방충설비는 선박의 접안 및 양하역 과정에서 선박의 충격력을 흡수하여 선박과 접안시설을 모두 보호하는 매우 중 요한 역할을 수행한다. 하지만 이에 대한 최근 연구 및 설계 최적화의 노력이 매우 부족해 보인다. 이에 본 논문은 국내 항만 설계기준에서 제시하고 있는 방충재 설계에 사용되는 선박 접안에너지 산정식을 개선, 보완하기 위하여 연구를 수행하였다. 접 안에너지 산정과정에서 선박 및 접안시설의 조건을 고려하기 위하여 적용되는 영향계수의 변화에 따른 영향을 분석하였으며, 이 과정에서 국내외 설계코드에서 제시하고 있는 산정방법과 최신 선박제원, 국내 설계결과가 활용되었다. 분석에는 최신 선박 의 표준제원과 국내에서 실시된 실제 설계결과가 적용되었다. 그 결과, 국내 항만 설계기준에서 제시하고 있는 영향계수 결정방 법은 선박과 접안시설의 조건을 최적으로 반영하기에는 부족하며, 접안에너지가 20%이상 크게 산정되어 방충재 선정과정에서 과다 설계가 야기될 수 있는 것으로 판단되었다. 이에, 국내 항만 설계기준에서 제시하고 있는 영향계수를 선박 및 접안여건을 고려하여 설계할 수 있도록 최적화된 방법을 제시하였다.

교각의 내구성 증진 및 내진 보강을 위하여 원형철근 콘크리트 교각 외부에 강판을 보강한 경우, 교각 외부에서 발 생하는 화재에 대해 보강된 교각의 내화성능을 정량적으로 평가하였다. 범용유한요소해석프로그램 ABAQUS를 이용하였으며 ISO 834-1의 표준화재곡선을 적용하여 교각의 거동을 해석하였다. 해석 변수로는 강판보강두께와 원형교각 지름의 비, 교각에 수직으로 작용하는 축력비를 적용하였다. 교각의 상부와 하부는 힌지-롤러 경계조건을 고려하여 상부는 수직으로 변위가 발생하 도록 하였으며, 교각 외부 전체에 열하중을 가하였고 편심 없는 순수 축하중을 교각 중앙에 가력하였다. 온도에 따른 콘크리트, 철근 및 강재의 비열, 열전도율, 탄성계수 등을 고려하여 보강에 따른 교각의 내화 성능 향상도를 평가하였다. 강판으로 보강한 원형철근 콘크리트 교각은 콘크리트의 중심부일수록 강판 두께의 영향을 받지 않으며 강판 두께별 축력을 주 었을 때 내화시간은 축력비 0.7에서 최대 약 3분 향상되었다. 또한, 보강두께가 두꺼울수록 내하력이 향상하며 60분 이후에 모 두 내하력비가 1.0 이하로 감소하기 시작하는 것을 알 수 있었다. 강판보강공법은 내화성능을 향상시킬 수 있으며 강판 보강 두 께와 보강 지름의 비가 클수록 화재에 대해 축방향에 대한 변위와 내하력이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 토대로 원형철근 콘크리트 교각의 외부 강판 보강을 통하여 교각의 내화 성능을 향상시킬 수 있음을 정량적으로 판단할 수 있었다.

내진설계규정이 정립되기 전에 시공된 콘크리트 교각의 경우 횡철근을 겹침이음하거나 최소한의 배근으로 최적화를 유도하였다. 따라서 지진하중 발생 시 지진에너지를 소산할 수 있는 에너지 감쇠의 효과가 기존 교각들에는 미흡한 실정이다. 본 논문은 반복하중을 받는 원형콘크리트 교각 외부에 강판, GFRP, CFRP 보강을 적용한 경우, 교각의 지진대응 성능 향상도를 정량적으로 평가하였다. 범용유한요소해석프로그램인 ABAQUS의 다양한 3차원 요소를 적용하여 교각 구조물을 모델링하였으며,하중은 교각 상부에 횡방향 동적하중과 교각 전체 자중이 고려되었다. 하중-변위 곡선, 응력-변형률 곡선, 연성도, 에너지 흡수 능력(연성도), 손상도를 고려하여 보강에 따른 교각의 내진성능 향상도를 비교분석하였다. 비보강 콘크리트 교각의 경우 연성도는 78%로 취성파괴 구조물이었으나, 강판보강의 경우 91.0%, GFRP보강의 경우 91.9%, CFRP보강의 경우 92.0%이다. 세 가지 보강의 종류를 비교한 결과 강도, 연성도, 손상도 모두에 있어서 CFRP보강의 경우가 가장 큰 증진 효과를 보이고 있다.

