In this study, an externally reinforced structural system for SMC(Sheet Molding Compound) panel water tank, designed according to the Japanese design code, is experimented to evaluate its seismic performance. The test tank is 3m long, 2m wide and 3m high, considering the capacity and size of the shaking table. The measured hydrodynamic pressures are found to be approximately 70% of the Japanese design code values. It may be partially due to the convex shape effect of the unit panels. The analytical results of externally reinforced system based on the measured dynamic water pressures are found in good agreement with the test results. If the design hydrodynamic pressures are estimated properly, the proposed analytical model for the externally reinforced water tank becomes a useful design tool and the Japanese design code is found to provide a safe design for the external frames of SMC panel water tank.

In this work, fabrication and electrochemical analysis of an individual multi-walled carbon nanotube (MWNT) electrode are carried out to confirm the applicability of electrochemical sensing. The reactive ion etching (RIE) process is performed to obtain sensitive MWNT electrodes. In order to characterize the electrochemical properties, an individual MWNT is cut by RIE under oxygen atmosphere into two segments with a small gap: one segment is applied to the working electrode and the other is used as a counter electrode. Electrical contacts are provided by nanolithography to the two MWNT electrodes. Dopamine is specially selected as an analytical molecule for electrochemical detection using the MWNT electrode. Using a quasi-Ag/AgCl reference electrode, which was fabricated by us, the nanoelectrodes are subjected to cyclic voltammetry inside a 2μL droplet of dopamine solution. In the experiment, RIE power is found to be a more effective parameter to cut an individual MWNT and to generate "broken" open state, which shows good electrochemical performance, at the end of the MWNT segments. It is found that the pico-molar level concentration of analytical molecules can be determined by an MWNT electrode. We believe that the MWNT electrode fabricated and treated by RIE has the potential for use in high-sensitivity electrochemical measurement and that the proposed scheme can contribute to device miniaturization.

Multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) were synthesized on different substrates (bare Si and SiO2/Si substrate) to investigate dye-sensitized solar cell (DSSC) applications as counter electrode materials. The synthesis of MWNTs samples used identical conditions of a Fe catalyst created by thermal chemical vapor deposition at 900˚C. It was found that the diameter of the MWNTs on the Si substrate sample is approximately 5~10nm larger than that of a SiO2/Si substrate sample. Moreover, MWNTs on a Si substrate sample were well-crystallized in terms of their Raman spectrum. In addition, the MWNTs on Si substrate sample show an enhanced redox reaction, as observed through a smaller interface resistance and faster reaction rates in the EIS spectrum. The results show that DSSCs with a MWNT counter electrode on a bare Si substrate sample demonstrate energy conversion efficiency in excess of 1.4 %.

최근 지진하중에 대한관심이 높아져 가는 가운데 내진설계가 되어 있지 않은 기존 교량의 내진성능 향상 및 신설될 교량의 구조적 기능성과 안전성을 증대시키기 위한 방안으로 희생부재형 에너지소산장치(Energy-Dissipating Sacrificial Device, EDSD)가 개발되었다. 본 연구에서는 제안된 장치가 내진성능 향상을 위한 기법으로 실제 교량에 적용될 수 있도록 실험을 통해 EDSD의 성능 및 안정성을 검토하였다. 유사동적실험 결과, EDSD는 지진하중 시 양호한 에너지 소산능력을 발휘할 것으로 예상되며 충분한 소성거동을 통해 교량의 주거더에는 손상을 거의 주지 않으며 주부재간의 연결부 또한 안전함을 알 수 있었다. 또한, 강합성 플레이트 거더교를 대상으로 EDSD를 적용하고 교각의 에너지, 수평력 및 상 하부 구조간의 상대변위 등의 지진응답특성을 분석한 결과, EDSD는 지진력을 효과적으로 감소 및 분산시키고 상 하부 구조간의 상대변위를 상당히 감소시키는 것으로 나타났다. 따라서, EDSD는 설계 지진하중 또는 그 이상의 지진하중 하에서 특별한 유지관리 없이 그 기능을 발휘할 수 있을 것으로 예상되며 우리나라와 같이 지진이 빈번히 발생하지 않는 지역에서 기능적 경제적 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 작용방향이나 크기에 있어서 불규칙한 특성을 보이는 지진하중을 받는 교량구조물의 동적거동을 보다 실제적으로 예측하기 위하여 3경간 단순교를 대상으로 2방향 지진하중을 고려할 수 있는 이상화된 교량해석모형을 개발하였다. 개발된 교량해석모형에는 2축 휨에 따른 상호작용을 고려한 교각의 비선형 거동은 물론 상부구조의 회전으로 인한 인접 진동계간 평면적 충돌이나 단계적인 받침 손상 등이 고려되었다. 2방향 교량해석모형을 이용하여 다양한 최대지반가속도를 갖는 2방향 지진하중에 의한 교량의 지진응답을 평가하였으며, 이를 독립된 두 개의 직교축에 대해 수행된 1방향 지진해석으로부터 구한 결과(직교지진력의 조합에 의한 응답)와 비교, 분석하였다. 분석결과로부터 본 연구에서 개발한 2방향 교량해석모형이 고량구조물의 2차원적 지진응답의 불규칙성을 잘 평가할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 교량구조물의 변위응답은 두 가지 지진해석방법에서 유사한 수준인 것으로 평가되었으나, RC 교각의 복원력은 1방향 지진해석을 수행할 경우 상당히 과소평가 할 수 있는 것으로 분석되었다. 그러므로 교량구조물의 내진안전성 평가시 교각에 작용되는 수평지진력이 중요한 해석변수가 되는 경우에는 2방향 지진하중에 의한 상세해석을 통한 충분한 검토가 수반되어야 할 것으로 판단된다

