동적 불안정 좌굴현상에 관한 연구는 다소 발표되고 있으나, 주기성을 가진 하중하에서의 동적 좌굴을 다룬 연구는 그리 많지 않은 편이다. 주기성을 가진 하중하에서의 거동은 STEP 하중하에서의 거동과는 매우 다르리라 예상된다. 본 논문에서는 동적 불안정의 기본 메커니즘을 파악하기 위하여 양단 핀으로 고정된 정현형 아치가 정현형 조화하중을 받았을 때의 얕은 아치를 대상으로 한다. 얕은 아치의 동적 간접 좌굴 메커니즘을 파악하기 위하여 STEP 하중뿐만 아니라 정현형 조화하중일 때를 대상으로 한다. 동적 비선형 응답 특성을 알기 위하여 수치적분에 의해 기하학적 비선형 운동방정식을 유도한다. 여기서 얻어진 비선형 변위 응답으로 FFT(Fast Fourier Transform)에 의한 연속 응답 스펙트럼을 구해 동적 불안정 특성에 관해서 분석한다.

동적 불안정 좌굴현상에 관한 연구는 다소 발표되고 있으나, 주기성을 가진 하중하에서의 동적 좌굴을 다룬 연구는 그리 많지 않은 편이다. 주기성을 가진 하중하에서의 거동은 STEP 하중하에서의 거동과는 다르리라 예상된다. 본 논문에서는 동적 불안정의 기본 메커니즘을 파악하기 위하여 양단 핀으로 고정된 정현형 아치가 정현형 조화하중을 받았을 때의 얕은 아치를 대상으로 한다. Newmark- 법에 의한 수치적분을 이용하여 비선형 운동 방정식의 변위 응답을 구하고, 얻어진 비선형 변위 응답으로 FFT(Fast Fourier Transform)에 의한 연속 응답 스펙트럼을 구해 동적 불안정 특성에 관해서 분석한다.

평면 아치 구조물에 대해 선형 탄성 변분방정식에 기반을 둔 설계민감도 해석을 위한 일반적 이론을 개발하였다. 아치 구조물내의 임의 마디에 정의된 응력범함수를 고려하였고 이에 대한 설계민감도 공식을 유도하기 위해 전미분(material derivative) 개념과 보조(adjoint) 변수 방법을 도입하였다. 얻어진 민감도 공식은 구조해석 결과를 얻고 나면 이들로부터 단순 대수연산을 통해 계산이 되므로 적용이 간편할 뿐 아니라 해의 정확도가 높은 잇점이 있다. 본 방법은 아치의 형상을 매개변수를 통해 표현하므로 얕은 아치에 국한하지 않고 어떠한 형상도 고려가 가능하며, 나아가서 아치의 형상변화를 형상에 대해 수직뿐 아니라 접선방향도 포함하여 일반적으로 고려하므로 다양한 형상설계가 가능하다. 몇 가지 예제에서 민감도 계산을 수행함으로써 본 방법의 정확도와 효율성을 입증하였으며, 두 가지의 설계최적화 문제를 대상으로 실제로 두께 및 형상최적설계를 수행하였다.

보 및 아치형 구조물은 2차원 탄성체이지만 두께가 상대적으로 매우 얇다는 특성 때문에 Kirchhoff이나 Reissner-Mindlin이론과 같이 변위장의 두께방향 변위를 선형함수로 근사화시켜왔다. 그 결과 2차원 문제가 물체의 중립면에서 표현되는 1차원 문제로 차원이 감소되어 이론적 해석이 간편해 진다. 그러나 경계에서와 같이 두께방향 변위가 복잡한 영역의 거동을 보다 정확히 해석하기 위해서는 2차원 선형 탄성이론이나 두께방향 다항식의 차수가 상당히 높아야 한다. 본 논문은 두께방향 다항식의 차수변화에 따른 해석정도 경향 및 여러 다른 차수를 한 문제 영역에 혼합하는 모델조합에 대한 내용을 제시한다.

Large span roof structures require an analysis of their static and dynamic behavior depending on the physical parameters defining the structures. Therefore, it is highly desirable to estimate the parameters from observations of the system. However, the study of the behavior of such structures shows the existence of critical parameters. A small change in such parameters causes a significant change in the motion behavior. In this paper we study the parameter identification problem for shallow sinusoidal arches considering damping effect.

본 연구에서는 국내에서 국가 건설기반 시설물로 이용되는 지하차도를 소형의 프리캐스트 박스구조물을 개량하여 대단면을 가지면서 개착식 터널과 같은 공법에 적용하기 위해 아치형 단면을 이용하여 암거 및 지하차도를 개발함에 그 목적을 두고있다. 본 연구를 위해 3힌지 프리캐스트 아치 구조시험체를 제작하였으며, 콘크리트의 내구성 증진을 위해 고로슬래그 미분말을 50%적용하여 실험을 실시하였다. 실험결과 아치부 압축력으로 균열발생하중이 높은 것으로 나타났으며, 하중-처짐 결과 높은 하중에 따른 복원력이 우수하였으며, 우수한 연성거동을 확보하였다. 하중 800kN에서 다수의 균열이 발생 되었으며, 사용하중 DB-24의 바퀴하중에 해당되는 약 226.4kN에서 균열폭이 0.32mm발생되었다. 본 연구에서는 프리캐스트 콘크리트 3힌지 아치형 구조물을 제작하여 이에 대한 휨 실험을 통하여 아치단면의 우수성을 고찰하고자하였으며, 실험결과 높은 토피고에 대해 적용할 수 있는 아치형 구조물의 상부 아치단면이 가지는 특성으로 그 영향이 높은 것으로 생각되며, 아치형상의 프리캐스트로 제작하여 설치하면 상재 토압에 대한 내력이 우수하여 기존 사각형상의 현장 타설 공법에 비해 경제적인 단면 설계가 가능, 또한 운송/조립/설치가 빠름으로써 공사기간을 대폭 단축할 수 있는 장점을 가지고 있다.