송전철탑의 심형기초 시공 시 안전확보가 매우 중요한데, 무거운 철근을 취급하는 작업자의 중대 재 해 위험이 크고 실제로 심형기초를 위한 철근공 작업자들의 사고가 끊이질 않는 실정이다. GFRP는 철근 이상의 인장강도를 갖도록 제작이 가능하고, 철근에 비해 무게가 가벼워 취급이 용이하며 시공 편이성이 높다는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 철근을 대체하여 GFRP를 보강근으로 활용한 심 형 기초의 구조설계에 대해 다루었다. 국내 송전철탑 설계기준(가공송전선용 철탑기초 설계기준, DS-1110, 한국전력) 및 ACI440.1R-06 설계기준을 참고하여 GFRP 보강근이 적용된 심형 기초의 구 조검토를 수행하여 GFRP 보강근의 적용성을 검토하였다. 송전철탑의 심형 기초 단면에는 휨모멘트와 축력이 동시에 작용하며 심형기초의 주체부 및 구체부 특성에 따라 축력에 의한 편심모멘트가 추가로 작용한다. 이에 따라 설계 검토는 휨 및 축력이 동시에 작용하는 경우에 대해 수행되었다. 국내 기준 (DS-1110)의 구조검토는 허용응력설계법의 형식을 취하므로 축력과 휨모멘트에 의한 최대응력을 산 정하여 허용응력과 비교하였고, 강도설계법을 통한 구조검토는 보강된 단면의 P-M 상관도를 작도하 여 휨모멘트 및 축력이 동시에 작용하는 경우 구조 안전성 확보 유무를 판단하여 GFRP 보강재를 배 근한 단면의 설계적정성을 판단하였다.

해양 부유식 구조물의 계류시설에 대한 연구는 다양한 계류 시스템의 개발과 그 효율성에 대해 지 속적으로 연구되어 왔다. 계류 시스템은 구조물의 안전성, 내구성, 그리고 환경적인 책임을 모두 고려 해야하는 복합적인 설계 요소이다. 기존 계류바익은 해저지반의 특성에 크게 의존하며, 넓은 점유 면 적으로 인해 해양환경과 활동에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 이러한 기존 계류시스템의 한계와 문제 점에 대응하기 위해, 본 연구에서는 새로운 계류시스템을 제안하고자 한다. 제안된 계류시스템은 계류 선이 해저지반에 고정되지 않고 중력식 기초 구조물을 거쳐 중간부력재에 연결된다. 중간 부력재는 상 시 과잉 부력상태로 상향력이 작용하며, 이로인해 계류선에 초기장력이 유도되며 전체 시스템에 강성 을 도입한다. 전체적으로 Semi-taut과 유사한 방식으로 계류 장력 변화에 따른 상단 플랫폼의 운동 제어와, 중간 부력재와의 상호연계 거동효과로 추가적인 동적 응답 저감이 기대된다. 본 연구에서는 제안된 신형식 계류시스템의 역학적 거동특성을 수치해석적으로 구현하고 파랑에 대한 Catenary system 대비 운동 저감 성능을 검증하였다.

부유식 해상태양광 설비는 패널 지지를 위한 프레임 구조물, 구조체의 부력 제공을 위한 부유체와 전체 시스템의 거동을 제한하는 계류시설로 구성되어 있다. 계류시설은 구조물의 지지조건으로서의 역 할을 통해 안정적인 발전량 수급에 기여한다. 하지만 해당 시스템은 설치된 해상환경 특성상 계류선의 파단 및 손상 시 직접적인 탐지가 불가능해 유지관리에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 패널지 지 프레임 구조체에 가속도 센서 부착을 가정하여, 해당 센서 계측값을 토대로 계류설비에서 발생한 파단 및 손상이 발생한 위치를 추정하는 알고리즘을 개발하였다. 알고리즘은 비지도학습 인공지능의 일종인 오토인코더를 활용하여 가속도 계측값의 재현 과정을 통해 정상상태의 구조 응답을 학습한 모 델이 비정상상태의 계측값을 재현 시 발생한 오차를 통해 손상 발생 여부와 위치를 실시간 탐지하도 록 구성하였다. 정상상태 구조응답을 기반으로 한 모델의 학습을 위해 패널지지 구조체를 10x10 격자 형으로 결합한 다중 결합 시스템에 불규칙파랑을 환경하중으로 적용함을 통해 발생한 6자유도 가속도 데이터를 확보하였다. 계류시설의 손상 발생 시 주된 변화 인자 탐지를 위해 상관성 분석과 민감도 분 석을 실시하여 손상 위치 추정 알고리즘에 적용할 주요 인자를 선별하여 학습 및 추정 성능에 대한 비교 분석을 수행하였다. 구축된 알고리즘의 테스트를 위해 총 5개 종 손상 케이스 데이터셋을 구축하 여 손상 위치 추정 성능을 비교하였다. 본 연구를 통해 계류 시설에 발생한 손상 여부 및 위치를 추정 하여 부유식 해상태양광 설비의 선제적 유지관리에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

손상된 콘크리트 구조물은 적절한 보수 및 보강을 통해 성능과 기능을 회복시켜야 한다. 장기간 공기 중에 노출된 콘크리트는 동결융화 작용으로 균열 및 박리를 일으켜 내부 철근의 부식을 유발하게 되는 주요 요인이 된다. 본 연구에서는 동 결융해 손상을 입은 콘크리트 교각의 FRP 보강의 연성에너지 증가 효과를 분석하였다. 보강 FRP 재료와 보강 높이, 보강 겹수 에 따라 동결융해 손상 콘크리트의 푸쉬오버 매개변수 해석을 수행하여 모멘트 곡률의 연성에너지를 비교 분석하였다. FRP 보 강 높이는 소성 힌지 이상의 높이 보강은 비효율적이며, 동결융해 손상이 커질수록 FRP 보강으로 인한 연성에너지 증가량은 커 지는 것을 확인하였다. 보강으로 인한 연성에너지 증가를 위해서는 고강도 FRP 재료보다는 높은 탄성계수를 갖는 FRP 재료가 효율적으로 나타났다. 또한 각 FRP 재료의 특성에 따라 일정 보강 겹수 이상에서 보강 효과가 나타나는 것을 확인하여 FRP 보 강으로 인한 손상된 콘크리트 교각의 연성에너지를 비교 분석하였다.

본 연구에서는 직관적인 적용 및 응용이 가능한 FRP 구속 콘크리트의 재료모형을 반영하는 단면해석 기법을 적용하여 FRP 보강 RC 교각의 성능 증진효과 분석을 수행하였다. 분석 대상 교각은 국내 시설물 내진성능평가 지침인 ｢기존 시설물 (교량)의 내진성능 평가요령 해설 및 예제집(국토해양부, 2015)｣에서 제시하고 있는 예제 모델을 대상으로 하였으며, Lam and Teng. (2003)의 FRP 구속 콘크리트 재료 모델을 활용하여 단면해석을 수행하였다. 미국 콘크리트 학회(ACI, American Concrete Institute)의 구조물 FRP 보강 매뉴얼인 ACI440.2R-17에서 제시하고 있는 구조물 보강용 FRP 소재 물성 제원을 활용하였으며, 구조물 FRP 보강 설계 세부 조항을 따랐다. 국내 내진성능 평가요령에 제시된 교각의 축방향 철근 겹침이음을 조항을 고려하여 기존 교각의 콘크리트 재료 물성을 가정하여 매개변수 연구를 수행하였으며, FRP 보강재 소재별 보강 겹수를 고려하여 FRP 보강 RC 교각의 휨 성능 증진 효과 분석을 수행하였다.