[ α ]-알루미나 튜브 지지체의 내부에 1Si : 1Na : 4Na : 6H2O의 비율로 제조한 합성 용액을 사용하여 수열합성법으로 NaA 제올라이트 분리막을 제조하였다. 합성된 제올라이트 분리막을 이용하여 iso-propyl alcohol (IPA)/물 혼합물의 조성비와 조업 온도 변화에 따른 선택도와 투과도의 변화를 알아보기 위한 투과증발 실험을 수행하였다. 총투과도는 공급 측 IPA의 농도가 증가함에 따라 감소하였고, 온도가 상승함에 따라 증가하는 경향을 보였다. 총투과도는 60℃에서 공급물의 IPA농도가 0.6 몰분율일 때 4.0×103g/m2;hr로 가장 높은 값을 보였다. 선택도는 IPA의 몰비가 0.8까지 증가하는 경향을 보였고 0.9 이상에서 감소하는 경향을 나타내었다 선택도는 60℃, 0.8 몰분율에서 1.8×107의 값으로 최고치를 나타내었다. NaA 제올라이트 분리막을 이용한 투과증발은 기존의 증류공정과 비교 시 훨씬 우수한 선택적 물 분리 성능을 나타내었다.

술폰화 폴리스티렌/테플론(Polystyrene/Teflon, 이하 'PS/PTFE'로 칭함) 복합막을 제조하여 직접 메탄을 연료전지용 막에 관한 특성을 조사하였다. 복합막은 다음과 같이 제조되었다. 먼저 다공성 테플론 필름에 styrene 단량체와 가교제인 diviny benzene (이하 'DVB'로 칭함)의 비율을 달리하면서, 개시제 2,2'-azobis(isobutylonitlie) (AIBN)와 함께 함침시킨 후 열을 가해 폴리스티렌/테플론 복합막을 제조하였다. 그 후 술폰화제인 chlorosulfonic acid와 1,2-dichloroethane혼합용액을 사용하여 술폰화된 복합막을 제조하였다. 제조된 복합막의 술폰화 전과 후의 물리화학적 구조는 ATR-FTIR, SEM, THF 및 물에 대한 함유율, 이들의 이온교환량을 통하여 확인하였다. 이러한 결과로부터 스티렌/디비닐벤젠의 비율에 따라 복합막이 성공적으로 제조되었음을 확인하였다. 또한 가교제인 디비닐벤젠의 함량이 높을수록, 가교도가 증가하여 물 및 THF에 대한 함유율이 감소하였다. 이온전도도, 메탄올투과도를 조사한 결과, 디비닐벤젠의 함량 증가와 함께 이온전도도는 감소하였으며, 메탄올 투과도가 감소하였다. 제조된 술폰화된 폴리스티렌/테플론 복합막은 Nafion(R) 과 비교할 만한 높은 이온 전도도(0.11∼0.08 S/cm, 25℃)를 보이면서 훨씬 낮은 메탄올 투과도(6.6×10-7∼1.3×10-7 cm2/s)를 나타내었다. 이러한 결과들은 본 연구에서 개발된 복합막이 직접 메탄올 연료전지에 적용될 가능성이 높다는 것을 보여준다.

PDMS (polydimethylsiloxane) 복합막을 통한 기체분리 공정에서 다공성 지지체의 투과저항과 PDMS 코팅두께가 에틸렌/질소의 분리성능(투과도, 선택도)에 미치는 영향에 관하여 조사하였다. 이를 위해 Pinnau 등이 제시한 복합막 투과저항 모델이론식〔1〕이 사용되었다. 지지체의 투과도 또는 투과저항은 PES (polyethersulfone)/NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 고분자 용액의 농도를 변화시키면서 조절하였다. 복합막은 PES 지지체 위에 n-hexane에 녹인 2액형 PDMS 용액을 spin coater를 사용해 코팅하여 제조하였다. 선택층의 코팅 두께는 spin coater의 회전속도를 통해 조절하였다. 투과기체 분리특성은 단일기체 투과도 측정 장치를 통해 조사하였으며, 지지체 및 복합막의 단면구조 및 코팅두께는 SEM (scanning electron microscope)을 통하여 확인하였다 얻어진 실험결과는 복합막의 투과저항모델의 이론식과 매우 잘 일치함을 확인 할 수 있었다. 에틸렌/질소의 분리에 있어 PDMS 막 고유의 선택도를 얻기 위해서는 지지체의 투과저항과 코팅층의 최적화가 중요함을 확인하였다.

