본 논문은 철근 콘크리트 구조물의 비탄성 해석을 수행하기 위하여 개발된 9절점 퇴화 쉘 요소에 대하여 기술하였다. 개발된 쉘 유한요소는 퇴화고체기법과 함께 구조물에서 발생하는 횡 전단 변형효과를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin (RM)가정을 도입하였다. RM가정을 바탕으로 한 퇴화 쉘 요소는 쉘의 두께가 얇거나, 즉 종횡비가 작거나, 균일하지 않은 유한요소망을 사용할 경우 구조물의 강성이 과대하게 계산되는 강성과대현상(Locking phenomenon)이 나타나게 된다. 강성과대현상은 선택적 감차 적분, 비 적합 모드, 가변형도 등을 사용하여 개선하는데 특히 가변형도법에 바탕을 둔 대체변형도는 많은 유한요소에 성공적으로 적용되어 왔다. 그러나 이와는 대조적으로 콘크리트의 비탄성 해석에 가변형도법을 도입하고 그 성능을 조사한 사례는 매우 적다. 따라서 본 연구에서는 가변형도법과 미시적 재료모델을 바탕으로 RM 쉘 요소를 정식화하고 미를 유한요소프로그램으로 개발하였다. 개발된 철근 콘크리트 쉘 요소의 성능은 수치예제를 통하여 검증하였다. 수치예제로부터 개발된 쉘요소를 이용하여 구해진 해석결과가 실험결과 또는 다른 해석결과에 근접함을 알 수 있다.

이 논문에서는 철근콘크리트 쉘구조의 동적해석을 위한 비선형 유한요소 해법을 제시하였다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 유한요소로서는 면내회전강성도를 갖는 4절점 평면 쉘요소가 사용되었다. 두께방향에 대한 철근과 콘크리트의 재료성질을 고려하기 위하여 층상화기법이 도입되었다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열모델로서는 분산균열모델을 사용하였다. 동적 평형방정식의 해는 HHT법에 의한 수치적분으로 구하였다. 신뢰성 있는 해석결과와 비교를 통하여 이 논문의 제안방법이 철근 콘트리트 쉘구조의 비선형 동적해석에 적합한 방법임을 입증하고자 한다.

이 논문은 샌드위치식 강-콘크리트 복합구조체에서 상하 강판과 격벽으로 구성되는 셀의 형상비가 거동과 성능에 미치는 영향을 다루었다. 이 구조체에서 셀 형상비는 하중전달 메카니즘과 하중분배능력을 변화시킨다. 따라서 셀 형상비에 따라 부재의 응력수준과 하중저항능력이 변화한다. 이 연구에서는 셀 형상비가 이 구조체의 거동과 성능에 미치는 영향을 규명하기 위해, 두 종류의 샌드위치식 복합구조체에 대해 다양한 셀 형상비를 설정하여 비선형 구조해석을 수행하였다. 해석결과로부터 셀 형상비에 따른 하중전달 메카니즘과 부채 응력에서의 차이점을 도출하였으며, 이들 차이점을 바탕으로 셀 형상비가 전단성능, 휨성능, 하중저항성능에 미치는 영향을 분석하였고, 파괴모드와 연성에 미치는 영향에 대해서도 간략히 언급하였다. 연구결과, 셀 형상비가 증가함에 따라 하부 강판과 콘크리트의 응력수준이 낮아지는 결과를 나타내었다. 이것은 각 부재의 유효휨강성과 유효전단강성 증가를 나타내며, 따라서 구조체의 하중저항성능도 향상되는 것으로 판단된다. 특히 셀 형상비의 증가에 따른 성능향상에서 전단성능이 휨성능에 비해 더 큰 효과를 나타내며, 이러한 차이는 파괴모드와 연성에도 영향을 미칠 것으로 판단된다. 즉, 셀 형상비가 증가함에 따라 구조물의 거동 및 파괴모드는 점차적으로 전단에서 휨으로 변화하고, 이에 따라 구조물의 연성도 점차적으로 향상될 것으로 판단된다.

