This study presents the fatigue performance of the mooring lines for submerged floating tunnels (SFTs), the new type transportation system for land connection. Because of the structural characteristics, the submerged structure is continuously affected by various environmental loadings such as wind, wave, and current. In general, waves are considered as one of the main external sources which induce dynamic behavior of the offshore floating structures. Therefore, fatigue damage and performance of the mooring lines should be evaluated based on their dynamic structural stress induced by the waves acting to the floating structures. In this study, fatigue damage and performance of the mooring lines for SFTs under severe wave conditions are analyzed using hydrodynamic analysis, Rainflow counting method, and Miner’s rule for obtaining dynamic stresses, treating the fluctuating stresses, and calculating the fatigue damage index, respectively.

대형화되고 있는 풍력발전 터빈에 대응하여 내부구속 중공 철근콘크리트(ICH RC; Internally Confined Hollow Reinforced Concrete) 구조를 적용한 풍력타워 제안되고 연구되고 있다. 이에 기존의 3.6MW 터빈과 5.0MW 터빈에 대응하는 ICH RC 풍력타워 단면이 설계된바 있다. 하지만, 풍력발전 터빈은 큰 질량을 갖는데 비해 타워는 세장비가 매우 크기 때문에, 풍하중 등의 횡하중이 작용할 때 발생하는 변위가 증가함에 따라, 터빈의 자중에 의한 대변위 효과에 따라 실제 횡력에 저항할 수 있는 모멘트 저항성능은 감소한다. 따라서 안전한 풍력발전 타워의 설계를 위해서는 대변위 효과를 고려하여 실제 횡력에 저항할 수 있는 타워의 모멘트 성능을 계산하는 것이 중요하다. 이에 본 연구에서는 기존 설계된 단면에 대해 터빈 자중에 의한 대변위 효과를 고려하여 모멘트-횡변위 해석을 수행하였다. 해석결과, 터빈 자중에 의한 대변위 효과로 인하여 풍력타워의 실 모멘트 저항 성능 감소분이 상당하며, 안전한 풍력타워의 설계를 위해서는 대변위 효과가 반드시 고려되어야 함을 알 수 있었다.

최근 대륙간 연결사업 추진이 증가하면서 우리나라 주변에는 한-중과 한-일 철도 또는 도로 연결 사업에 대한 논의가 진행되고 있다. 이 때 적용될 수 있는 기술은 해중터널, 해저터널, 침매 터널 등이 있다. 이중에서 해중 터널은 부력에 의하여 해중에 부유하거나 지지보가 자중을 부담하여 수중에 잔교식의 형태로 건설되는 터널의 형식을 말한다. 해중터널은 일반적인 교량, 침매터널, 해저터널의 보완구조물 혹은 대체 구조물로 건설이 가능하다. 해중터널에 대한 연구는 전 세계적으로 거의 초기 단계이기 때문에 다양한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 해중터널의 구조 성능 평가 중에 화재가 발생하였을 경우에 화재열이 해중터널에 미치는 영향성을 분석하고자 한다. 해중터널의 해석 대상 모델은 강합성 중공 RC 해중 터널을 대상으로 해석을 수행하였으며, 다양한 화재가 발생하였을 경우에 화재열이 해중 터널 구조에 미치는 영향에 대해서 해석적으로 분석하였으며, 또한 이를 방지할 수 있는 방지 기법을 해석적으로 검토 하였다.

우리나라 항만에서의 지진관측은 한국해양과학기술원이 중심이 되어 실시하고 있다. 2010년 인천항에 처음으로 관측이 시작된 이래 2013년까지 군산항, 목포항, 광양항, 부산신항, 부산항, 울산항, 포항항, 울산항 등 9개 항만의 주요구조물과 자유장 각 2곳에 총 19개소의 지진감시시스템을 설치하였다. 지진 관측 이후 우리나라 항만에 피해는 없었지만 규모 4.9를 비롯하여 3.0이상의 지진이 26회 이상 발생한 기록이 있다. 항만의 지진 관측의 목적은 첫째로 항만에 피해를 초래하는 큰 지진이 발생한 경우 피해 메카니즘의 규명과 적절한 복구방법의 선정에 이용하는 것이고, 둘째로는 지진발생 직후 항만의 가동 여부 또는 구조물의 정밀안전진단 수행 여부를 판단하는데 사용하기 위한 것이며, 세 번째로는 DB 구축을 통하여 항만의 설계 지진 결정에 활용하기 위한 것이다. 본 논문에서는 지진 관측이후 계측된 규모 3.0이상의 지진 항만에 유의미할 것으로 판단되는 지진에 대하여 가속도 파형, Fourier 스펙트럼, 응답스펙트럼에 대한 분석을 실시하였다.