폴리올레핀 산업에서 발생되는 올레핀 함유 배 가스(off-gas)에서 올레핀만을 선택적으로 분리하기 위해, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)계열의 막 소재들에 대한 올레핀과 질소의 투과특성을 연구하였다. 막 소재로는 가교 형태의 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, 이하 PDMS라 칭함)막, 폴리실록산이미드(Polysiloxaneimide, 이하 PSI라 칭함)막, 아크릴변성 Oligo-PDMS가 부가된 Oligo-PDMS막들을 대상으로 공급기체의 온도(-20~50℃)와 압력(1∼25 atm)을 변화시키면서 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C3H6), 부틸렌(C4H8), 질소(N2) 기체의 단일투과특성을 조사하였다. 실험결과, 사용되는 막소재의 특징에 따라 다양한 투과특성을 보였다. 세 가지 막소재중에서 PDMS막이 가장 넓은 사용압력범위에서 높은 에틸렌투과도 및 에틸렌/질소의 분리특성을 보였으며 이 막을 대상으로 여러 투과조건에서 투과특성을 연구하였다. 선택된 가교 PDMS막을 통한 올레핀, 질소 기체들의 투과도는 투과기체의 분자크기(확산도 선택성)보다, 투과기체의 응축온도(용해도 선택성)에 좌우되는 경향을 보였다. 공급기체의 온도가 감소하거나 압력이 증가할 때, 응축성 기체인 올레핀 기체의 투과도는 증가하고, 비응축성 기체인 질소는 감소하는 특징을 보였으며 이에 따라 올레핀/질소의 선택도가 크게 증가하는 특징을 보였다. 이러한 결과들은 고무상 고분자막에서 보여지는 응축성, 비응축성 기체들의 전형적인 투과특성을 보여준다.

본 연구에서는 항만 및 어항시설의 내진설？준서에서 채택하고 있는 수정 Seed와 Idriss 방법을 이용하여 액상화 평가를 수행하고 액상화 가능지수(liquefaction potential index, LPI)와 등가 액상화 안전율(FE)을 이용하여 액상화 가능성에 대한 구역도를 작성하였다. 이 두결과가 유사한 것으로 나타나 등가 액상화 안전율의 적합성을 확인하였다 국내 연안의 두지역에 대하여 Hachinohe 지진기록과 Ofunato 지진기록을 이용한 액상화 가능성 구역도를 FE를 이용하여 작성한 후 비교한 결과 Hachinohe 지진기록에 의한 액상화 가능성 구역도가 더 과소평가되는 경향을 보이는 것으로 나타났다 또한 FE는 안전율의 형태로 표현되었기 때문에 구역도 작성과 해석에 편의 성을 제공하였다.

본 논문에서는 부지특성을 고려한 설계지반운동의 산정방법을 연구하였으며 그 해석결과를 지반 구조물의 내진설계에 적용하는 방법을 제안하였다 지진응답 해석시 사용되는 설계응답스펙트럼과 설계시간 이력등의 입력운동의 통제점 위치가 지반구조물 내진설동 지층내 암반운동 그리고 노두운동을 사용하는 방법으로 나눌 수 있고 이에 따라 작용 설계지진운동이 변화하므로 지반구조물의 경계조건에 적합한 방법을 사용하여야 한다.

액상화 가능성을 예측하기위해 많은 방법들이 제안되어왔지만, 재료의 미세구조의 특성을 이용한 방법은 거의 없다. 본 연구에서는, 동하중을 받는 재료의 전체 응력-변형률의 특징에 대해 통합적 구성방식을 제공하는 교량상태개념(DSC)모델에 이론적 기초를 두며, 포화 사질토의 액상와 가능성을 평가하기 위한 새로운 방법을 제안한다. DSC이론으로부터, 미세구조의 변형시 재료내부 상태의 급격한 변화가 일어나는 시점의 교란도(한계교란도: Dc)를 초기 액상화 시기로 정의한다. 본 방법은 포화 Ottawa 모래를 이용한 진동 실삼축시험 결과로부토 얻은 자료를 이용하여 적합성이 검토되었다. 또한 본 연구로부터, 액상화와 초기 구속압사이의 관계가 Dc의 개념으로부터 밝혀졌다. 본 연구에서 제안한 새로운 액상화 평가방법은 액상화 거동을 예측할 수 있으며, 결론적으로 기존의 경험적 방법보다 향상된 방법이라고 사료된다.