본 연구에서는 교량의 내진보강방안을 합리적으로 결정하기 위하여 기존교량 및 보강된 교량의 지진하중에 대한 손상가능성을 이용하여 보강에 따른 내진성능 향상효과를 분석하였다. 교량의 내진보강에 따른 효과는 기존교량 및 보강된 교량에 대해 평가된 보강우선순위의 변화를 통하여 분석하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 선행적으로 교량의 사용수명동안에 발생가능한 지진하중에 의한 지진취약부위의 손상확률과 손상으로 인해 예상되는 총 손실비용에 근거한 지진취약부위별 가중치를 이용하여 교량별 내진보강 우선순위를 결정할 수 있는 평가기법을 제안하였다. 제안된 평가기법의 타당성을 검증하기 위하여 다른 형식을 갖는 4개의 PSC 거더교를 대상으로 내진보강 우선순위를 평가하였다. 또한 각 지진취약부위별로 내진 보강된 교량에 대해 재평가된 순위지수를 기존교량에 대해 평가된 결과와 비교함으로써 각 교량별로 적용된 보강기법의 적합성을 검토하였다. 기존교량 및 보강된 교량에 대한 모의분석결과로부터 적용된 보강방안에 따라 해당취약부위의 손상가능성은 상당히 감소될 수 있으나 반면에 인접한 지진취약부위의 손상가능성은 증가되는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 그러므로 기존교량에 대한 합리적인 보강방안을 결정하기 위해서는 내진보강에 따른 교량의 전체적인 거동특성변화에 따른 보강효과분석이 필수적으로 요구되며, 이는 본 연구에서 제안한 내진보강 우선순위 평가기법에 따라 기존교량 및 보강된 교량의 보강우선순위를 평가, 비교함으로써 효과적으로 수행될 수 있는 것으로 분석되었다

본 연구에서는 고속철도 열차와 교량구조물의 상호작용에 의한 동적응답을 보다 정밀하게 분석하기 위해 3차원의 주행차량모형을 적용한 20량편성정밀 열차모형과 경부고속철도의 주교량 형식인 2경간 연속 PSC 박스거더교(2@40m)를 대강으로 3차원의 뼈대요소를 사용한 교량모형을 이용하여 철도교의 동적거동 해석 프로그램을 개발하였으며, 열차의 주행시험 결과와의 비교를 통해 개발된 프로그램의 타당성을 검증하였다. 또한 보다 효율적인 열차모형을 제시하기 위해 다양한 편성모형 및 하중모형의 조합에 따른 분석결과에 의하면 가장 무거운 KTX의 동력차를 대상으로 주행차량모형을 적용하고 나머지 차량들은 주행하중모형을 적용한 혼합모형이 효율적인 것으로 판단되었으며, 경부고속철도와 같이 복선구조의 교량인 경우에는 열차의 교행에 의해 증폭될 수 있는 교량의 동적응답 특성에 대한 체계적인 검토가 필요한 것으로 나타났다

