지반위에 놓인 콘크리트 슬래브가 수직 하중을 받을 때 지반의 전단저항과 슬래브 하부와 지반과의 마찰 등에 의해 생기는 슬래브 하부의 수평저항을 고려하여 지반위에 놓인 콘크리트 슬래브의 거동을 분석하였다. 슬래브 하부의 수평 저항을 고려하기 위한 해석 공식을 유도하였고 퓨리에변환을 이용한 변환영역에서 이러한 공식의 해를 구하였다. 또한 판요소와 쉘요소를 이용한 유한요소법에 의한 모델을 개발하여 수치 해석 결과도 도출하였다. 이러한 해석 공식과 수치해석 모델을 이용한 해석 결과를 비교 분석하였고 매우 비슷한 결과가 도출되는 것을 알 수 있었다. 콘크리트 슬래브의 응력 분포에 슬래브 하부의 수평저항이 미치는 민감성을 여러 가지의 다른 슬래브의 두께, 탄성계수, 그리고 지반의 수직탄성계수 등을 고려하여 분석하였다. 해석 결과에서 슬래브 하부의 수평 저항은 슬래브의 응력에 매우 큰 영향을 미칠 수 있다는 것을 발견하였다.

본 논문에서는 상부구조물과 진동대에서 측정된 가속도를 이용하여 구조물과 지반의 동적 상호작용을 고려한 진동대 시험을 수행하는 방법이 제안된다. 부분구조법을 기반으로 한 제안된 실험법은 상부구조물만을 실험체로 사용하고 지반모델에 대해서는 동적지반강성을 진동대 제어기에 반영하는 방법이다. 이 때, 실험부분인 상부구조물은 전체 구조물 지반계의 동적거동을 모사하기 위한 운동으로 진동대에 의해 가진된다. 먼저, 구조물 지반계의 운동방정식으로부터 유도된 수치 시뮬레이션 검증모델에 의해 제안된 방법의 타당성이 검증된다. 또한, 진동대의 전달함수를 고려한 시뮬레이션 모델로부터 진동대 시험에 의한 제안된 방법의 적용성이 수치 시뮬레이션에 의해 검증된다.

이 논문에서는 포화된 2상 지반의 동적해석에서 원역을 모형화하기 위한 새로운 무한요소를 제안하였다. 무한요소법은 무한영역 또는 반무한영역을 모형화해야 하는 공학문제에 효과적으로 적용되어 왔다. 그러나 현재까지 개발된 2상지반의 동적해석을 위한 무한요소는 형상함수에 사용될 수 있는 파동성문이 2개(Pl파와 P2파)로 한정되어 있다. 이 논문에서는 이와 같은 제한을 없애고 임의 개수의 파동성분을 고려할 수 있도록 하는 정식화 과정을 제안하였다. 구조물을 포함하는 근역은 유한요소로 나타내며 원역은 평행층상 반무한 지반으로 가정하였다. 제안된 무한요소의 타당성은 1차원 및 2차원 파동전달문제를 해석하고 이를 이론해 및 정밀수지해석 해와 비교하여 검증하였다.

비탄성 지진해석은 구조물-지반 체계의 비선형 거동 때문에 내진설계를 위해 필요하고, 합리적인 내진설계를 위해서 지반-구조물 상호작용을 고려한 성능에 기준한 설계의 중요성도 인식되고 있다. 이 연구에서는 11개 중약진과 5개 강진 기록을 최대 가속도 0.075g, 0.15g, 0.2g와 0.3g로 조정하여 연약지반에 세워진 단자유도계에 대한 탄성과 비탄성 지진응답해석을 지반의 비선형성을 고려하여 수행하였다. 의사3차원 동적해석 프로그램을 사용하여 주파수 영역에서 지진하중을 암반에 작용시켜 구조물-지반 체계에 대한 지진응답해석을 한번에 수행하였다. 연구결과에 의하면 비선형 지반-구조물 상호작용 영향을 고려하는 것과 설계기준에 따라 내진설계를 하는 것보다는 여러 가지 지반조건을 고려하여 성능에 기준한 내진설계를 수행하는 것이 필요하다. 또한 약진에 의한 연약지반의 비선형성이 비선형 지반에 의한 지진파의 증폭 때문에 탄성과 비탄성 지진응답에 심하게 영향을 미쳤는데 특히 탄성지진응답에서 두드러졌다.?