상번전법의 침적조건을 변화시켜 poly(vinyl alcohol)(PVA) 분리막을 제조하고 침적조건이 분리막의 물 흡수에 미치는 영향을 조사하였다. 침적시간의 증가에 딸 분리막의 물 흡수도는 증가하다가 감소하는 경향을 보였으며, 침적온도가 낮을수록 분리막의 물 흡수도가 다소 증가하는 경향을 보였다. 침적용액에 비이온 계면활성제를 첨가하는 것은 침적용액의 표면장력을 감소시켜 침적시간 단축에는 효과적이었으나, 분리막의 물 흡수도의 최고치를 변화시키지 못하였다. 또한, 분리막의 물 흡수도와 분리막의 분리 특성 및 기계적 물성과의 관계를 조사하였다. 분리막의 물 흡수도가 증가함에 다라 분리막의 투과증발 분리 특성의 선택도는 감소하고 투과속도는 증가하였다. 분리막의 물 흡수도의 증가에 따라 분리막의 인장강도와 신율은 증가하다가 최고값을 정점으로 하여 급격히 감소하였다.

최근 발생한 지진들로 인해 한국도 지진 안전지대가 아니라는 인식이 확산되고 있다. 이에 사회 기반시설물에 대한 다각도의 내진 안전성 검토가 수행되고 있다. 전력구는 대표적인 송전시설물의 하나로 땅 속에 묻혀있는 지중 구조물이 갖는 특성으로 인해 구조물 자체의 관성, 내하력 뿐만 아니라 주변부의 지반특성을 함께 고려해야만 한다. 이를 위해서는 지반과의 상호작용을 고려할 수 있는 엄밀한 수치해석이 요구되나, 많은 비용과 시간이 요구되는 구조물-지반 상호작용해석을 모든 전력구에 적용하기엔 무리가 따른다. 본 연구에서는 지반특성과 관련된 변수를 포함하는 주요 설계변수를 독립변수로 하고 내진성능에 대한 안전율을 종속변수로 하는 직접적인 상관관계 분석을 통하여 비용이 큰 수치해석을 배제하면서도 내진안전율이 낮은 취약 전력구를 선별할 수 있는 방안을 제시하였다. 높은 상관성을 보이는 토피고와 철근량을 주요 독립변수로 설정하고 종속변수인 내진안전율과의 분포를 바탕으로 경계방정식을 도출하였다. 이를 이용하여 지진취약 전력구를 수치 해석과정 없이 선별하는 방안을 제시하였다. 대상으로 한 108개의 전력구 중 30%가 지진취약 전력구로 선별되었으며, 선별된 전력구의 내진 안전율 확인을 통해 타당한 선별 방안임을 확인하였다. 제안 기법은 상대적으로 매우 단순하며 추가적인 데이터에 적용하기 쉽고 확장이 용이하다.

지진으로 유발되는 산사태의 잠재적 피해를 줄이기 위해 산사태 재해도에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 산사면의 경우, 대상 지역이 광범위하므로 동적해석을 평가하는 것이 불가하며 한계평형법이나 사면에 발생하는 영구변위로써 산사태 재해를 예측한다. 기존에 수행된 다양한 사례연구로부터 한계평형법에 기초한 안전율을 통한 평가방법의 부정확함은 입증되었으며 산사태 위험도는 영구변위를 이용하여 평가된다. 미국에서는 산사태 위험도를 영구변위에 따라서 4개의 등급으로 분류한다. 본 연구에서는 수정된 Newmark 변위법으로 산사태 위험도 등급을 평가하였으며 예측된 등급을 2차원 동적해석으로 수행된 해석 결과와 비교하여 정확도를 평가하였다. 비교 결과, 산사면의 증폭 특성을 고려하며 지진파의 최대지반가속도, 최대지반속도, Arias 진도, 평균주기를 고려할 경우, 예측된 위험도 등급의 신뢰도가 높은 것으로 나타났다. 반면, 산사면의 증폭특성을 고려하지 않을 경우, 지진으로 유발된 진동을 과대예측하는 것으로 나타났다.