화석에너지의 고갈에 따라 신재생에너지에 대한 관심이 증대하고 있으며, 풍력발전에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 점차 대형화되고 있는 풍력발전 터빈에 대응하여 내부구속 중공 철근콘크리트(ICH RC; Internally Confined Hollow Reinforced Concrete) 구조를 적용한 풍력타워를 제안하고 설계하였다. 기존의 3.6MW 터빈과 5.0MW 터빈에 대응하는 강재타워와 동일한 외경을 갖는 두 단면과, 두 단면 외경의 평균값을 갖는 외경에 대해 단면설계를 수행하였다. 각각의 단면에 대해 중공비를 50%~90%까지 변화시켜 단면을 설계하였다. 설계된 단면에 대해 재료비선형과 콘크리트의 구속효과를 고려하여 축력-모멘트 상관해석을 수행하고 모멘트-횡변위 해석을 수행하였다. 해석 결과, ICH RC 풍력타워는 강재타워보다 작은 외경으로 요구되는 축강도와 모멘트 강도를 발휘함을 보여주었다.

최근 풍력에너지에 대한 관심과 요구가 증가함에 따라, 강재타워 이외에 콘크리트 풍력 타워 및 합성형 풍력타워에 대한 연구가 진행되고 있다. 해상풍력발전에서는 터빈의 대형화 추세에 맞춰 지지구조인 타워 또한 대형화되고 있으며, 강재 타워의 경우 세장비 증가로 인하여 좌굴 문제가 대두되고 있다. 따라서 대형 터빈에 대응하는 합성형 풍력 타워가 개발되고 있으나, 단일 타워 구조의 경우, 모멘트에 지배되는 풍력타워의 특성상, 모멘트에 대해 안전한 설계를 하게 되면 축하중에 대해서는 과다설계가 이루어지며, 풍하중 및 해양 하중 또한 증가하게 된다. 따라서 본 연구에서는 다수의 소구경 합성기둥을 적용한 복합형 풍력타워를 제안하였으며, 각 소구경 합성기둥의 배열에 따라 동일 모멘트 성능을 발휘할 때 기둥 단면적의 변화를 살펴보고, 그 관계를 도시하였다.

현재 교량 시공 시 대부분의 교각은 경제성 및 시공성이 우수한 중실 RC교각이 많이 사용되고 있으며, 고교각의 경우 지진력을 저감시키기 위하여, 중공 단면의 RC 교각이 설계에 이용되고 있다. 가장 흔한 교각인 중실 RC교각은 교각의 휨과 내진성능을 만족하기 위하여, 단면 이차모멘트가 크도록 대단면의 교각 설계가 주로 행해지고 있다. 이렇게 설계된 중실 RC 교각은 설계하중 보다 필요이상의 축강도를 가지고 있어, 교각 단면의 효율성은 매우 합리적이지 않다.반면, 중공식 기둥의 한 종류로 선행 연구자들에 의해 개발된 이중 강관 합성 기둥(Double Skinned Composite Tubular Columns)은 대표적인 합성 중공 교각으로 내외부 강관에 의한 구속효과로 인하여, 중실 RC교각에 비하여 콘크리트의 구속 강도가 매우 우수하다.본 연구에서는 중실교각과 DSCT교각의 축력-모멘트 저항성능의 차이점에 대하여 정성적으로 분석을 수행하였다. 이를 위하여, DSCT교각의 중공비를 매개변수로써 선정하여, 각각 중공비 0.7, 0.8, 0.9의 교각 단면을 설계하였으며, 중공비에 따른 축력과 모멘트 저항성능의 관계를 비교분석하였다. 결론적으로, DSCT교각은 중실 RC교각대비 축강도가 매우 우수하여, 작은 직경으로도 필요한 축강도와 우수한 모멘트저항성능을 발휘함으로써, 교각 단면의 합리적인 설계가 가능함을 알 수 있었다.