이 연구는 철근콘크리트 구조물의 비탄성 거동을 파악하고 합리적이면서 경제적인 내진설계기준의 개발을 위한 자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 정학하고 올바른 내진성능의 파악을 위하여 비탄선 해석프로그램을 사용하였다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위해서 유한요소법을 이용하여 개발된 RCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축 전단모델과 콘크리트 소에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트 균열모델로서는 분산균열모델을 사용하였다. 또한, 횡방향 구속철근으로 인한 강도의 증가 효과를 고려하였다.

최근 포장도로의 역학적 상태를 평가하는 방법으로 비파괴 시험인 FWD(Falling Weight Deflectometer)와 탄성파시험이 많이 이용되고 있다. 그러나 기존의 방법들은 공용중인 도로에서 차량을 통제시킨 후 시험을 실시해야 하는 제한이 있다. 그러므로 실제 주행하중 통과시 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 물성을 추정하여 잔존수명 예측 및 이동하중에 대한 포장체 거동을 분석하는 경우에는 FWD와 같이 표면처짐으로부터 아스팔트 콘크리트 포장구조체 각 층의 물성을 추정하는 방법의 사용이 곤란하다. 이런 경우에 MDD (Multi-Depth Deflectometer)를 통해 얻어진 깊이별 처짐을 사용하여 아스팔트 콘크리트 포장구조체 각 층의 물성을 역산 추정하고자 본 연구에서는 다층 탄성이론의 반복적인 역산과 충격하중의 영향을 고려하여 깊이별 처짐으로부터 아스팔트 콘크리트 포장구조체 각층의 물성을 추정할 수 있는 역산반복기법을 개발한 후 이를 수치검증하였다. 수치모델을 통하여 검증한 결과, 역산추정된 탄성계수와 실제탄성계수 사이의 오차는 최대 0.114%로 신뢰성 있는 결과를 얻었다. 또한 본 연구에서는 주행하중의 속도에 따른 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 동적특성을 파악하여 실제적인 포장구조체의 거동을 분석하고자 수도권 외곽 순환고속도로 김포구간에서 실제 트럭주행을 통한 현장시험을 실시하였다. 주행하중에 대한 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 거동을 깊이별 처짐 측정장비인 MDD를 이용하여 깊이별 상대처짐을 측정하고, 주행속도에 따라 포장구조체의 거동을 해석하여 차량의 속도와 포장체 거동을 역학적으로 분석하였고, 주행속도별 층별 동적물성을 개발된 역해석 프로그램으로부터 산정하였다. 주행속도별 동적특성 분석결과, 차량의 주행속도가 증가할수록 깊이별 상대처짐은 감소하였고, 실측된 깊이별 처짐으로부터 포장구조체의 층별 물성을 역해석한 결과 속도가 증가할수록 탄성계수가 증가하였다. 따라서 주행속도가 줄어들수록 포장체의 구조적 능력 저하에 크게 영향을 주는 것을 알 수 있었다.

본 논문에서는 반복하중을 받는 철근 콘크리트 쉘구조물의 해석을 위한 비선형 유한요소 해법을 제시하였다 유한 요소로서는 충상화기법을 이용한 부재회전강성도를 갖는 4절점 평면 쉘요소가 개발되었다 두께 방향에 대한 철근과 콘크리트의 재료성질을 고려하기 위하여 충상화기법이 도입되었다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트중에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열모델로서는 분산균열모델을 사용하였으며 철근에 대해서는 1축 응력상태로가정하여 등가의 분산 분포된 철근량으로 모델화하였다 구성모델은 재하, 제하 그리고 재재하과정을 포함하여 요소는 반복하중하에서 철근콘크리트 쉘의 거동을 파악할 수 있다 신뢰성 있는 실험결과와 비교를 통하여 본 논문의 해석방법이 반복하중을 받는 철근콘크리트 쉘구조의 비선형 해석에 적합한 방법임을 입증하고자 한다.