본 연구의 목적은 국내 실정에 적합한 원전 기초지반의 지진안정성을 평가할 수 있는 적절한 해석모델을 제시하는 것이다 입력지진의 작용방향, 경계조건, 해석모델의 폭 및 깊이, 단층연약대의 모델링방법 등의 해석조건에 대하여 활동면해석법, 등가정적해석법, 동적해석법을 적용하였다. 해석결과 측면경계조건은 등가정적 해석시 수평롤러, 동적해석시 전달경계, 해석영역의 폭은 구조물 폭의 5배 이상, 깊이는 구조물 폭의 2배 이상을 적용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 Pasternak 지반 위에 놓인 보강판의 고유치해석을 수행하였다. 보강판 해석은 Mindlin 판 이론과 Timoshenko 보-기둥 이론을 적용하여 해석하였으며, 유한요소법 적용시 판요소는 8절점 Serendipity 요소계를, 보요소는 3절점 유한요소를 적용하였다. 탄성지반은 지반의 연속성을 고려한 Pasternak 지반으로 모형화하였다. 본 연구의 타당성을 검증하기 위하여 이 연구의 결과를 문헌, 실험 및 SAP 2000의 결과와 비교하였다. 이 연구의 결과로 문헌 해가 존재하지 않는 Pasternak 지반 위에 놓인 보강판의 지반 변수의 변화 및 보강재 크기에 따른 고유진동수를 산정하였다.

탄성지반위에 놓여진 평판은 일반적으로 유한요소법을 이용하여 해석할 수 있다. 그러나 Boussinesq의 이론에 근거한 지반의 유연도 행렬을 계산하는 것에 약간의 어려움이 있다. 본 연구에서는 원형 면적에 등분포하는 하중으로 인해 발생하는 수직 처짐에 대한 해석 결과를 이용하는 효과적인 수치해석과정을 제시한다 예제를 통하여 수치적분기법에 의한 결과 또는 소영역분할기법에 의한 방법보다 개선된 결과가 얻어짐을 제시한다.

에너지 설계법은 지진에 의해 누적된 손상과 구조물의 이력거동에 의한 영향을 직접적으로 고려할 수 있기 때문에 현행 내진설계 기준보다 더 합리적이다. 그러나 지반운동과 구조물 특성에 따른 에너지 응답에 대한 관련 연구자들의 합의가 아직 도출되지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 에너지 요구에 대한 지진하중과 구조물 특성의 영향을 다른 지반조건에서 계측된 100개의 지진기록을 이용하여 평가하고 기존 연구결과와 비교하였다. 해석 결과에 따르면 연성비와 지반조건은 입력에너지에 상당한 영향을 주는 것으로 나타났다. 입력에너지에 대한 이력에너지비는 연성비, 감쇠비와 강한 지진파의 지속시간에 많은 영향을 받았지만 지반조건에 따른 변화는 작았다.

본 논문에서는 이웃한 빌딩의 기초가 서로 상이한 경우, 구조물과 지반의 상호작용에 대한 지진응답해석을 하였다. 세 가지 시스템에 대한 두 가지 모델에 대하여 연구하였다. 첫째 모델의 경우에는 빌딩은 프레임모델로 지반은 그리드모델로 설정하였고, 둘째 모델의 경우에는 구조물과 지반을 평면응력과 평면변형률로 모델화하였다. 또한 변형된 관성모멘트는 지반의 탄성모듈과 함께 구조물의 단면력에 영향을 미치므로 함께 고려되었다. 근사해석으로는 유한요소법과 응답스펙트럼이 적용되었으며 제시된 예를 통하여 안전성을 논증하였다.

