본 연구는 철골 모멘트 골조의 이력거동을 잘 나타내는 강도한계 이선형 단자유도 시스템에 대하여 지반조건, 후탄성 기울기, 감쇠비, 항복강도 저감계수, 고유주기 등의 변화가 비탄성변위비에 미치는 영향을 분석하였다. NEHRP의 기준에 따라 B(보통암지반), C(매우 조밀한 토사지반), D(단단한 토사지반)의 지반조건에 해당하는 총 240개의 지진 가속도에 대하여 비선형 시간이력 해석을 수행하였다. 본 연구에서는 비탄성 거동 하에서 P-\Delta 효과를 반영할 수 있도록 음강성비를 -0.1 에서 -0.5까지 고려하였다. 비선형 회귀분석을 통하여 감쇠비 2%, 5%, 10%, 20%에 대한 강도한계 이선형 모델의 비탄성 변위비와 로그표준편차식을 제안하였다.

실제 구조요소나 구조시스템의 비선형응답은 단순화된 형태의 분할선형 이력모델 보다는 완만한 곡선이력모델로 나타내는 것이 보다 정확하다. 본 논문에서는 완만한 곡선이력거동을 적용한 일정연성도 비탄성 응답스펙트럼을 작성하는 방법을 제시하였다. 가속도, 변위 및 입력에너지에 대한 비탄성 응답스펙트럼에 대한 곡선형이력거동의 완만한 정도의 영향을 평가하였다. 해석결과로부터 곡선형이력거동의 완만도가 증가할수록 비탄성 응답스펙트럼은 감소하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다.

본 논문은 Total Lagrangian(TL)과 Updated Lagrangian(UL)을 사용하여 구조물 하부에 케이블을 연결하고, 그 케이블에 인장력을 가하여 구조물의 처짐을 제어하는 언더텐션 시스템에 있어서 케이블의 인장력에 따른 구조물의 처짐 거동의 변화와 각 부재력을 비교함으로서 언더텐션 시스템의 효율성을 검증하는데 있다. 일반적인 빔과 거더로 이루어진 구조와는 달리 언더텐션 시스템에서는 상부에서는 하중을 하부 케이블의 인장력을 이용하여 그 하중을 양 단부로 전달하게 된다. 언더텐션 시스템은 스트럿의 개수와 길이, 케이블의 초기 인장력의 크기에 따라서 그 효과가 다르게 나타날 수 있다. 또한 케이블이 설치된 장스팬 구조의 경우, 그 거동에 있어서 비선형성적 거동이 크게 나타나게 된다. 따라서 본 논문에서는 선형과 비선형해석 결과를 비교함으로써 비선형해석의 필요성에 대하여 논의하고자 한다.

안전하고 경제적인 내진설계를 위해서는 설계 초기단계부터 모멘트재분배와 부재소성변형을 고려하는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 할선강성해석을 사용하여 각 부재의 재분배된 모멘트와 소성변형을 직접적으로 고려할 수 있는 내진설계방법을 개발하였다. 모멘트재분배에 의하여 발생된 비대칭 부재강성을 나타내기 위하여, 비강접 단부접합부를 갖는 보-기둥요소(NREC요소)를 사용하여 구조물을 모델링하였다. NREC요소에 사용되는 할선강성은 건물 및 부재의 요구연성도에 기반하여 결정하였다. 할선강성 구조모델에 대한 선형해석을 수행하여 내진설계를 위한 부재력과 소성변형을 구하였다. 본 연구에서는 할선강성해석을 모멘트골조와 이중골조의 내진설계에 적용하였고, 설계결과를 정밀한 비선형해석 결과와 비교하였다.

최근 들어 구조물의 내진성능평가법으로서 간편법인 역량스펙트럼법이 건축물을 비롯한 교량분야에도 활용되고 있다. 현재까지의 연구는 대부분 대칭성을 갖는 정형화된 형상의 교량을 대상으로 하는 연구가 진행되어 왔다. 이 논문에서는 역량스펙트럼법을 비정형 곡선교에 적용시켰을 때의 실용성을 검토하였다. 이를 위해 3경간 연속 곡선교의 비탄성 내진성능을 역량스펙트럼법과 시간이력해석법으로 평가하였다. 곡선교의 응답은 단순 3경간 대칭형 직선교의 응답과 비교하고, 곡선교의 원호각의 정도에 따른 비탄성변위응답의 변화를 분석하였다. 역량스펙트럼법에 의한 평가결과는 비선형 시간이력해석법에 의한 결과와 비교하였다. 입력운동으로 사용한 지반 운동은 실제 기록 지진 중에서 선별된 El Centro지진과 Kobe지진이다. 해석결과, 역량스펙트럼법이 시간이력해석방법에 비하여 대체적으로 변위응답을 크게 산출하고 있는 것으로 확인되었다. 역량스펙트럼법에 의한 해석결과로 얻어진 직선교에 대한 변위 응답 값은 시간이력해석결과와 대체적으로 일치하고 있다. 하지만 곡선교의 원호각이 커질수록 교각의 비탄성 변위는 직선교의 비탄성 변위와 비교하였을 때 그 차이가 증가되는 것으로 확인되었다.

