우리나라에서 공용중인 시설물은 총 172,111개로 집계되고 있으며, 그 중 교량은 34,199개로 사회 기반시설 중 가장 많은 비중을 차지한다. 이러한 교량은 공용하중, 온도, 습도 등에 의해 거더간 신축 량이 발생하게 되고 신축량 발생으로 인한 유간거리에 대해 차량의 통행 안정성 및 주행성 확보를 위 한 신축이음장치를 설치하게 된다. 신축이음장치를 설치하여 차량의 통행 안정성 및 주행성을 확보할 수 있지만 누수 및 퇴적물 낙하 등을 직접적으로 방지하지 못하여 고무지수재를 별도로 설치하게 된 다. 하지만 이러한 고무지수재는 다양한 원인에 의해 쉽게 손상이 발생한다. 손상된 고무지수재를 통 해 거더의 부식, 교량하부 인명사고 등 다양한 2차 피해가 발생할 수 있다. 피해방지를 위한 교량의 유지관리를 지속적으로 수행하고 있지만 고무지수재 특성상 지속적인 교체가 불가피한 실정이다. 따라 서 본 연구에서는 기존 신축이음장치에 활용되는 고무지수재의 문제점을 해결하기 위하여 초탄성 형 상기억합금을 활용한 새로운 지수재 개발 연구를 수행하였다. 이에 대해 초탄성 형상기억합금 지수재 와 고무지수재에 대한 유한요소해석을 수행하고 비교 및 분석하였으며, 하중 제거 후 원형으로 복원되 는 효과를 통해 지속 사용 가능한 지수재 연구를 검증하였다.

PURPOSES : With the recent enactment of the 「Framework Act on Sustainable Infrastructure Management」 in Korea, the establishment of mid- to long-term management plans for social infrastructure and the feasibility evaluation of maintenance projects have become mandatory. To this end, the life cycle cost analysis is essential. However, owing to the absence of a deterioration model, trials and errors are in progress. METHODS : In this study, a deterioration model was established for bridges, which are the representative social infrastructures of roads, particularly for expansion joints that can cause enormous damage to not only the superstructure but also the substructure. The deterioration model was classified into rubber and steel, based on the material of the expansion joint. The analysis used the inspection and climate data conducted in Korea over the last 12 years. The Bayesian Markov Hazard model was applied as the analysis technique. RESULTS : The average life expectancy by type of expansion joint was analyzed to be 8.9 and 6.6 years for rubber and steel, respectively. For probabilistic life cycle cost analysis, the probability distribution of the life expectancy, validity range by confidence level, and Markov transition probability matrix were presented. CONCLUSIONS : In this study, the basis for deterministic and probabilistic life cycle cost analysis of expansion joints was laid. In future studies, it will be necessary to establish a standardized deterioration model for all types of infrastructure, including all bridge elements.

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.

최근 우리나라는 대규모 지진이 빈번히 발생하고 있으며, 유감지진의 발생 규모 및 빈도가 급격히 증가하고 있어 지 진피해 저감 기술에 대한 관심이 증대되고 있다. 기존 지진피해 저감 기술은 구조물의 단면적을 크게하여 강성을 증가시키는 방법으로 과도한 설계 및 시공이 발생하여 상당한 비용이 소요되고 경제적인 측면에서 비효율적이다. 구조물에 대해 지진하중 으로부터 효율적으로 대응하기 위한 내진설계 방법에는 제진기술이 있다. 제진기술에 활용되는 제진장치는 지진 발생 후 재료의 항복으로 인해 장치의 손상 및 파괴가 발생하여 교체가 불가피하고 시간 및 비용이 소요된다. 따라서 이 연구에서는 기존 제진기술의 단점을 보완하기 위하여 에너지 소산 능력 및 복원력이 우수한 초탄성 형상기억합금 및 폴리우레탄 적용 자동복원 감쇠장치의 구조실험을 수행 및 분석하여 지진 발생 후 지속적으로 활용 가능한 댐퍼 장치에 대한 연구를 수행하였다.

최근에는 다양한 중량의 구조물을 지진으로부터 보호하기 위해 지반으로부터 분리하는 면진장치로써 지반 격리용 받침이 활용된다. 지진의 피해를 저감시키는 설계방법 중에서 면진 설계는 구조물과 지반이 만나는 부분에 면진받침을 사용하는 방식으로 다른 내진/제진 설계 방법과 비교하면 가격대비 효율과 성능이 가장 우수하다. 본 연구에서는 지진 발생 이후 지속적으로 사용 가능한 새로운 개념의 자동복원 면진받침 시스템을 제안하고자 한다. 이러한 면진받침에 대한 성능을 검증하기 위하여 이론 적립 및 설계를 수행하고 실험체를 제작하여 실제 지진 데이터가 적용된 진동대 실험을 수행하였다. 기본특성실험, 면압의존성 실험, 속도의존성 실험, 변위의존성 실험에서 강도하중이 설계 목표치와 유사하였고, 거동 또한 설계값과 유사함을 확인하였고 이를 바탕으로 면진받침의 성능 검증을 분석하였다.

니티놀이라고 하는 니켈-티타늄 형태의 형상기억 합금(SMA)은 상당한 양의 변형이 발생한 후에 추가적인 열을 가하지 않더라도 상온에서 원래 모양으로 복원될 수 있는 초탄성 효과를 가진다. 이러한 독특한 재료 특성 때문에, 니티놀은은 의료, 전기, 전자 및 기계 분야뿐만 아니라 토목 공학 분야의 내진 개량을 위한 변위 제어 장치로 널리 사용되어 왔다. 탄소강과 달리 초탄성 형상기억합금은 피로 저항성이 강하며 하중 속도에 따라 강성(하중-변위특성)등의 기계적 물성치가 변화한다. 본 연구에서는 하중 사이클의 반복 횟수와 속도에 따라 초탄성 형상기억합금의 기계적 물성치가 어떻게 변하는가에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구로 인해 표준화된 초탄성 형상기억합금의 기계적 물성치는 이후 초탄성 형상기억합금을 적용한 내진 장치의 설계과정에서 활용함으로써 설계 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

In this study, finite element (FE) analysis was performed to evaluate the seismic performance of the water treatment plant, which is a major state of the art water treatment plant, to predict tensile cracks and compressive failure. The FE model simulation for two facilities of the water purification plant was made considering the initial conditions, boundary conditions and water effect. For the nonlinear dynamic analysis, seismic analysis was performed using ground acceleration. Tensile cracks and compressive failure are analyzed and the effects on the structures are analyzed. As a result of the analysis, tensile cracks can be predicted to occur in the main structure.

In this study, refined finite element (FE) analyses intended to evaluate the capacity of the existing water purification plant structures against seismic force are conducted with an aim to predict possibility generating tension crack and compression crushing. The FE models for three types of main plant structures were constructed to take ground condition, boundary condition, and water interaction into consideration for advanced simulation. The nonlinear dynamic analyses were performed by using ground motion data which have been used for seismic design. Both compression crushing and tention crack, which are distributed over concrete plant structures during peak ground acceleration (PGA), are investigated by analyzing failure possibility controlled with the strain limits. After observing FE analysis results, it is possible to predict tenstion cracking which can be found at some parts of the main structure.