최근 인접국가인 일본에서 규모 7.6의 지진이 발생하였다. 이 지진은 대규모의 최초 지진 이후 120회 이상의 여진을 동반하여 지진의 위험성이 두각되었다. 실제로 구조물들은 최초 지진이후 항복하여 지속되는 여진에 의해서도 붕괴될 위험이 있기 때문에 지진 저항력을 향상시킬 필요가 있다. 본 연구에서는 자동복원이 가능한 신소재를 활용하여 지진에 의한 피해를 감소시키면서도 댐퍼와 구조물에 발생되는 잔류변위를 회복시킬 수 있는 자동복원 신소재 댐퍼를 제안한다. 이 댐퍼는 초탄성 형상기억합금과 폴리우레탄으로 구성되며 폴리우레탄에는 선행압축이 적용되어 그로 인한 반발력을 통해 회복특성을 증진시킨 다. 이에 대한 성능을 평가하기 위해 구조실험과 구조실험에 대한 수치해석을 진행하여 댐퍼의 회복특성, 하중특성을 확인하였 다. 또한, OpenSEES프로그램을 활용하여 구조물에 댐퍼를 적용시키고 실제 지진환경에 대한 수치해석을 수행함으로써 지붕변 위, 밑면 전단력 등의 응답을 구하여 자동복원 신소재 댐퍼의 우수성을 검증하였다. 이를 통해 자동복원 신소재 댐퍼를 구조물 에 적용하게 되면 국내 역대 지진 중 가장 규모가 큰 지진이 다시 발생하여도 구조물을 다시 회복할 수 있을 것으로 기대된다.

지진이란 지구 내부의 갑작스러운 에너지 방출로 땅이 흔들리는 자연재해의 일종으로 지표면에 살고 있는 사람들에 게 수많은 피해를 발생시킨다. 이에 따라 지진의 피해를 최소화하는 연구가 활발히 진행되고 있지만 지진 이후 발생한 구조물 의 잔류변형, 댐퍼와 구조물의 보수와 같은 문제는 피할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 반영구적으로 사용이 가능한 초탄성 형 상기억합금을 댐퍼에 적용하고 제안한다. 본 연구의 에너지 소산형 댐퍼는 초탄성 형상기억합금과 더불어 마찰볼트가 추가됨으 로써 잔류변형은 적고 에너지 소산 및 하중 성능은 우수한 댐퍼이며 ABAQUS 프로그램을 활용한 유한요소해석을 진행하여 성 능을 입증한다. 재료의 차이, 마찰볼트의 유무, 핵심부재의 크기 차이를 설계 변수로 해석을 진행하여 도출된 힘-변위 거동응답 결과를 최대하중, 잔류변위, 에너지 소산 등의 성능에 대해 비교분석한다. 따라서, 연구 결과를 바탕으로 에너지소산형 댐퍼는 우수한 성능으로 안전한 사회기반을 조성하는 초석이 될 것으로 기대된다.

지진은 예상하지 못한 위치와 규모로 지반을 흔들어서 막대한 물적 및 인적 피해를 발생시킨다. 따라서 지진으로 인 한 진동을 최소화하고 피해를 방지하기 위하여 다양한 내진 기술 개발 연구가 수행되고 있다. 최근에는 우수한 성능을 나타내 는 다양한 신소재가 개발되고 있으며 이를 접목된 내진 기술 개발 연구가 하나의 트렌드가 되고 있다. 본 연구에서는 반영구적 이고 자동복원이 가능한 신소재를 적용한 새로운 개념의 영구마찰 자동복원 댐퍼를 제안하고 핵심 부재에 대한 물리적 특성 검 증 연구를 수행한다. 영구마찰 자동복원 댐퍼의 핵심은 복원 특성을 나타내는 초탄성 형상기억합금과 폴리우레탄을 부재로 장 착시키고 추가적인 마찰 특성을 나타내는 네오디뮴 영구자석을 사용하였다. 이러한 핵심 부재는 재료실험을 통해 특성을 검증 하였고 도출된 거동 응답 결과를 통해 영구마찰 자동복원 댐퍼의 구조실험 예측 거동을 도출하였다. 우수한 복원 성능을 나타 내는 영구마찰 자동복원 댐퍼는 최대 하중 성능과 에너지 소산 능력이 우수하여 구조물에 적용 시 강한 지진에도 버티면서 발 생된 손상도 회복 시킬 수 있을 것으로 기대된다.