교대-인접토체사이의 상호작용으로 인한 비선형 교대거동이 교량구조물의 전체지진응답에 미치는 영향을 다양한 인자들을 고려할 수 있도록 개발된 이상화된 교량 해석모형을 이용하여 분석하였다. 교대의 비선형 운동은 교대의 강성저하를 반영하는 비선형 스프링으로 모형화하였으며, 비선형효과를 분석하기 위하여 현행 도로교 설계기준에서 제시하고 있는 일정강성을 적용한 선형스프링을 이용한 상대적인 선형모형과 결과를 비교하였다. 분석결과로부터 전체적인 교량구조물의 지진응답은 교대진동계의 모형화 방법 밑 인접한 토체의 조건에 따라 다양하게 나타나며, 교대진동계는 교량구조물의 지진응답에 중요한 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 인접진동계간 최대상대거리는 비선형 모델을 적용한 경우가 상당히 증가하는 것으로 나타났으며, 특히 전체 교량구조물에서 낙교의 발생가능성이 가장 큰 위치에서 최대 30%, 정도까지도 증가하는 것으로 분석되었다. 또한 촘촘한 모래를 갖는 토체조건 하에서는 경간수가 증가할수록 교대의 비선형 거동에 따른 영향은 증가하는 것으로 평가되었다. 따라서 교량구조물의 지진거동 분석시 교대의 거동특성을 보다 실제적으로 반영하기 위해서는 교대의 비선형거동이 합리적으로 고려되어야 할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 지진하중을 받는 교량구조물의 동적거동을 보다 실제적으로 예측하기 위하여 받침의 손상여부는 물론 다양한 영향요소를 고려할 수 있는 이상화된 다자유도 교량해석모형을 개발하였으며, 이를 바탕으로 받침의 손상이 교량구조물의 지진응답에 미치는 영향을 분석하였다. 받침의 손상은 마찰요소를 이용한 단순화된 모형으로 고려하였으며, 발생가능한 받침의 손상조건에 따른 영향을 분석하기 위하여 다양한 마찰계수의 적용에 따른 교량구조물의 응답분포특성을 구하였다. 모의분석 결과로부터 받침손상의 고려여부 및 적용된 마찰계수에 따라 최대응답의 크기 및 발생위치가 서로 다르게 평가되었으며, 특히 교량구조물에서 낙교의 발생가능성이 큰 위치에서의 최대상대거리는 받침의 손상여부에 따라 상당한 영을 받는 것으로 나타났다. 그러나 최대응답의 증가량은 크지 않은 것으로 분석되었다. 그러므로 다경간 단순형 교량구조물에 있어서 받침의 손상에 따른 낙교의 발생가능성을 감소시키기 위한 부가적인 받침보강은 필요시 선택적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

지진하중을 받는 다경간 단순형교의 낙교방지대책으로 적용되는 cable restrainer를 적절하게 설계하기 위해서는 restrainer의 보강효과에 대한 분석이 우선적으로 이루어져야한다. 본 연구에서는 단순지지 다경간 교량시스템을 중심으로 restrainer로 보강된 교량의 보강효과와 다양한 교량의 영향 요소를 고려할 수 있는 단순화된 해석모형을 개발하였으며, 이를 바탕으로 대상교량의 인접 진동계간의 상대거리, 충돌력, 하부교각으로 전달되는 전단역과 휨모멘트의 변화 등의 동적거동특성을 조사하여 restrainer의 보강효과를 분석하였다. 또한, restrainer의 여유길이 변화, 강성변화, 그리고 restrainer 길이변화에 따른 응답특성을 분석하였다.