최근 포장도로의 역학적 상태를 평가하는 방법으로 비파괴 시험인 FWD(Falling Weight Deflectometer)와 탄성파시험이 많이 이용되고 있다. 그러나 기존의 방법들은 공용중인 도로에서 차량을 통제시킨 후 시험을 실시해야 하는 제한이 있다. 그러므로 실제 주행하중 통과시 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 물성을 추정하여 잔존수명 예측 및 이동하중에 대한 포장체 거동을 분석하는 경우에는 FWD와 같이 표면처짐으로부터 아스팔트 콘크리트 포장구조체 각 층의 물성을 추정하는 방법의 사용이 곤란하다. 이런 경우에 MDD (Multi-Depth Deflectometer)를 통해 얻어진 깊이별 처짐을 사용하여 아스팔트 콘크리트 포장구조체 각 층의 물성을 역산 추정하고자 본 연구에서는 다층 탄성이론의 반복적인 역산과 충격하중의 영향을 고려하여 깊이별 처짐으로부터 아스팔트 콘크리트 포장구조체 각층의 물성을 추정할 수 있는 역산반복기법을 개발한 후 이를 수치검증하였다. 수치모델을 통하여 검증한 결과, 역산추정된 탄성계수와 실제탄성계수 사이의 오차는 최대 0.114%로 신뢰성 있는 결과를 얻었다. 또한 본 연구에서는 주행하중의 속도에 따른 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 동적특성을 파악하여 실제적인 포장구조체의 거동을 분석하고자 수도권 외곽 순환고속도로 김포구간에서 실제 트럭주행을 통한 현장시험을 실시하였다. 주행하중에 대한 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 거동을 깊이별 처짐 측정장비인 MDD를 이용하여 깊이별 상대처짐을 측정하고, 주행속도에 따라 포장구조체의 거동을 해석하여 차량의 속도와 포장체 거동을 역학적으로 분석하였고, 주행속도별 층별 동적물성을 개발된 역해석 프로그램으로부터 산정하였다. 주행속도별 동적특성 분석결과, 차량의 주행속도가 증가할수록 깊이별 상대처짐은 감소하였고, 실측된 깊이별 처짐으로부터 포장구조체의 층별 물성을 역해석한 결과 속도가 증가할수록 탄성계수가 증가하였다. 따라서 주행속도가 줄어들수록 포장체의 구조적 능력 저하에 크게 영향을 주는 것을 알 수 있었다.

압력절점은 요소의 균등한 압력증분을 1개의 자유도로 갖는 절점이며, 유한요소의 하중-변위 평형방정식에 체적과 압력의 관계를 추가하여 한계압력 이후에서도 체적변화에 따른 압력증분을 직접적으로 제저할 수 있는 절점이다. 본 연구에서는 철근콘크리트의 평면 구성 방정식과 적층정식화에 적용한 쉘 요소에 압력절점을 추가하고 해석시 체적을 제어함으로써 철근콘크리트 원통형 구조에 대해 파괴까지의 극한내압 능력을 해석할 수 있는 체적제어 비선형 해석기법을 개발하였다. 본 논문에서 제안한 해석기법을 이용하여 철근콘크리트 원통형 구조물에 대하여 비선형 해석을 수행하여 한계압력과 한계압력 이후의 구조물의 거동을 예측하였으며 실험결과와 비교 검증하였다.

지진의 시간적인 요인, 즉 반복하중효과와 이에 따른 누적소성변위를 고려하기 위하여 에너지 평형에 근거한 해석방법이 개발되었다 본 논문에서는 내진 설계되지 않은 골조 기둥의 파괴유형에 주목하고자 한다. 이를 위하여 기둥의 휨강도저감모델이 제안되는데 파괴유형별로는 콘크리트에의한 파괴 주근의 부착/정착강도 파괴 및 저사이클피로에 의한 주근의 파단등을 고려하였다 에너지에 근거한 모델에 의하여 예측된 응답과 실험결과를 비교하였으며 이론과 실험간의 응답과 파괴유형이 서로 매우 가까움을 확인하였다.