국내에서 공용중인 교량은 33,177개로 사회기반시설 중 가장 많은 비중을 차지한다. 이러한 교량은 공용하중, 온도, 습도 등에 의해 거더에 신축량이 발생하게 되고, 거더간 유간거리에 대한 안정성을 확보하기 위해 신축이음장치를 설치한다. 신 축이음장치에는 교량의 누수 및 퇴적물 낙하 등을 방지하기 위해 고무지수재를 설치하는 것이 일반적이다. 하지만 이러한 고무 지수재는 다양한 원인에 의해 쉽게 손상이 발생하게 된다. 손상된 고무지수재를 통해 거더의 부식, 교량하부 인명사고 등 다양 한 2차 피해가 발생할 수 있다. 이러한 피해를 예방하기 위해 교량의 유지관리를 수행하고 있지만 고무지수재 특성상 지속적인 교체는 불가피한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 신축이음장치에 활용되는 고무지수재의 문제점을 해결하기 위하여 초탄 성 형상기억합금을 활용한 새로운 지수재 개발 연구를 수행하였다. 초탄성 형상기억합금 지수재에 대한 유한요소해석을 수행 및 분석하였으며, 복원 효과를 통해 지속 사용 가능한 지수재 연구를 검증하였다.

과학과 기술의 발달로 복합재료, 합금, 고강도 탄소섬유, 고분자 재료 등 지능형 소재가 개발되고 있다. 다양한 엔지 니어링 분야에서 이러한 첨단 재료의 응용을 연구하기 위해 전 세계적으로 광범위한 연구가 진행되고 있다. 초탄성 형상기억합 금(SSMA)은 깃발 모양의 히스테리시스 거동을 가지며 추가적인 열처리 없이 응력 완화로 인한 잔류 변형이 거의 없는 신뢰성 이 높은 내진 재료이다. 그러나 공학 문제에서 SSMA 효율성을 연구하기 위한 수치 모델의 개발은 여전히 어려운 작업이다. 본 연구에서는 SSMA 인장시험의 실험결과를 통해 유한요소해석 프로그램인 Abaqus와 수치해석 프로그램인 OpenSEES를 이용하여 재료 모델을 구현한 후 해석결과의 거동 특성 및 에너지 소산을 분석하였다.

인류 문명은 재료의 발달과 함께 진화를 해왔으며 20세기 후반부터 등장한 스마트재료는 외부 환경에 맞춰 스스로 적응을 하는 재료이다. 많은 종류의 스마트재료 중 대표물질이라고 할 수 있는 형상기억합금은 온도에 반응하여 자가 치유효과 를 볼 수 있는 재료이다. 외부 하중에 의한 변형을 자가치유 효과를 사용하여 회복을 하고자 하는 연구는 계속되어 왔지만 온 도의 변화를 구조물 전체적으로 줘야한다는 많은 불편이 있었다. 따라서 본 연구에서는 이 효과를 증진하여 상온에서도 자가 치유효과를 할 수 있는 초탄성 형상기억합금을 이용한다. 구조물에 있어서의 초탄성 형상기억합금의 능력을 스테인리스강과 함 께 비교하고 비교를 위해 강재가 가장 변형되기 쉬운 형태인 와이어형태로 가공하여 다양한 인장실험을 진행한다. 인장실험의 종류는 총 3가지로 변위를 다르게, 인장속도를 다르게, 선 인장력을 다르게 하는 실험으로 진행된다. 이때의 응력, 변형률간의 그래프를 그리고 잔류변형, 재료의 항복점 및 회복, 에너지 소산과 같은 구조물에 있어서의 재료적 능력을 파악하고 따로 그래 프를 도식화 하여 해석하였다.

현대 목조 구조물은 일반적으로 접합철물인 연결재를 이용하여 접합된다. 그리고 목조 구조물에서 다수의 연결재를 사용한 접합부는 반강접 접합부를 만든다. 목조 구조물에 접합부가 핀접합으로 설계될 경우에 접합부를 통해 전달되는 하중이 과소 평가되고 이것은 접합부의 저항능력 부족을 초래한다. 목조 구조물의 접합부를 완전 강접합으로 고려할 경우에 접합에 필요한 접합철물의 양이 과도하게 증가 할 수 있다. 이것은 미적인 요소 뿐만 아니라 시공성과 경제성을 저하시킨다. 접합부의 합리적인 강성에 대한 추정은 목조 구조물의 합리적인 접합부의 설계에 필수적인 요소이다. 이 논문은 목조 구조물의 구조설계를 쉽게 수행할 수 있도록 도움을 주기 위하여 2면 전단접합에 대하여 구조설계에서 널리 이용되는 상용 프로그램을 사용하여 접합부의 근사적인 강성을 나타낼 수 있는 해석 모델링 기법을 제안한다. 제안된 근사해석 모델링 기법은 휨 모멘트, 인장에 대한 실험 결과와 해석결과를 비교하여 접합부의 거동을 나타낼 수 있다는 것을 확인하였다.

In this study, the damages detections were carried out using artificial neural networks for super tall building. In the results of detections, the damage locations and extents were similar to the actual damages. The accuracy is expected to increase as the number of learning case is larger.