조 해석 및 실험을 수행하고, 안전성을 확인하도록 요구하고 있다. 전자에 관해서는 구조부재 레벨의 강도 평가를 수행하고, 후자에 관해서는 구조물의 파괴를 수반한 거동을 확인한다. 지금까지 탄성 응답 해석을 기초로 주요 구조부재의 강도 한계치를 기준으로 한 다양한 검도, 평가가 행해져 왔다. 그렇지만, 부재의 붕괴를 초과한 부하가 작용할 때의 구조 전체로서의 붕괴 거동 및 안전성에 관한 검토는 적다. 따라서, 본 연구에서는 이상 환경 조건하에서 발생 가능한 하중조건에 대해서 대형 해상구조물의 비선형 붕괴 거동을 파악한 것을 목적으로 하고 있다.

해안철근콘크리트 구조물은 해수 또는 비래염분에 의하여 철근이 부식하게 되고 결과적으로 콘크리트에 균열로 발전하여 성능을 다하게 된다. 본 연구에서는 염해에 대한 해안 철근콘크리트 구조물의 내구성능 평가를 위하여 수치해석에 의한 결정론적 방법이 아니라 확률론에 입각한 성능평가를 위하여 확률론적 시뮬레이션 수법을 구축하였다. 시뮬레이션 수법으로는 몬테카를로법이 적용되었으며, 파괴확률에 대한 설계확률변수(표면염화물 농도, 초기 함유 염소이온농도, 철근의 피복두께, 염소이온 확산계수) 및 각각의 변동계수의 영향을 평가하였다. Fick의 확산방정식을 이용한 해석결과, 해안에서의 거리의 차 및 확산계수의 차에 의한 영향은 컸으며 상대적으로 변동계수의 영향은 그다지 높지 않다는 것을 알 수 있었다.

통계적 구조물 손상진단에서 기저분포는 구조물에 손상이 없을 때 획득된 동적 응답 특성이 이루는 통계분포이다. 일반적으로 구조물에 손상이 발생했을 때 손상에 민감한 구조물의 동적 응답 특성은 기저분포의 꼬리 부근에 주로 나타나게 된다. 최근 연구자들은 기저분포의 꼬리 부분을 정확하게 모사하기 위해 극치분포에 주목하고 있으나, 구조물 손상진단의 관점에서 극치분포의 이론적 이해에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 이 연구에서는 신뢰성 있는 통계적 구조물 손상진단을 위해 필요한 극치분포의 점근적 수렴성을 매개변수 추정법을 이용하여 규명한다. 특히, 극치 추출에 필요한 표본크기와 극치분포의 점근적 수렴성의 관계를 정량적으로 보인다. 또한, 극치분포 추정에서 표본크기와 통계적 구조물 손상진단에서 발생하는 손상오류경보 빈도에 대한 관계를 정량적으로 규명한다. 차량 이동하중을 받는 2경간 트러스 교량에서 수치해석 기법을 통해 모사된 가속도 데이터를 이용하여 제안된 기법의 타당성을 검증한다.

일반적으로 MR 감쇠기를 이용한 준능동 제어 시스템을 구축하기 위해서는 감쇠장치의 동적모델이 요구된다. 여기서, 동적모델링은 감쇠장치의 발생 감쇠력 및 거동 성향 등을 수치적으로 예측하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 MR 감쇠기의 동적거동을 실무적인 관점에서 합리적으로 모델링하기 위하여 다양한 동적모델 중 Power 모델 및 Bingham 모델을 적용해 MR 감쇠기의 동적거동특성을 예측․평가하였다. 이때 활용한 MR 감쇠기의 실험결과는 압착식 형태로 개발된 MR 감쇠기를 대상으로 동하중 실험을 수행하여 획득하였으며, 힘-변위 이력곡선으로부터 준능동 제어장치로의 타당성을 확인하였다. 또한, 각 동적모델의 예측성능을 평가하기 위하여 우선 실험결과를 이용해 각 동적모델 별 모델변수를 규명하였고, 이를 바탕으로 힘-속도 관계곡선 및 예측된 발생 감쇠력의 오차율을 산출하여 개발된 압착식 MR 감쇠기의 실험결과와 상호 비교․평가하였다. 최종적으로 본 연구에서 개발한 압착식 MR 감쇠기는 준능동 제어장치로 활용 가능함을 확인하였고, 평가된 두 가지 동적모델은 모두 우수한 예측성능을 보임으로써 본 연구에서 개발한 압착식 MR 감쇠기는 물론 MR유체를 이용한 다양한 형태의 감쇠장치의 거동특성을 수치적으로 예측하기 위하여 간단히 활용될 수 있는 가능성을 제시하였다.