본 연구는 현재 소방방재청에서 운영하고 있는 지진재해대응시스템에 지반 물성을 고려한 지반재해위험도를 탑재하기 위한 방법론 및 활용방안에 대한 연구이다. 지진재해대응시스템은 기상청에서 수신된 지진정보로 진도분포도를 작성 후 이를 바탕으로 각 행정동 단위의 건축물, 인명, 파이프라인, 구조물의 피해추정을 산출한다. 하지만 이들 피해추정은 지반의 토층 두께만을 고려한 지반증폭률로 산출된 지반최대가속도로 추정된 값으로 지진에 의한 지반의 물성 변화에 따른 피해추정까지 고려된다면 보다 높은 신뢰성을 갖출 수 있다. 지반의 물성은 시추자료를 토대로 입도분포, 표준관입시험(SPT-N치)등의 정보를 수집하여 이를 바탕으로 지반의 물성 변화 즉, 지반 액상화 평가를 하여 지반재해위험도 지도를 작성한다. 지반재해위험도 지도는 지진시나리오별로 시추자료의 좌표점을 기준으로 액상화가능성지수(LPI, Liquefaction Potential Index)로 나타난다. 하지만 시추자료는 대부분 도심지 및 도로, 터널 등 토목공사를 위한 기초자료를 수집하기 위한 시추자료들로 그 외 산간지역이나 농업지역등은 시추자료가 존재하지 않아 시범지역을 모두 커버할 수 없다. 그렇기 때문에 자료가 없는 부분은 보간기법을 적용하여 수치적 해석방법을 수행해야 한다. 수치적 해석을 통해 작성된 지반재해위험도 지도를 현재의 지진재해대응시스템에 탑재함으로써 지진발생시 지반의 물성 변화에 따른 2차 피해 추정의 기초자료로 활용 할 수 있다.

본 연구는 지진 발생 시, 발생지역에 따라 지반가속도 및 진도분포의 차이를 고려한 실시간 액상화 위험도 작성을 목표로 연구를 수행하였다. 이를 위해서 크게 두 가지 세부 연구가 진행되었다. 하나는 지진 가속도별 액상화 평가를 통한 광역지역의 액상화 위험도 작성이며, 다른 하나는 지진 가속도별 위험도를 바탕으로 실시간 액상화 위험도를 작성할 수 있는 DB를 구축하는 것이다. 먼저 약 138,000여개에 달하는 전국 지반정보의 처리를 위한 Excel 스프레드시트를 개발하여 액상화 평가를 수행하였다. 액상화평가시 수정 Seed & Idriss방법과 우리나라 내진기준상의 지반증폭계수를 이용하여 지반심도별 액상화 평가 안전율을 종합한 액상화 위험도지수를 산정하였다. 이때, Iwasaki가 제안한 액상화가능성지수(Liquefaction Potential Index, LPI)를 적용 하였다. 시설물 중심의 위험도 작성 시 이용되는 지진 시 지반응답 해석을 생략하고 지반증폭계수로 대치하는 것이 특징이다. 그 결과 액상화 위험도 작성에 소요되는 시간을 50,000시간 정도 단축할 수 있었으며, 최종적으로 0.06g~0.38g까지 0.04g 간격으로 지반가속도별 액상화 위험도를 작성하였다. 두 번째 연구인 실시간 액상화 위험도 작성에 있어서는 액상화 위험도 작성의 근간이 되는 BaseMap은 지진재해시스템이 사용하고 있는 2Km by 2Km Cell 단위를 동일하게 사용하여 연계가능하게 하였으며, 좌표별 지진가속도와 LPI와의 상관분석을 통한 관계식을 추출하였다. 이때, 상관분석에서는 2변수 최적함수율이 적용되었으며 log식이 가장 신뢰성 높게 상관관계를 표현하는 것으로 나타났다. 최종적으로 우리나라에서 발생하였던 홍성지진과, 오대산지진에 대하여 지진 시 지반분포의 차이를 고려한 지진규모6.5 실시간 액상화 위험도를 작성하였다.

국토의 2/3 이상이 산지로서 중요 사면구조물이 많이 존재하는 국내 특성상 사면구조물의 내진안정성 확보는 사회구성원의 안전을 위해 매우 중요한 의미를 갖고 있다. 그러나, 아직까지 국내에서는 지진공학적 측면에서의 사면구조물에 대한 체계적인 연구가 수행된 바 없으며 일부 시방서에서 설계지진가속도만을 제시하고 있다. 지진하중을 받는 사면구조물의 내진 안정성은 설계 지진 가속도의 크기뿐만 아니라, 지형 및 지반특성과 같은 다양한 요인에 의해 영향을 받으므로, 이러한 요인을 지진시 사면안정해석에 반영하는 방법에 대한 체계적 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 다양한 지진 유발 산사태 발생 요인을 고려하여 GIS 기반의 지진시 산사태 예측지도를 작성하고자 하였다. 특히, 사면의 기하학적 특성을 고려하여 도출한지진증폭계수를 사면안정해석에 이용하였으며, 예제로써 서울시의 산지를 대상으로 유사정적해석을 통한 지진시 동적안전율 및 Newmark 변위법을 이용한 지진시 사면 변위 재해도를 작성하였다.