미래 경제성장 원동력으로서 해양 자원 및 해양 공간의 개발은 필수적이다. 또한, 인류 생활 영역의 확장 및 해양 자원의 개발을 위하여 해저 공간 개발이 필요하며, 해양 공간의 개발과 해양 영토 주권 수호를 위한 전초 기지로서 해저 기지의 확보가 필요하다. 고압/저온의 극한 환경인 해저 기지 건설 기술 및 운영 기술의 개발은 극지 및 우주공간 구조물 개발 시 활용되는 원천 기술 확보로 이어지며, 미래에 발생 가능한 전 지구적 재난 시, 인류 생존을 위한 필수 거주 공간 확보 기술로도 활용될 수 있다. 본 연구에서는 미래 해저기지의 건설과 운영을 위한 필수 기술을 조사하였으며, 1단계 기술과 2단계 기술로 구분하였다. 조사 결과 해저기지의 건설을 위해서는 건설 신재료의 개발과 에너지 공급 기술들이 필수적으로 필요한 것으로 조사되었으며, 특히 운영시 거주자의 안전을 위한 기술이 가장 중요한 것으로 확인되었다.

Although steel has high strength compare to concrete as structural material, usage of it decrease because of its cost. Steel, however, is not only easy to manufacture but also convenient for manufacture. Using these advantages of steel, it is possible to reduce the cost of construction, The steel bridge can be constructed by modular system. In this study, structural analysis is performed to estimate section strength of steel box girder which is made by the method of fold.

21세기에는 친환경적 개념을 도입하여 공간창조 및 인구증가 등에 따른 가용 공간 부족 문제와 이로 인한 자연·도시환경악화에 대응할 수 있는 실용적 가용 공간 창출 기술인 해중터널은 다양한 외부 하중조건에 저항할 수 있어야 하며, 특히 휨과 비틀림, 축방향 인장 및 압축에 안전해야 한다. 외부 하중조건에 의해 주로 예상되는 변형은 휨변형이며, 이는 터널 벽체에 인장력과 압축력을 발생시키게 되어 터널 안전에 중요한 고려 인자이다. 해중터널의 함체는 철근콘크리트 구조로 제안되어 왔으나, 본 연구에서는 내부구속 중공 철근콘크리트 구조 및 이중강관합성 콘크리트 구조의 함체를 제안하고, 이의 휨강도에 대해 분석하여 기존의 철근콘크리트 해중터널과의 휨강도를 비교하였다. 해석 결과 제안된 구조형식은 충분한 강도와 안전성을 갖는 것으로 확인되었다.

최근 대륙간 연결사업 추진이 증가하면서 우리나라 주변에는 한-중과 한-일 철도 또는 도로 연결사업에 대한 논의가 진행되고 있다. 이 때 적용될 수 있는 기술은 해중터널, 해저터널, 침매 터널 등이 있다. 이중에서 해중 터널은 부력에 의하여 해중에 부유하거나 지지보가 자중을 부담하여 수중에 잔교식의 형태로 건설되는 터널의 형식을 말한다. 해중터널은 일반적인 교량, 침매터널, 해저터널의 보완구조물 혹은 대체 구조물로 건설이 가능하다. 해중터널에 대한 연구는 전 세계적으로 거의 초기 단계이기 때문에 다양한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 해중터널의 구조 성능 평가 중에 화재가 발생하였을 경우에 화재열이 해중터널에 미치는 영향성을 분석하고자 한다. 해중터널의 해석 모델은 일본에서 연구된 Funka Bay 해중 터널을 대상으로 해석을 수행하였으며, 다양한 화재가 발생하였을 경우에 화재열이 해중 터널 구조에 미치는 영향에 대해서 해석적으로 분석하였다.

풍력 발전 타워는 강구조로 제작되고 있으며, 특히 해상 풍력 발전의 경우에는 발전용량의 증가에 따라 타워 구조체 또한 장대화 되는 추세이다. 강조조물의 특성상 좌굴에 취약하며, 장대화 됨에 따라 세장비가 증가하여, 좌굴 및 진동에 취약한 특성을 보이게 된다. 본 연구에서는 신형식 구조체인 이중관-콘크리트 합성 구조(DSCT; Double Skinned Composite Tubular)를 적용한 해상풍력 타워를 제시하고 요구 성능을 만족하는 최적 단면 설계를 제시하였다. 관은 섬유 보강 합성수지(FRP; Fiber Reinforce Polymer)와 강재를 적용한 경우를 모두 고려하였으며, 모두 강관보다 더 작은 직경을 가짐에도 요구 성능을 만족하였다.