본 논문에서는 건설구조물의 스마트 제어를 위해 오리피스 구간의 갭(gap) 조건을 달리한 2개의 준능동 MR 감쇠기를 개발하고, 동하중 실험을 통해 갭 조건에 따른 감쇠성능을 비교·평가하였다. 여기서, MR 감쇠기는 그 특성상 재료적 및 기계적인 다양한 변수들로 인해 그 감쇠성능이 크게 좌우될 수 있으나, 특히 MR 감쇠기의 오리피스 구간에 대한 갭 크기의 영향은 MR감쇠장치의 설계 시 핵심적인 요소 중에 하나이다. 따라서 본 논문에서는 오리피스 구간의 갭 조건을 1.0mm와 2.0mm로 각각 설계하였으며, 인가전류 조건을 달리한 동하중 실험을 통해 발생 감쇠력을 획득하였다. 이들 획득결과는 힘-변위 이력곡선과 힘-전류 관계곡선으로부터 최대·최소 감쇠력 및 동적범위로 분석·평가되었다. 이상의 결과로부터, 갭의 조건에 따른 MR감쇠장치의 감쇠성능 변화를 규명하였으며, 본 연구에서 개발된 2개의 MR 감쇠기는 인가전류셑 및 코일 권선수 등의 추가핵심설계요소를 효과적으로 고려함으로써 건설구조물의 스마트 제어를 위해 유용하게 활용될 수 있는 가능성을 제시하였다.

본 연구에서는 구조물에 발생하는 변상 진전 특성을 수치 해석적으로 평가할 수 있는 기법을 새롭게 개발하기 위한 연구를 수행한 것이다. 이를 위해서, 변상발생 메커니즘을 토대로 하여, 인장균열 발생 후, 휨압축에 의한 압축손상까지를 해석에 반영하였다. 특히 인장균열이 발생하고나서 압축손상이 발생하기까지의 해석단계를 위해서는, 등가소성힌지길이 개념을 새롭게 도입하여, 균열의 진전을 해석하게 된다. 등가소성힌지 길이개념을 도입함으로써, 균열발생단면에 대한 단면력, 즉, 축력과 모멘트를 균열폭과 관계지어 균열폭의 확장을 추적해 나가게 된다.

수중구조물은 특수한 환경적 요인에 의하여 심한 열화상태에 놓이게 되며, 이러한 열화현상이 지속되게 되면 구조물은 철근의 부식과 콘크리트단면의 손실로 인하여 구조적으로 심각한 문제를 발생하게 된다. 수중구조물은 기중환경에서의 보수작업보다 매우 어려우며, 보수효과에 대한 증명도 불확실한 것이 현실이며, 기존의 보수공법은 외국의 사례를 보수효과의 검증없이 그대로 적용하거나, 경험에 의하여 시공되어져 왔다. 본 연구에서는 수중구조물에 대한 보수공법을 제안하고, 실험체의 거동특성과 보수재와 피보수재의 계면파괴를 관찰하여 제안된 보수공법의 효과를 비교 · 분석하였다.

