1970년대 이후 한국의 빠른 경제성장 동안에 수로나 철도 등 많은 지중구조물들이 건설되었다. 1988년에 내진설계가 의무 화되었으나, 1988년 이전의 지중 구조물들은 내진설계가 반영되지 않았다. 따라서, 이러한 지중 구조물들은 지진이 일어났을 때 안전성을 확보하기 위해 효과적인 내진 보강방법이 필요하다. 그러한 이유로, 본 연구에서는 새롭게 개발된 보강재를 이 용한 RC 박스 지중 구조물 우각부 보강공법의 내진성능에 대하여 분석하였다. 이 공법은 박스구조물 우각부에 Pre-flexed member를 설치하여 외력에 저항력을 증대시키는 원리이다. 타당성을 검증하기 위해서 새로이 개발된 보강재와 기존의 보강 재를 실험과 유한요소해석으로 비교하였다. 유한요소모델에서 강재의 비선형 모델은 J2 Plasticity Model을 기초로 하고 콘 크리트는 CEB-FIP MODEL CODE 1990로 모델링되었다. 또한, 설계반영을 위한 박스 구조물과 보강재와의 합성률을 산정 하였다. 보강재와 박스구조물은 Tie에 의해 완전 부착된 상태의 연결조건 하에서 해석이 수행되었으며, 하중-변위곡선에서 실험과 유한요소해석의 결과가 서로 일치하였다.

본 논문에서는 강상자형교의 바닥판과 주형에 대한 생애주기비용(Life-Cycle Cost : LCC)를 고려한 최적설계 방법을 제안하였다. 생애주기비용의 최적설계 문제는 초기비용, 유지관리비용 그리고 강도와 처짐 그리고 균열에 대한 파손 기대비용의 최소화 문제로 정식화할 수 있다. 기존의 재래적인 설계방법과의 비교를 동해서 강상자형교의 생애주기비용 최적설계의 우수성을 입증하였다. 또한 수치적인 결과의 고찰을 통하여 LCC에 근거한 최적설계가 여타의 설계방법들보다 좀 더 합리적이고 경제적이며 안전한 설계를 유도하는 것으로 분석되었다.

건설공사의 설계와 시공에서 표준화된 이산형 강재단면을 이용하고 있으나, 대부분의 최적화기법에서는 표준강재단면을 사용하기 위해 별도의 이산화 과정을 가지게 되므로 설계결과의 최적성을 보장할 수 없다. 따라서, 본 논문에서는 제안된 알고리즘의 효율성을 높이기 위해 전체구조계와 구조요소계로 나누는 다단계 알고리즘을 적용하였다 수치해석 과정의 효율성과 최적해의 정확성을 예제를 통하여 비교검토하였다.

본 연구에서는 지진하중을 받는 철근콘크리트(Reinforced Concrete : RC) 교각의 효율적인 최적설계 알고리즘을 제안하였다. 제안한 RC 교각 최적설계 알고리즘은 효율적인 강도재해석 기법을 기초로 하고 있다. 또한 RC 교각의 특성을 고려하여 제약조건 소거기법과 같은 근사화 기법을 도입 하였다. 기존의 최적설계 방법 비교를 통해 제안한 RC 교각의 최적설계 방법의 효율성과 신뢰성을 비교하였다. 그리고 시방서의 내진 규정에 따른 수치예제를 통하여 제안한 강도재해석기법에 의한 새로운 알고리즘이 기존의 최적설계 방법에 비해 효율성과 신뢰도가 우수하다는 것을 입증하였다.

강상판교는 부재수가 많고 구조적 거동이 복잡하여 재래적인 단일수준 (CSL) 알고리즘을 이용하여 최적화하는 것이 매우 어렵기 때문에 본 연구에서는 강상판교를 효율적으로 최적화하기 위해 다단계 최적설계 (MLDS) 알고리즘이 제안되었다. 강상판교를 주형과 강상판으로 나누기 위해 등위법이 사용되었고, 시스템 최적화를 위하여 설계 변수를 줄이는 분해법이 사용되었다. 효율적인 최적설계를 위해 다단계 최적설계 알고리즘은 제약조건 소거기법(Constraint Deletion)과 응력 재해석 같은 근사화 기법을 도입하였다. 변위해석을 위한 제약조건 소거기법은 교량의 최적화에 효율적인 것으로 검증되었고, 제안된 응력 재해석 기법 또한 설계민감도 해석을 필요로 하지 않으므로 매우 효율적이다. MLDS 알고리즘의 적용성과 강건성은 다양한 수치예제를 사용하여 기존의 단일수준 알고리즘과 비교하였다.

In this study, concrete box structure was analyzed for reinforcement of the corner using the proposed pre-flexed steel members, Numerical results confirmed that the proposed reinforcement method can enhance the load capacity of the concrete box structures.

This paper presents a new strengthening method for underground RC box structures against seismic loads. Numerical results confirmed that the proposed pre-flexed member system can enhance the seismic capacity of the underground RC box structures.