본 연구에서는 고속철도에서 차량교량 구조물의 상호작용을 가능한 정밀하게 취급할 수 있는 3차원 해석모형을 개발하였다. 경부고속철도 교량형식인 PSC 박스거더 교량을 40m 단순 와 25-40-25m 3경간 연속 에 대해 뼈대요소를 사용하여 3차원으로 모형 하였으며, 궤도의 불규칙성은 정상확률과정으로 가정하고, 지수 스펙트럼 밀도함수를 사용하여 궤도의 형상을 생성시켰다. 열차는 경부고속철도 차량 하중효과가 가장 큰 동력차 만을 대상으로 17 자유도 모형과 38 자유도 모형으로 분리하여 개발하였다. 다양한 조건에 대한 분석결과를 검토하면 여러 가지 상황에서 38 자유도 모형의 필수 성이 보여지고 있다. 특히 교량의 솟음 및 장기 처짐에 의한 궤도형상변화가 있는 경우에는 반드시 38 자유도 모형이 적용되어야 하는 것으로 분석되었다. 또한 제동하중이 작용할 때 쏠림 효과에 의한 영향이 큰 것으로 평가되어, 제동에 의한 교량의 동적 거동은 종변 위에 대한 자유 도를 고려할 수 있는 주행차량모형으로 해석되어야 함이 규명되었다.

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.

지진하중에 의한 상부구조의 낙교는 최근 발생된 지진등에서 알수 있듯이 교각파되와 더불어 교량의 전체적인 붕괴를 유발하는 주요한 원인 것으로 나타났으며 또한 충돌현상은 이러한 낙교를 발생시키는 주된요인인 것으로 밝혀졌다. 따라서 본 연구에서는 이러한 충돌현상을 비롯한 교량의 교축방향거동에 영향을 미치는 인자 즉 교각의 비선형성 기초의회전 및 병진운동 교대의 작용 등을 고려하고 최근 낙교방지대책으로 널리 적용되고 있는 restrainer로 보강된 교량시스템의 거동을 해석할 수 있는 모형을 개발하였다 개발된 해석모형을 바탕으로 다양한 지진하중에 의한 교량시스템의 교축방향 거동특성과 restrainer의 보강효과를 분석하였으며 restrainer의 여유길이와 강성변화에 따른 인접 진동계간의 응답특성을 분석하였다 restrainer의 보강효과를 분석하였으며 restrainer의 여유길이와 강성변화에 따른 인접진동계간의 응답특성을 분석하였다. restrainer로 보강된 교량시스템의 충돌에 따른 응답특성을 살펴본 결과 응답의 크기뿐만아니라 응답의 이력자체가 상이한 거동특성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 또한 restrainer의 보강에 따른 변위억제효과는 중진의 경우 restrainer의 여유길이 짧을수록 restrainer의 강성이 클수록 뛰어난 것으로 나타났으나 강진에서는 restrainer의 파단에 대한 대책을 함께 고려하여야 할 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 경부고속철도의 주요 교량형식인 PSC 박스교량을 3차원 뼈대요소를 사용하여 모형화하였으며, 궤도불규칙성의 형상은 지수 스펙트럴 밀도함수를 사용하여 생성시켰다. 경부고속철도차량(K-TGV)중 동력차는 17자유도의 3차원 주행열차로 모형화하였고, 이러한 교량, 궤도불규칙성 및 차량 모형을 이용하여 교량과 차량의 상호작용을 해석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 동적해석을 위한 교량과 차량의 운동방정식은 Lagrange 방정식을 사용하여 유도하였으며, 운동방정식의 수치해석에는 Newmark-법을 사용하였다. 개발된 프로그램을 이용하여 동력차의 주행에 의한 교량의 시간이력곡선을 구하였으며, 궤도불규칙성의 영향을 분석하였다. 또한 도상의 유무에 따른 교량동적거동의 특성과 함께 열하중의 편심의 영향도 분석하였다.

통행차량에 의한 도로교의 동적응답은 차량이나 교량의 다양한 특성에 따라 변화하는 특성을 가지고 있다. 본 연구에서는 중차량의 통행에 의한 동적응답확대계수의 확률적인 특성을 해석적인 기법으로 분석하였다. 도로교 통행차량들 중에서 대표적인 중차량인 텐덤축트럭과 세미트레일러를 대상으로 하여 동적응답확대계수를 평가하고, 이들을 동적재하시험의 결과와 비교하여 해석기법의 타당성을 검토하였다. 차량형식, 총중량, 노면조도, 재하차량수, 재하위치 등에 따른 동적응답확대계수의 확률적 특성의 변화를 분석하고 현행 시방서 기준과 비교하였다.