본 연구에서는 구조물의 표면마감 특성이 해양콘크리트의 공극 및 염화물 확산특성에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 콘크리트의 종류는 Plain과 함께 실리카퓸을 사용한 경우와 플라이애시를 사용한 콘크리트를 대상으로 하였고, 표면거푸집 종류로는 목재합판, 코팅합판, 철 및 폴리프로필렌 필름으로 하는 총 4 case를 대상으로 하였다. 검토결과, 공극은 콘크리트 시험체의 중앙부 절단면이 철이나 폴리프로필렌 필름을 사용한 경우에 비해 상대적으로 많은 공극량을 포함하는 것으로 나타난 반면, 목재 합판을 사용한 경우가 가장 적은 공극량을 포함하는 것으로 나타났다. 염화물 침투시기는 동일한 콘크리트라 할지라도 거푸집 종류에 따라 Plain 콘크리트의 경우는 최대 13.2%, MSF 콘크리트는 20.3%, FA 콘크리트는 17.7% 수준까지 상이하게 되는 것으로 평가되었다. 따라서 콘크리트의 내구성을 평가하는데 있어 콘크리트의 표면마감 특성에 대해서도 면밀히 검토되어야 한다는 것을 알 수 있었다.

본 논문에서는 연속웨이블렛 변환(Continuous Wavelet Transform; CWT)을 이용하여 구조물의 손상도를 평가 하였다. 지진하중을 받은 프레임 구조물의 응답 가속도를 CWT를 이용하여 분해한 후 각각의 스케일에 관해서 손상전과 손상후의 정규화된 에너지 곡률(Normalized Energy Curvature; NEC)을 계산하였다. 손상전과 손상후의 NEC 값은 손상된 부재에서 크게 변화 하여 손상된 부재를 쉽게 나타내었고 또한 손상도가 심할 수 록 그 값의 차이가 컸다. 이 논문에서는 CWT로부터 계산된 NEC값이 구조물의 손상위치와 손상도를 평가하는 효과적인 지표임을 나타내었다.

콘크리트 구조물의 내구성 해석 변수들의 변동성과 불확실성으로 인해 확률론적인 접근법의 사용이 증가되어 왔다. 특히, 몬테칼로시뮬레이션 방법(Level III 방법)은 접근성의 용이함으로 인해 많은 내구신뢰성 해석에 사용되어왔지만, 결과를 얻기위해서는 수 십만번의 반복계산이 필요하다. Level II 수준의 신뢰성 해석법인 일계이차모멘트법(FOSM)은 MCS법과 비교할 수 없을 정도의 짧은 시간에 신뢰도지수나 파괴확률을 계산할 수 있어, 유효성만 검증된다면 편리성과 신속성으로 인해 폭넓은 사용이 가능할 것이다. 본 연구에서는 FOSM법과 MCS법에 의한 부식확률(내구성 파괴확률)을 서로 비교하여 FOSM법의 유효성을 검증하고 각 내구성 해석변수들의 변동성이 부식확률에 미치는 영향을 검토하였다

본 연구는 능동텐던을 이용 지진을 받는 구조물의 최적 능동제어 방법에 관한 수치해법 적용 및 프로그램 개발에 목적이 있다. 능동텐던 시스템에 의한 제어이론을 적용하기 위해서 Ricatti 폐회로 알고리즘을 이용하였으며, 시간지연 문제를 고려하였다. 최적제어의 정식화를 위해서 SUMT기법의 최적화에 의해 성능지수를 최소로 하는 최적 가중치행렬을 추정토록 하였다. 구조물에서의 능동텐던의 최적 위치 선정을 위해서 가제어지수에 의한 방법을 소개하였다. 수치 예를 통해, 제어기의 최적 위치선정을 고려한 능동최적제어가 지진하중을 받는 구조물의 성능제어에 우수한 효과를 나타내는 것으로 평가되었다.