이 논문은 시공단계를 고려한 콘크리트 프레임 구조물의 거동 해석을 다루고 있다. 고층건물의 경우 하루에 시공이 완료되지 않으므로 각 시공단계에 따라 콘크리트의 시간의존적 현상은 다르게 발생된다. 이를 위하여 이 논문에서는 일반적인 프레임 해석기법에 콘크리트의 시간의존적 특성을 고려하였다. 이 연구에 도입된 해석기법은 단면을 가상의 층으로 나누고 각층은 일축상태로 가정한 적층단면을 사용하였다. 요소는 평면 보요소를 사용하였으며 강성행렬은 변위법을 바탕으로 유도하였고 전체적인 구조해석은 비선형 구조해석 방법의 하나인 복합법을 사용하였다. 콘크리트의 시간의존적 특성을 고려하기 위하여 단면의 각 층에서 크리프와 건조수축에 의한 변형률을 계산하였으며 크리프는 크리프 Compliance의 전개에 기본을 둔 1차 순환적 단계 알고리즘을 사용하였다. 끝으로 이 연구에서 제안된 해석모델을 이용하여 프레임해석 및 기둥축소에 관한 예제를 해석하였다.

본 논문은 철근 콘크리트(RC) 격자보위에 설치된 access floor 에 발생하는 진동 중 수평방향 진동을 제어하기 위해 정밀 스프링 댐퍼를 이용한 실험을 이용한 실험을 통하여 수평진동 방진 시스템을 개발하였고, 대상 구조물의 진동해석을 위한 모델링과 그에 따른 해석을 수행하였다. 설계된 스프링 댐버 시스템의 방진효과를 알아보기 위하여 모형구조물에 댐퍼를 설치하지 않은 경우, 설피시 댐버를 pedestal과 pedestal에 연결하여 설치한 경우 그리고 pedestal과 격자보에 연결하여 설치한 경우로 나누어 실험을 실시하였다. 각각의 경우에 대해 충격 가진 및 외부 진동을 가해 슬래브와 access floor에서의 가속도 응답을 측정하였다. 실험결과 댐퍼를 설치한 경우에 공진 응답은 댐퍼가 없는 경우에 비해 응답크기가 감소하고, 공진 최대치도 부분적으로 저진동수 대역으로 이동하는 경향으로 나타났다. 또한 저진동수 대역에서 보다는 고진동수 대역에서 가속도 성분의 감소가 크게 나타나고 있고, 특히 외부 진동에 대해서는 상당한 효과가 있다는 것을 알 수 있었다. 대상 구조물의 진동해석을 유한요소법에 의해 실시 하였으며 해석을 통해서도 스프링 댐퍼 시스템의 방진효과를 확인할 수 있었고, 실험과 해석의 결과가 잘 일치함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구는 정밀 방.제진 시스템 및 미진동 제어 콘크리트 구조물 설계를 위해 유용하게 이용될 수 있으리라 판단된다.

최근의 철근 콘크리트 구조물의 내진 설계 방식은 비탄성 거대 변형에 의한 에너지 방출에 의존하고 있다. 이러한 구조물의 거동에 대한 비선형 동적 해석은 특히 계산이 여러 번 반복되어 질 때 많은 시간과 비용이 요구된다. 그러므로 효율적이고 한편 정확한 계산 방법의 채택이 중요하게 되었다. 예측 접근 방법(PASM) 이라 불리는 새로운 방법을 제시하는 것이 현 연구의 주목적이다. 일반적인 동적 해석 방법에서는 매 시간 단계 혹은 반복 계산 때마다 수식계산을 위하여 메트릭스 삼각 분해가 요구되어지나, 예측 접근방법에서는 구조물이 정적 반복하중으로 비선형 범위로 변형되어졌을 때의 강성 상태에서 미리 얻어진 한정적 수의 분해된 메트릭스를 동적 해석에서 이용하게 된다. 이곳에서 제시될 접근 방법은 강성치를 매 시각 단계 혹은 반복 계산 단계마다 재산출해야 하는 다른 접근 방법들과 비교할 때 전체적 수치 해석 양을 줄이게 될 것이다.