계측점의 규모가 제한되어 있는 경우에 대형구조물의 모든 부재의 손상을 추정하는 것은 기술적으로 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 최근에 국내외에서 많이 연구되고 있는 인공신경망이론을 이용하여 구조물의 손상을 추정하는 기법을 개발하였으며, 대형구조물의 손상을 계측자료로부터 보다 효과적으로 평가하기 위해 두 단계로 수행되는 손상부재 평가과정을 개발하였다. 먼저 합리적인 평가대상 부재선택을 위해 구조물의 파괴 또는 이상거동 등에 가장 큰 영향을 미치는 부재를 민감도분석을 통해 선정한 후, 선정된 부재의 손상추정에 가장 영향을 미치는 계측점과 적절한 계측기의 수를 민감도분석기법을 이용해 선정하는 기법이다. 다양한 예제를 통하여 본 연구에서 제안된 방법들의 적용가능성을 검증한 결과, 본 연구에서 개발한 기법을 적용하면 제한된 수의 계측자료를 가지고 보다 효과적으로 대형구조물의 파괴나 이상거동을 사전에 감지할 수 있는 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 다양한 구조 및 하중조건에 대하여 중차량의 주행에 의한 충격효과를 분석하였다. 중차량 주행시의 다주형 강판형교의 동적해석에서는 노면조도 및 차륜-바닥판 사이의 상호작용을 고려하였다. 진입로와 교량바닥판의 노면형상은 각 노면조도에 따라 지수 스펙트럴 밀도 함수를 사용하여 생성시켰으며, 교량바닥판과 차륜사이의 상관력을 좀더 합리적으로 반영하기 위해 개선된 후처리기법을 사용하여 보정하였다. 또한 교량진입부에서 발생할 수 있는 바닥판과 진입로사이의 단차조건도 분석하였다. 현행 도로교 표준 시방서에 준하여 설계된 다양한 교량들에 대하여 동적거동에 중요한 영향을 미치는 구조인자들(경간장, 주형간격 등)의 영향을 체계적으로 검토하였다. 다양한 주행속도에 따른 단일주행에 의한 기본적인 하중상태 뿐만 아니라 동일차선 및 인접차선을 주행하는 다수 차량의 하중조건도 검토하였다.

비압축성 물체률 위한 일반적인 유한요소 공식화는 혼히 사용되는 사각형요소에서조차 압력해의 진동화 (oscillations ) 또는 pressure ~es 현상융 나타낸다. 압력해의 안정화률 위한 규준은 소위 BabuSka-Brezzi 안정조건이며， 위의 요소들은 이 조건율 만족시키지 못한다. 본 연구에서는 선형변위해와 상수값의 압력해률 갖는 사각형요소 사용시 압력해률 안정화시키기 위해 요소의 변에서 발생하는 불연속압에 근거한 압력연속여 분치률 사용한다. 이 압력여분치률 비압축성 탄성론으로부터 유도되는 QIPO요소에 적용하며 매개변수의 변 화에 따른 수치혜의 안정화의 정도률 연구한다. 압력해는 압력 여분치 사용시 안정화될 수 있으며， 혜의 안정 화는매개변수에 민감성을나타내었다.

적재하중은 설계편의상 등가등분포하중으로 환산하여 사용하며 따라서 영향면적이 커짐에 따라 하중은 감소하는 경향이 있다. 특히 고층건물 기둥의 축하중은 지지하는 각층으로부터의 축하중이 누적되므로 결과적으로 영향면적이 커지게 되며 사용기간 최대값은 줄어들게 된다. 따라서 현행 국내 시방서와 같이 설계하중이 영향면적에 따라 제시되어 있지 않고 구조부재의 종류별로 주어져 있는 경우에는 기둥과 같이 받치는 바닥의 수가 증가함에 따라 영향면적이 급격히 변할 수 있는 부재에 대하여 적정한 감소계수를 사용하고 있다. 본 연구에서는 단층바닥을 받치는 기둥의 축하중에 대해 현장조사를 통해 분석한 하중모형을 이용하여 고층기둥 축하중의 특성을 분석하였으며, 현행 건축물의 구조설계규준에 제시되어 있는 받치는 바닥의 수에 따른 감소계수의 타당성을 검토하였다.