본 연구에서는 2차 비탄성해석과 단면점증법을 이용한 평면 강골조 구조물의 최적설계 방법을 제시하였다. 2차 비탄성해석은 구조시스템과 그에 속한 부재들의 기하학적 비선형과 재료적 비선형을 고려하기 때문에 2차 비탄성해석에 바탕을 둔 설계법에서는 해석 후 개별부재의 강도검토가 필요 없다. 본 논문에서 제안한 단면점증법을 최적화 기법으로 사용하였으며 목적함수로 구조물의 중량을 사용하였다. 제약조건식은 구조시스템의 하중-저항능력, 처짐 및 층간 수평변위 등을 고려하였으며 제안된 방법에 의한 설계결과를 다른 방법에 의한 것들과 비교하여 그 효율성을 증명하였다.

구조최적화는 최근 CAD와 컴퓨터 기술이 발전하면서 구조설계부분에 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 30층의 강구조물을 대상으로 유한요소해석 및 어댑티브 시뮬레이티드 어닐링 알고리즘을 이용하여 최적중량설계를 구현하였다. 최적설계는 모든 설계상수와 설계하중들이 주어졌을 때, 목적함수가 최소로 됨과 동시에 모든 설계제약조건을 만족시키는 설계변수를 결정하는 설계법이라고 정의할 수 있다. 최적설계 구현을 통해 건설 측면에 있어 성능 향상과 신뢰도 향상 효과를 가져 올 수 있을 것이다.

본 연구에서는 고등해석과 유전자 알고리즘을 이용한 트러스 구조물의 최적설계를 수행하였다. 본 연구에서 사용한 고등해석은 기하학적 비선형과 재료적 비선형을 동시에 고려한다. 최적화 알고리즘으로 마이크로 유전자 알고리즘을 사용하였다. 목적함수로 구조물의 중량을 사용하였으며, 제약조건식은 구조시스템의 하중-저항능력 및 변위 조건을 고려하였다. 제안된 방법에 의한 최적설계 결과를 기존의 연구결과와 비교하여 그 타당성을 증명하였다.

본 논문에서는 구조물의 응답 신호만을 스마트 센서 시스템으로 획득하여 모달 인자들을 추출하는 연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 최근에 차세대 계측시스템으로 활발히 연구 되고 있는 스마트 센서 시스템의 성능과 현장 적용 가능성을 검증하는데 있다. 본 연구에 사용된 스마트 센서 시스템은 MEMS형 가속도 센서와 8bit CPU, 무선모뎀을 이용하여 실시간 동적계측이 가능하도록 개발되었다. 모달 인자 추출 실험은 모형 캔틸레버 보에 임의 가진을 가한 후, 구조물의 응답을 스마트 센서와 범용계측장비로 각각 획득하였다. 데이터 분석은 NExT & ERA 알고리즘을 이용하여 모달 인자를 추출하였다. 또한, 양질의 데이터를 획득하기 위하여 EOT알고리즘으로 최적의 계측위치를 선정하였다. 실험 결과, 스마트 센서의 현장 적용 가능성을 확인할 수 있었다.

본 논문에서는 비접촉 손상검출기법으로 관심의 대상이 되고 있는 열화상 기법의 기본 원리, 활용 예, 제한 사항 등을 국내외 주요 연구성과를 분석하고 정리하였다. 콘크리트 구조물의 내부 결함 진단, 내부 철근 부식 측정과 콘크리트 구조물 표면과 섬유 보강 시트 사이의 비부착 검출, 포장도로의 표면 결함 검출, 오래된 건물의 표면 누수 측정, 철도 트랙 자갈의 상태 측정 등을 최근 연구결과 중심으로 광범위하게 검토하였고 최근에 보고된 실험결과도 제시하였다. 검토 결과, 열화상 기법은 광범위한 형태의 토목 구조물의 넓은 표면을 빠르게 정성적으로 검사할 수 있는 장점을 가지고 있는 것으로 확인되었다. 반면, 정량적 기법은 주변 온도 등 환경 요인에 민감하게 영향을 받는 것으로 판단되었으며, 다른 정밀계측장비와 혼용시 좋은 성과를 기대할 수 있을 것으로 예측된다.