본 논문은 콘크리트 구조물 보강공법 중 하나인 CFRP 표면매립 긴장보강의 거동을 분석하였다. 이를 위해 CFRP 긴장재 및 긴장시스템을 개발하고 손상후 보강거동 및 충전재 유무에 따른 비부착 보강거동을 고찰하였다. 실험결과, 비부착 실험 체의 보강효과는 무보강 실험체보다 38% 증가하지만, 부착 실험체보다 17% 감소하였다. 손상된 콘크리트를 보강한 경우는 건전한 콘크리트의 보강효과와 유사했다. 정착장치와 부착된 CFRP 긴장재는 안정된 보강효과를 보였다.

콘크리트는 안전성과 경제성이 우수한 재료로 인식되어 많은 사회기반시설물의 건설재료로 이용되어 왔으나, 최근에는 노후화 현상 등으로 인한 성능저하가 발생하고 있으며 이는 직·간접적으로 경제적·인명적 피해의 원인이 되기 때문에 여러 가지 보강을 실시하고 있다. 본 연구에서는 복합섬유소재를 활용하는 보강공법을 포함한 다양한 보강공법에 대한 성능비교 실험연구를 수행하고 분석하였다.

최근 세장한 구조의 장경간 아치교의 시공 및 설계가 증가하고 있는 추세로서 아치부재에 적용되는 강재를 경량화시킬 수 있는 콘크리트 충전강관 부재에 대한 수요가 증가하고 있다. 이는 장경간 아치교량의 구조적 특성상 압축력 지지에 유리한 콘크리트를 강재와 같이 이용함으로써 구조적 효율성을 증대시킬 수 있다. 본 연구에서는 콘크리트 충전강관을 사용한 아치교 설계에 적용되는 초기변수를 고려하여 하로아치교를 대상으로 강관 단면 내 콘크리트 충전길이, 트러스타입의 아치리브 높이, 강관 단면의 재료강성 변화 등의 영향을 유한요소해석을 통해 비교분석하였다. 이를 토대로 콘크리트 충전강관의 아치교 최적화 설계 방법을 제안하고 콘크리트 충전강관의 아치교 적용성을 확보할 수 있도록 경제성 분석을 수행하였다. 분석결과 콘크리트 충전강관 아치리브단면 적용 시 기존 아치리브에 비해 하로아치교의 경우 22.0%의 강재절감이 가능하며 콘크리트 충전에 따른 비용증가는 발생하나 전체 공사비의 경우 18% 절감되어 경제적으로 효과를 보였다.

일반적으로 지중구조물은 지상구조물보다 지진하중 작용 시 상대적으로 작은 영향을 받는다. 그러나 많은 연구자들은 심각한 지중구조물 손상에 대해 보고하고 있으며 동적 흙-구조물 상호작용에 대한 지속적인 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 유한요소해석 프로그램을 활용한 흙-구조물 상호작용을 지중구조물에 적용하고 지중구조물 하중저감기법인 ETI의 지오폼을 해석변수로 경감효과 및 최적 지오폼을 제안하고자 한다. 해석연구에 고려된 지오폼은 EPS 12, EPS 15, EPS 19이다. 해석 결과로부터 지진하중시 최대 50%까지 지중하중이 경감되었으며, 수평처짐은 26%, 수직처짐은 8%이 경감되었다. 본 해석연구를 토대로 ETI 공법을 적용한 지중구조물이 정적 및 지진하중 하에서도 하중의 영향을 경감시키는 것을 확인할 수 있었다.

The objective of this study is to develop the innovative application methodology of Geofoam for sustainable design of eco-bridges under deep soil cover. Traditionally, the soft maerial zone has been located on the top or above the buried conduit to reduce the earth pressures, which is called imperfect trench installation (ITI). There, however have been no previous studies for the application of ITI on buried arch structures. This study investigated the structural effects of Geofoam surrouding buried arch bridges, which was named as embedded trench installation (ETI). Various shapes and locations of Geofoam have been investigated for both ETI and ITI. The findings from this study showed that ETI could effectively increase the stability and sustainability of deeply buried eco-bridges.