지진은 여러 종류의 자연재해 중에서 인간이 그 발생 시기를 예측할 수 없는 자연재해이며 인명과 재산에 막대한 피해를 가져올 수 있는 재해이다. 1995년 1월 일본 고베시 인근 효고현 남부지진으로 인하여 5,000여명의 사상자와 수조원의 재산피해를 가져 왔고, 최근(2011년 3월) 일본 도호쿠 지방 태평양 앞바다에 발생한 규모 9.0의 강진으로 발생한 쓰나미로 인하여 후쿠시마 원전 시설에 치명적 손상이 발생하여 수천 명의 작업 사망자를 기록하였다. 현재까지도 그 피해가 지속되고 있는 실정이다. 역사기록에 의하면 국내도 인명과 재산 피해를 초래한 중진규모 이상의 지진이 여러 차례 있었으며, 2000년 이후부터는 동남아시아 지역 주변으로 지진활동이 증가하면서 국내도 지진에 대한 안전지대가 아니라는 인식이 증대되고 있다. 최근 지진이 빈번한 국가를 중심으로 지진 시 지반피해에 대한 관심과 관련 연구가 증대대고 있는 추세이다. 국내에서도 지진 시 사면붕괴 등 지반피해 예측기술 개발 연구가 90년대 후반부터 기초연구가 시작되었다. 이런 기초연구를 토대로 본 연구에서는 지진 시 사면붕괴 및 액상화에 대한 전국단위의 위험도를 작성하고 그 자료를 데이터베이스화 하고자 한다. 최종적으로 개발 위험도를 국가 지진재해대응시스템에 탑재 및 통합관리하는 것을 연구목표로 정하고 있다. 본 연구 성과를 통해 구조물 및 산업시설의 조성 위치를 미리 조정하여 지진시 대책을 강구한다면, 산업이나 경제적 측면에서 발생할 수 있는 피해를 최소화할 수 있을 것으로 기대한다.

지진 피해 상황을 살펴보면 중소 규모의 지진이 발생하였을 때 구조물의 붕괴에 의한 직접적인 피해가 아닌 화재와 같이 소화 설비, 전력설비, 통신설비 등 주요 기간설비의 기능상실로 인한 피해가 많이 일어나고 있다. 이와 같은 2차 피해를 줄이기 위해 소화설비의 내진설계는 반드시 필요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 수계소화설비의 내진성능 평가를 위하여 골조 구조물에 옥내소화전설비(배관, 펌프, 수조, 소화전)를 설치하여 진동대 실험을 실시하였다. 그리고 일반시설물과 내진시설물의 거동차이를 확인하기 위하여 각 설비는 기존 건축물에 시공되어 온 일반형 시설물과 내진형 시설물을 동시에 시공하여 시험을 수행하였다. 또한, 시설물의 거동특성을 파악하기 위하여 시설별 변위응답, 가속도 응답, 가속도 응답 스펙트럼을 분석하여 시설물에 대한 내진성능을 평가하였다.

본 연구는 롤러코스터 구조물의 구조적인 결함을 검출하기 위해서 요구되는 최적의 센서를 구성하기 위한 연구이다. 특수한 목적과 구조적인 형태의 롤러코스터를 3차원 FE 모델링을 통해 구조적 거동특성을 분석하고, 최적계측/센서 이론을 통해 합리적인 센서 위치 및 개수를 구성하였으며, 구성된 최적 센서 위치 및 개수를 바탕으로 손상 전․후에 따른 수치적인 모달 특성값을 추출해 손상평가에 활용될 기본 구조물에 대한 기초자료를 제공하였다. 본 연구의 대상구조물로 서울 어린이대공원에 위치한 롤러코스터 구조물을 선정하였고, 1/20 크기로 축소한 모형 구조물을 제작･활용하였다. 또한, 롤로코스트의 공간적인 구조의 특성으로 운동학(Kinetics)적 거둥에 따른 운동역학(Kinematics)적인 특성이 포함되도록 Spline 함수를 이용해 대상 모형 구조물을 정확히 3차원 FE 모델을 구성 후, 가이언 소거법에 근거한 모달 특성값을 추출하였고, 유효독립법(EIM) 및 최적운동에너지법(EOT) 이론을 바탕으로 최적계측/센서 위치 및 개수를 구성하였으며, 손상 전․후에 따른 모달 특성값을 추출해 크게 강성도, 유연도, 모드상관도의 관계로부터 손상(결함)을 평가하였다. 최종적으로, 본 논문에서 구성된 최적 계측/센서 이론이 타당함을 확인하였고, 강성도 및 유연도 변화를 통해 만족할 수준으로 손상이 규명되었다. 이 결과 롤러코스터 구조물의 건전도 모니터링에 필요한 거동특성 분석 및 결함검출기술 개발에 관한 최적 센서의 구성을 제시 하였다.