본 논문은 로터 시스템의 디스크 회전운동을 표현하는데 있어 운동방정식을 통합하는 과정에서 기존 연구자들이 채택한 오일러 각 사용법이 일관성이 없음을 지적하였다. 기존 연구자들은 오일러 각 순서가 달라서 속도와 운동에너지도 달리 산정하였음은 물론, 운동방정식은 오직 선형 시스템만 취급해 왔다 이러한 오일러 각 사용법의 단점을 극복하기 위하여 회전운동을 더욱 단순하게 매개화할 수 있는 4원법(quaternion)과 구 좌표계를 적용하여 비선형 시스템을 도출하였다. 이를 바탕으로 수치해석을 통하여 기존 방법과 비교하여 제안한 방법의 신뢰성과 우수성을 보였다.

대공간 구조는 형태저항구조로서, 기둥-보로 구성되는 일반적인 건축골조구조가 설계외력에 대해 휨 및 전단으로 저항되는 것에 반해, 구조물의 내부에 기둥이 없는 공간을 내포하는 대공간 구조는 축력 및 면내 단면력에 의해 저항되는 경우가 대부분이다. 이러한 특성상 공간구조에는 일반적으로 장스팬이 사용되는 경우가 많으며, 그 결과 일반적인 골조와는 달리, 부재에 발생하는 변형도가 작은 경우에도 큰 변형이 발생하는, 즉 대변형 혹은 유한변형을 동반하게 된다. 일반적으로 수치해석에 있어 비선형 해석이란 기하학적 비선형 및 재료적 비선형, 또는 이 두 가지를 동시에 고려한 복합 비선형 해석을 들 수가 있다. 본 논문에서는 유한요소법으로 기하학적 비선형을 고려한 비선형 평형방정식을 적용하고, 부재의 응력-변형률 관계를 이용하여 재료적 비선형성도 함께 고려하였다. 사용된 수치해석 기법은 불안정 경로의 해를 찾아갈 수 있는 호장법을 적용하여 하중-변위 곡선을 추적하였다. 또한, 해석 결과는 범용 유한요소 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 비교 검토하였다. 본 연구의 수치 해석결과 제시한 평면 및 공간 트러스의 비탄성 비선형 거동을 정확하고 효율적으로 예측 가능한 것으로 나타났다.

최근 새로운 지진하중 저항시스템으로 셀프센터링(SCED) 가새 시스템이 개발되었다. 진보된 가새 시스템인 비좌굴 가새(BRB) 시스템과는 달리 큰 지진이 발생한 후 구조물의 잔류 변형을 줄이거나 없앨 수 있는 셀프센터링 능력은 SCED 가새 시스템의 장점이다. 본 논문에서는 SCED 가새와 BRB 가새 시스템의 거동에 비틀림의 영향을 조사하기 위하여 세 가지 다른 편심을 가진 3차원 구조물의 응답을 비선형 동적해석을 수행하여 비교하였다. 해석결과에 따르면 층간변위의 높이방향의 변화는 비정형성에 관계없이 SCED 가새골조의 응답이 BRB 가새골조보다 일정하였으며, 잔류 층간변위와 잔류 회전 응답은 비정형성이 증가함에 따라 감소하였다. 중층 구조물에서 SCED 가새골조의 변형집중계수(DCF)는 BRB 가새골조보다 작은 것으로 나타났다. 이것은 SCED 가새골조가 건물 높이에 따라 보다 일정하게 변형함을 의미한다. DCF의 크기에 대한 비틀림 비정형의 효과는 작았다.