본 연구는 현장에서 획득한 전기비저항 탐사 데이터를 Archie 방정식을 이용하여 간극률로 도출하였다. 전기비저항 탐사는 지반 내부에 인위적으로 전류를 흘려보내 발생되는 전위차를 이용하여 지반 내부 구조를 파악하는 지구물리탐사법이다. 전기비저항 탐사는 지층을 구성하는 광물의 종류, 흙 입자 사이의 간극 그리고 간극 사이의 간극수 등에 의존하는 지반의 전기적 특성을 파악하는 탐사법이다. Archie는 지반의 전기적인 특성인 전기비저항을 활용하여 지반의 설계상수인 간극률을 예측할 수 있는 수식을 제안하였다. 따라서 본 연구에서도 Archie가 제안한 모델을 통해 지반의 상세한 간극률 주상도를 도출하고자 하였다. 현장에서 실시한 전기비저항 탐사는 슐럼버져 배열법으로 전극 간격 5m로 설치하여 실시하였다. 또한, 측선은 총 길이 135m씩 2개 측선을 설치하였다. 전기비저항 탐사 데이터와 산정된 간극률 데이터의 검증을 위해 측선 가운데에 표준관입시험을 함께 실시하였다. 최종적으로 Archie 방정식을 이용하여 간극률로 산정한 결과는 표준관입시험 타격횟수와 높은 유사성을 보이는 것으로 나타났다. 뿐만 아니라 도출된 간극률 값은 지구통계학 프로그램인 SGeMS을 통해 지반의 3차원적 간극률 분포도도 함께 제시하였다.

국내는 석조로 이루어진 건축물 및 문화재가 다양하게 넓은 범위에 걸쳐 분포하고 있으며 이들의 안정성 검증이 대두되고 있다. 본 연구에서는 석조로 이루어진 건축물 및 문화재 등의 안정성을 확인하는 요소 중 하나인 균열밀도 값을 예측하고자 하였으며 탄성파 속도를 통한 균열밀도 산정 기법을 제시하고자 한다. 탄성파를 통해 산정된 균열밀도 데이터의 활용성을 증대시키고자 실제 이천 터널 공사현장 및 고속도로 공사현장에서 시추코어를 채취하였으며 실내에서 탄성파 속도를 측정하였다. 이때 균열밀도의 차이를 관찰하기 위해 Slake durability test를 진행시킴에 따라 균열밀도변화를 살펴보았으며 간접적으로 데이터의 신뢰성을 확인하였다. Slake durability test가 진행됨에 따라 풍화가 진행되었으며 균열밀도 값이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 균열밀도 산정 수식은 다양한 인자로 이루어져 있으며 이러한 인자들에 대해 오차규범을 산정하였으며 오차규범을 바탕으로 균열밀도 산정에 주의를 요하는 인자를 제시하였다. 본 연구를 통해 탄성파를 활용하여 균열밀도를 직접적으로 예측 가능하며 추후 안정성 평가에 폭 넓게 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

투수계수는 지반의 안정성 평가에 중요한 인자로 사용되며, 다양한 실험방법을 통해 유추되고 있다. 본 연구는 기존 방법 외에 물리탐사 기법 중에 하나인 탄성파 속도로 투수계수를 산정할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 탄성파 속도를 이용한 투수계수는 기존에 활용되고 있는 Hazen과 Kozeny-Carman 방정식을 이용하였으며, 각각의 수식에 대입되는 입력변수는 문헌값을 선택하였다. 기존방법과 탄성파 속도를 함께 측정 후 결과값을 비교하기 위하여 탄성파 센서가 장착된 새로운 압밀셀(oedometer)을 활용하였다. 새로운 압밀셀은 탄성파 센서가 추가로 장착되어 기존 압밀셀보다 직경은 확장되었지만 시료 직경 대 높이 비율을 2.5로 고정하여 ASTM에서 추천하고 있는 비율을 만족시켰다. 시료는 원형성이 높은 글라스비즈를 선행적으로 선택하였으며, 측정 데이터의 신뢰성을 확보한 후 주문진사와 점토도 함께 적용하였다. 압밀실험 결과 하중이 증가함에 따라 시료의 침하량은 감소하였으며 탄성파 속도는 증가하는 것으로 나타났다. 탄성파 속도는 일반적으로 입자의 접촉면에 의존하므로 재하 응력이 증가할수록 접촉면적이 커져 그 값이 크게 나타난 것으로 판단된다. 압밀실험에 의해 도출된 투수계수와 탄성파 속도를 도출된 투수계수 값을 비교하였으며, 그 결과 거의 유사한 값을 보이는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구는 물리탐사기법을 활용하여 지반의 설계상수를 도출한 것에 의의가 크며, 추후 다양한 조건을 변화하여 현장의 적용성을 극대화 시키고자 한다.

For the corner joint strengthening of the underground box structures, the strengthening method using pressure members was developed. By the applied pressure on the reinforcing members and the increase of nominal strength due to reinforcing member, the size of the reinforcing members are reduced and the performance of corner joint strengthening is improved.

For the seismic retrofit of the underground box structures, the seismic retrofit method using pressure members was developed. By the applied pressure on the reinforcing members, the size of the reinforcing members are reduced and the performance of seismic retrofit is imp