다중채널 탄성파 자료를 이용하여 낙동강 하구 삼각주 지역 연약지반의 지반 특성을 구하기 위하여 S파 속도와 Qs-1 구조를 구하고 이를 시추조사 결과와 비교하였다. 다중채널 신호의 분산곡선을 역산하여 S파 속도구조를 구하고 감쇠지수(attenuation coefficient)를 구하였다. 다중채널 신호 중 음원에서 가장 가까운 신호를 기준 신호로 정하고 10 Hz에서 45 Hz 사이의 주파수에 대하여 거리에 따라 기준 신호에 대한 진폭의 비가 감소하는 정도를 나타내는 기울기를 구하여 감쇠지수를 결정하였다. 이 감쇠지수를 역산하여 지반 최상부 8 m 층의 S파 속도와 함께 Qs-1를 구하였다. 이 지역의 시추조사에 의하면 이 지역의 지층은 크게 상부 4 m 실트질 모래층과 하부 4 m 실트질 점토층으로 나누어진다. 표면파 역산에 의해 구해진 S파 속도와Qs-1를 시추조사 결과와 비교해보면, 상부 실트질 모래층에서 S파 속도의 공간적 해상도는 약 80m/sec로 하부 실트질 점토층의 속도 40m/sec보다 상대적으로 높은 값을 보인다. 각 층에서 S파 속도의 공간적 해상도는 뚜렷하다. Qs-1의 공간구조는 상부 실트질 모래층에서 약 0.02를 보이고 하부 실트질 점토층에서 0.03으로 증가하는 양상을 보인다. Qs-1의 공간적 해상도는 상부 약 5 m 구간에서는 양호하나 그 보다 깊은 곳에서는 공간적 해상도가 아주 낮아지는 것을 볼 수 있다. 이 조사지역에서는 실트질 모래층에서 실트질 점토층보다 높은 S파 속도가 나타나고 낮은 Qs-1 값을 보인다. 그러나, 지반의 S파 속도와 Qs-1를 결정하는 다른 많은 요인들이 있으므로 이를 일반화하기 위해서는 연약지반의 S파 속도와Qs-1에 관한 자료와 연구가 집적되어야 할 것이다.

본 연구에서는 기 개발된 유한요소-경계요소 조합을 통한 지반구조물 상호작용해석기법을 이용하여 주파수 특성이 다른 여러 가지 지진파를 이용한 수치해석을 통하여 지진파에 따른 거동특성을 분석하였다. 사용한 기본해의 검증을 위하여 적용된 다층 반무한 해를 Estorff 등의 연구결과와 비교하였으며, 기본해를 이용하여 개발된 지반-구조물 상호작용해석기법의 검증을 위하여 자유장해석을 수행하였다. 자유장 해석결과는 1차원 파전달 이론에 의하여 개발된 자유장응답해석 프로그램인 SHAKE의 결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다. 검증된 해석기법을 이용하여 특성이 다른 3종류의 지진파가 적용된 2차원 평면상의 지반-구조물 상호작용해석을 수행함으로써 지진파와 말뚝유무에 따른 지반-구조물 상호작용거동특성을 분석하였다. 해석결과 지진이 작용할 때는 말뚝기초를 사용하는 것이 반드시 유리한 결과를 주지는 않는다는 것을 알았으며, 지반의 비선형성을 고려 할때는 말뚝의 유무가 지진응답결과에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있었다.

본 논문에서는 국내 148개 지반에 대한 전단파속도 주상도, 기반암 깊이 및 지반의 동적변형특성을 획득하여 미국 서부해안지역의 지반특성과 비교하였고, 등가선형해석을 수행하였다. 해석은 1등급 붕괴방지수준인 0.154g를 암반노두에 적용하여 수행하였다. 해석결과 국내 지반특성에 적합한 증폭계수 F_a와 F_v는 UBC 기준의 증폭계수와 매우 다른 경향을 보였다. 단주기 증폭계수 F_a의 경우 UBC 기준보다는 큰 값이 얻어졌고, 장주기 증폭계수 F_v는 UBC 기준보다 작은 값으로 나타났다. 따라서, 국내 지반특성을 적절히 반영할 수 있는 설계지반운동 결정방법을 개선해야할 필요를 확인하였다.