본 논문은 경계요소법에 의한 콘크리트의 진행성 파괴해석에 관한 연구이다. 콘크리트의 파괴진행해석을 위하여 경계요소법에 의한 변위 및 표면력 경계 적분방정식으로부터 균열을 포함한 연속체의 균열 경계적분 방정식을 정식화하였다. 콘크리트의 균열진행을 해석하기 위하여 균열 선단에서의 파괴진행영역을 Dugdale-Barenblatt형 모델을 사용하여 모델링하였고 균열진행영역의 인장연화상태를 선형으로 가정하여 모델링하였다. 정식화된 경계적분방정식에 의한 콘크리트 보와 여러가지 하중상태에 있는 인장시편에 대한 진행성 파괴해석을 실시하였으며 해석치와 실험치의 비교로부터 경계요소법에 의한 진행성 파괴해석방법은 최대하중 및 최대하중 이후의 거동을 포함한 콘크리트 구조물의 비선형 거동을 잘 예측함을 보여주고 있다 .

한 cycle 의 이력곡선 loop을 완전히 표현하기 위해서는 pinch force, drift offset, effective stiffness, 따ùoading， reloading, tangential stiffness 둥의 변수가 펼요하게 된다. 각 이력 loop에 대해 이들 변수들은 에너지 소산정도에 따라 변위와 축력의 함수로 표현될 수 있다. 본 논문에서는 먼저 16개의 전단벽 실험에서 얻어진 이력곡선 데이타를 분석하여 앞에 기술된 모든변수를 표준화된 변위(ð./ð.y) 의 함수로 표현했으며 이 를 바탕으로 이력콕선의 포락선으로 표현되는 힘-변위관계를 예측할 수 있는 6개의 step올 제시하였다. 제시 된 기볍으로 구해진 비탄성 힘 변위관계는 실험곡선과 비교되었으며 내진설계에 있어서 가장 중요한 요소중 하나인 구조물의 비탄성 힘-변위관계를 예측하는 편리한 기법으로 이용될 수 있음을 보였다.

고강도콘크리트(압축강도 400-700kgf/cm/sup 2)를 이용한 구조물의 강도성능과 휨변형을 정확히 구하는 해석방법을 제안하는 것이 본 연구의 목적으로서, 재료특성을 모델화하기 위하여 희귀분석을 이용한 고강도콘크리트의 응력-변형률관계와 사다리꼴 응력모델을 검토하여 그 적용성을 확인하였다. 내력과 변형의 해석방법으로서는 단면을 요소분할하여 재료의 응력-변형률관계를 이용한 모멘트-곡률관계의 해석을 이용하였다. 여기서 본 연구는 재료특성의 불확정 변수와 해석시의 반복계산에 의한 오차를 최소화하기 위하여 확률적 개념을 이용한 몬테카를로 시뮬레이션의 방법을 도입하여 내력 및 변위성능을 합리적으로 평가하였다.

본 연구에서는 철근콘크리트 기둥에서 주근의 좌굴성장을 수치 해석법으로 조사하는 것을 목적으로 콘크리트의 모델과 철근과 콘크리트의 경계면에서의 상호 힘의 전달을 나타내는 수치 해석모델을 제안하였다. 본 연구에서 제안된 수치 해석법에 의해 콘크리트의 변형도 연화 및 철근의 좌굴을 고려한 해석이 가능한 것으로 판단되었으며 또한 취급된 해석예에서는 주근의 좌굴은 띠철근의 간격 및 주근의 배근위치에 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.

프리캐스트 콘크리트(P.C) 대형판 구조물은 일체식 현장타설 철근콘크리트 구조물에 비하여 보통 접합부에서 약한 강성을 가지고 있다. 그러나 일반적으로 실무에서 이러한 P.C대형판 구조물의 특성이 고려되지 않고 있으며 일체식 구조물에서와 동일한 해석모델을 사용하고 있는 실정이다. 따라서 이러한 모델을 사용하요 얻은 해석결과는 실제 P.C구조물에서의 발생하는 것들과 매우 상이할 수 있다. 본 연구에서는 이P.C구조물의 해석에 적합한 몇가지 유한요소모델을 시도해 봄으로써 수직접합부에 실제의 낮은 전단강성을 적용함으로 인해 발생하는 구조물에서의 힘과 응력분포 및 처짐의 변화를 관찰하여 보았다. 마지막으로 실부자들을 위해 수직접합부 전단강성의 영향을 감안한 단순화된 모델이 오차범위에 대한 이해를 전제로 하여 제안되고 있다.