교량 건설에 있어서 사용 재료의 품질 개발과 새로운 구조 형식을 개발하는 기술이 지속적으로 발달되어져 왔으며, 현재는 성능 향상 및 재료비 절감 등을 이유로 다양한 중공식 교각이 개발되고 있다. 이러한 중공식 교각은 단면 형상에 따라 사각단면, 원형단면 등으로 나눌 수 있으며, 제작 기술에 따라 중공 RC 교각, 중공 CFT 교각 등으로 세분화할 수 있다. 현재까지는 중공 사각형 RC 교각이 고교각 건설에 주로 이용되고 있는 실정이다. 중공 교각을 사용하는 주된 이유는 사용 재료의 절감을 통한 경제성 확보 및 같은 양의 재료로 유리한 단면상수를 가진 교각 단면을 만들 수 있으며, 교각의 중공부에 의한 교각의 자중을 감소로 인하여, 교각의 질량이 줄어듦으로써, 지진 하중에 대한 응답을 줄일 수 있기 때문이다. 이에 본 연구에서는 중공식 기둥의 한 종류로 선행 연구자들에 의해 개발된 내부 구속 중공 CFT 기둥을 교량의 하부 구조로 적용하여, 응답스펙트럼해석을 이용한 교각의 내진 성능을 평가를 수행하였다. 본 연구에서의 매개변수는 내부 구속 중공 CFT교각의 중공비이다. 기존 중실교각대비 질량저감 효과를 고려하기 위하여, 중공비는 0.7, 0.8, 0.9를 각각 선정하여, 중공비에 따른 단면을 설계하였다. 축강도 기준, 모멘트 성능 기준, 경제성 기준, 동일단면의 설계를 통하여, 교각의 중공비에 따른 내진 응답을 산출하였으며, 중실기둥대비 성능향상 효과를 도출하였다.

원형 강합성 중공 철근 콘크리트 기둥은 중공 철근 콘크리트 기둥의 내부에 튜브를 보강하여 코어 콘크리트를 3축 구속 상태를 만들어 주어 강도, 강성, 연성도를 향상 시킨 매우 성능이 우수한 기둥이다. 본 기둥을 교량의 하부구조에 적용하기 위해서는 횡방향 철근량 및 종방향 철근량의 기준을 제시하는 것이 필요하다. 교각에서는 횡방향 하중에 저항하기 위하여 소성힌지 부분에 심부 구속 횡방향 철근을 배근하여 구속 효과를 증대시키고 있다. 이것은 심부 구속 횡방향 철근 배근을 통하여 교각에 필요한 강성 및 연성을 확보하여 내진성능을 향상 시킨다. 철근 콘크리트 기둥의 심부 구속 횡방향 철근량을 산정하는 방법은 국내의 도로교 설계 기준과 국외의 대다수 설계 기준이 동일하다. 이 설계식을 원형 강합성 중공 철근 콘크리트 기둥에 적용하기에는 그 구성 요소가 상이하고 거동 특성이 다르기 때문에 새로운 방법이 적용되어야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 현행 기준을 적용하였을 때를 분석하였고 이때에 연성도에 영향을 미치는 인자를 도출한 후 이를 이용하여 합리적인 수정식을 제안하였다.

근래에 들어 공기단축 및 녹색 성장에 대응하기 위한 교량 건설 기술이 다양하게 개발되고 있다. 교량 건설 공기의 약 50%를 차지하는 교각의 경우, 모듈화를 통한 시공 방법의 개선은 공기 단축을 통한 녹색성장의 주요한 원동력으로 평가 될 수 있다. 교각의 조립에서 기초와 기둥 연결부 및 기둥과 기둥의 연결부는 여러 차례 수행⋅검증되었으나, 코핑과 기둥부분의 경우에는 조립 성능검증이 부족하여 이에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 조립식 기둥과 코핑 접합부의 축소 모델을 제작하여 접합방법에 따른 성능검증 실험을 수행하였다. 기존의 조립식 교각 타설방법인 현장타설방법(원덕희,2012)과 비교하기 위하여 현장타설 시험체 3개, 직경이 동일한 철근(Deformed bar, Headed bar, Circle bar) 및 Sub Tube의 종류(파형이 작은 쉬스관, PVC 재질의 파형관, Flat Hole), 그리고 Sub Tube의 직경(100mm, 80mm, 65mm)을 변수로 하여 27개의 시험체를 제작, 조립부분의 접합성능을 보기위해 하중의 방향이 바뀌는 양진 반복하중을 재하하여 상세거동 및 균열특성을 분석하였다. 실험 결과, 쉬스관에 비하여 파형이 큰 PVC 재질의 파형관 시험체(CP 모델) 가 가장 우수한 성능을 나타냈고, 철근 튜브 직경 비 40%의 모델(Sub Tube 직경 80mm)이 가장 우수한 성능을 보였다. 그리고 Headed bar의 성능이 Deformed bar에 비해 우수할 것으로 예측하였으나, Sub tube 내의 Headed bar와 Deformed bar의 인장·압축 강도의 차이가 없음을 확인 할 수 있었다.