이 논문에서는 비선형 지반-구조물 상호작용해석을 위한 새로운 시간-주파수영역 복합법을 제시하였다. 제안한 방법은 등가선형 지반-구조물 상호작용해석 프로그램과 범용 비선형 유한요소해석 프로그램을 동시에 사용하는 실용적인 방법이다. 이 방법에서는 먼저 주파수영역에서 등가선형 지반-구조물 상호작용해석을 수행하여 유한요소 영역의 경계면에서 응답을 구한 다음, 이를 범용 비선형 유한요소해석 프로그램에 의한 비선형 동적해석의 시간의존 경계조건으로 입력한다. 제안된 방법의 검증을 위하여 2차원 지하철 정거장 구조물에 대한 지진해석을 수행하였다. 이를 위하여 등가선형 지반-구조물 상호작용해석 프로그램 KIESSI-2D와 비선형 유한요소해석 프로그램 ANSYS를 사용하였다 수치적인 해석결과로부터 이 연구에서 제안한 방법의 타당성을 확인할 수 있었다.

강진을 고려한 지진설계 규준은 약진지역에서는 불필요한 경제적 손실을 가져을 수 있고, 지반-구조물 상호작용을 고려한 성능기준 설계가 합리적인 지진설계를 위해서 중요하다는 것이 인식되었다. 이 연구에서는 연약지반 위에 놓인 단자유도계의 탄성, 비탄성 지진응답 해석을 지반의 비선형성을 고려하여 최대지진가속도를 0.07g와 0.11g로 조정한 11개 약진에 대해 수행하였다. 지진응답해석은 지반-구조물체계에 대해 유사 3차원 동적해석 프로그램으로 암반에 지진기록을 입력하여 한 단계에 일괄적으로 수행하였다. 연구 결과에 의하면 고정지반이나 선형지반을 가정한 지진응답 스펙트럼은 구조물-지반체계의 실제적인 거동을 보여주지 못하는 것으로 나타났으며, 합리적인 지진설계를 위해서는 지진규준에 정해진 일상적인 설계절차에 다라서 수행하는 것보다 다른 성질을 가진 여러 지반에 대해서 성능기준 지진설계를 수행하는 것이 필요하다. 약진을 받는 연약지반의 비선형성도 입력지진동을 증폭시켜 탄성, 비탄성 지진응답 스펙트럼에 심하게 영향을 미쳤으며, 그 현상은 특히 탄성 응답스펙트럼에서 두드러졌다.

Response analysis of buried pipeline subjected to permanent ground deformation(PGD) due to liquefaction is mainly executed by use of numerical analysis or semi-analytical relationship, When applying these methods, so called interfacial pipelineㆍsoil interaction force plays an dominant part. Currently used interaction force is mode up of indispensable mechanical and physical components for the response analysis of buried pipeline. However, it has somewhat limited applicability to the liquefied region since it is based on the experimental results for the non-liquefied region. Therefore, in this study, improved type of pipelineㆍsoil interaction force is proposed based on the existing interaction force and experimental research accomplishments. Above all, proposed interaction force includes various patterns of PGD or spatial distributions of interaction force caused by the decrease of soil stiffness. Through the comparison of numerical results using the proposed and the existing interaction force, relative influences of interaction force on the response of pipeline are evaluated and noticeable considerations in the application of semi-analytical relationship are discussed. Moreover, analyses due to the change of pipe thickness and burial depth are performed.

이 논문은 미분구적법(DQM)을 이용한 탄성지반 위에 놓인 변단면 압축부재의 자유진동에 관한 연구이다. 문헌고찰을 통하여 채택한 지배미분방정식과 경계조건을 DQM에 적용하여 고유진동수를 산출할 수 있는 수치해석법을 개발하였다. DQM에서 수치적분을 위한 격자점의 선택은 Chebyshev-Gauss-Lobatto 법을 택하고, 고유치의 산정은 QR 알고리듬을 이용하였다. 타문헌과의 결과비교를 통하여 본 연구의 걸과가 타당함을 보였고, DQM에 대한 적용성 검토에서 고유진동수의 산출이 매우 안정적임을 보였다.