GRP(Glass Reinforced Plastic) 파이프는 GRP 재료 자체의 고강도, 고내구성으로 인해, 구조용 원형강관을 대체할 수 있을 만큼 그 적용성이 넓을 것으로 판단된다. 특히, 주철관, 콘크리트관로를 대체할 상하수도관로로써 뿐 아니라 ICH-CFT기둥, 풍력타워 등의 고내구성과 고강도가 필요한 구조분야에서 새로운 대체 구조로서 주목받고 있다. 하지만, GRP 파이프는 고강도의 박판구조로 제작된 연성관으로써 압축력이 지배 인자로 작용하는 구조물이기 때문에 좌굴 문제가 중요한 요소이다. 국내에서 고안된 GRP 파이프의 강성을 향상시키는 대표적인 방법으로는 각형 rib로 보강하는 방법, 파형으로 제작하는 방법, Mesh로 보강하는 방법 등이 있으며, 이에 대한 실험적 해석적인 연구가 수행되어 왔다. 이들 중 한택희 등(2007)에 의해 연구되어진 각형 리브로 보강된 GRP 파이프는 그 적용성이 넓어 상하수도 파이프뿐 아니라, ICH-CFT기둥의 내부 튜브 등으로의 적용이 가능하다. 한편, GRP 파이프는 원통형 몰드에 유리장섬유를 원주방향, 길이방향으로 배치하여 각각 필라멘트 와인딩하여 적층하는 방법으로 제작된다. 이러한 제작방법으로 한택희 등(2007)에 의해 연구되어진 각형 리브로 보강된 GRP 파이프를 실제로 제작하였을 때는, 반복적인 필라멘트 와인딩으로 인해 각형보다는 곡선을 이루는 외부 파형의 형태로 만들어지며, 각형 리브와 비교하였을 때, 리브와 파이프 연결 부분에서 응력집중 등의 영향이 서로 상이하여 구조적인 거동이 다를 수 있을 것이라 판단된다. 본 연구에서는 각형 리브에 비해 제작이 쉬운 외부파형 리브로 보강된 GRP 파이프의 탄성 좌굴거동분석을 위한 매개변수연구에 초점을 맞추었다. 매개변수로는 직경에 대한 외부 파형 리브의 높이비(h/D), 폭비(w/D), 배치 간격비(s/D)를 두어, 각 변수에 의한 좌굴강도의 증가를 한택희 등(2007)에 의해 연구된 각형 리브로 보강된 좌굴강도와 비교하여 분석하였다. 또한, 기존에 제안된 외압을 받는 리브로 보강된 GRP파이프의 좌굴강도식을 보완한 새로운 좌굴 강도식을 제시하기 위한 기초자료를 제공하고자 한다.

최근 건설 기술 발달에 따라 공기 단축을 위하여 세그먼트를 공장 제작하고 현장에서 용접 또는 볼팅 등의 방법으로 접합을 하는 시공이 이루어지고 있으며, 확대되고 있는 추세이다. 이때 강과 콘크리트로 구성된 합성부재의 용접시, 용접열이 약 20,000℃, 용접부 주변 온도가 1,300℃ 이상이 될 정도로 높은 온도가 생성 된다. 이때 높은 온도로 인하여 용접부와 맞닿아 있는 콘크리트의 강도 감소가 발생하며, 경우에 따라서 국부적으로 강도감소가 매우 큰 곳도 존재하게 되어 구조물 거동에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 이를 방지하기 위해 강재와 콘크리트 사이에 보강재를 삽입하여 용접열에 의한 콘크리트의 강도 감소를 방지하는 방법을 제시하였다.