본 연구는 2차원 및 3차원 동적 탄소성 응력 해석을 위한 특수 적분해 경계요소법의 공식 개발을 제시한다 정적 탄성에 대한 기본식이 일반해를 구하는데 이용되었으며, 전체형상함수 개념을 이용하여, 변위율과 traction rate의 특수 적분해를 구함으로써 지배 방정식의 가속도 부분을 근사화시켰다. 시간 적분을 위하여 Houbolt 시적분 방법을 이용하였으며, Newton-Raphson 알고리즘을 이용하여 수치 연산을 행하였다. 제시된 공식에 따른 예제 해석을 통하여 그 방법의 유효성과 정확성을 설명하였다.

본 연구에서는 중고층 건물과 같이 고차모드의 영향이 커지는 구조물의 지진에 대한 성능점을 간략하고 정확하게 구할 수 있는 개선된 능력스펙트럼법을 제안한다. 능력스펙트럼법은 주어진 지진의 응답스펙트럼과 다자유도 구조물을 변환한 등가 단자유도 시스템을 이용하여 지진으로 인하여 발생하는 지붕층의 최대 비탄성변위를 간략하게 구하는 방법이다. 제안된 방법에서는 구조물의 탄성 및 비탄성 동적해석을 수행하지 않고, 기존의 능력스펙트럼법에서 요구되는 정적푸쉬오버해석과 탄성변위를 이용하여 비탄성변위를 예측하는데, 기존 연구에서 개발한 C_R을 이용한다. 본 연구는 제안한 방법의 정확도를 평가하기 위해 LA 지역의 3, 9, 20층 철골모멘트저항골조를 선택한다. 이 건물들의 지진에 대한 각 층별 최대 층간변위비를 개발한 CSM으로 구하고, 이를 비선형 응답이력해석(NL-RHA)으로 구한 결과와 비교하였다. 사용한 지진은 재현주기 475년과 2475년의 위험수준에 대한 각각 20개의 지진집단들이다. 또한 본 연구에서는 ATC-40에 제시된 CSM 방법과 N2 방법으로 구한 각 건물의 최대 층간변위비도 비교한다. 개발된 CSM은 기존에 개발된 방법에 비하여 보다 정확한 최대 층간변위비를 예측하는 것으로 나타났다.

대공간 구조물은 3차원적인 힘의 흐름과 면내력에 의해 외부하중에 대한 저항 능력을 극대화 시킨 형태 저항 구조로서, 일반적인 골조와는 달리 부재에 대한 유한 변형을 동반 하므로 정적, 동적 해석에 관계없이 비선형 해석이 요구 된다. 대공간 구조물의 정확한 구조 해석을 수행하기 위해서는 기하학적 비선형 및 재료적 비선형 뿐 아니라 두 효과를 함께 고려한 비선형 해석이 필요하다. 기하학적 비선형 문제가 구조재료의 특성 및 위치에 따른 비선형을 고려하지 못하고, 구조재료의 비선형 문제가 기하학적 형상에 따른 비선형을 고려하지 못한다는 상호간의 단점을 해결하기 위하여, 본 논문에서는 유한요소법으로 기하학적 비선형을 고려한 비선형 평형방정식을 적용하고, 부재의 응력-변형률 관계를 이용하여 재료적 비선형성도 함께 고려하였다. 사용된 수치해석 기법은 불안정 경로의 해를 찾아갈 수 있는 호장법을 적용하여 하중-변위 곡선을 추적하였다. 본 연구의 수치 해석결과 제시한 평면 트러스의 비탄성 비선형 거동을 정확하고 효율적으로 예측 가능한 것으로 나타났다.

NEHRP 지반조건 B,C,D에서 이선형 단자유도 감쇠시스템의 지반조건, 후탄성기울기, 감쇠비, 항복강도 감소계수, 고유 주기 등의 변화가 비탄성변위비에 미치는 영향을 조사하였다. 기존의 제안식은 변위일정 법칙을 따라 일정주기 이상에서 비탄성 변위비를 과대평가하게 된다. 또한 기존식은 5%이상의 감쇠비에 대하여만 제안되었다. 본 연구는 후탄성기울기, 감쇠비 20% 이하의 이선형 시스템의 비탄성 변위비의 평균과 편차를 제안하였고 범용적으로 사용할 수 있음을 보였다. 제안식을 사용하여 비탄성 변위비의 확률적 분포를 계산하여 구조물의 성능기반설계에 이용할 수 있다.

본 논문에서는 철근콘크리트 모멘트 골조의 보-기둥 접합부에 대한 비탄성 회전 능력의 성능을 조사한 연구 결과를 하고 있다. 총 91개의 보-기둥 접합부 실험체에 대해 상세히 조사되었으며, 그 중 28개의 실험체는 ACI 318-02의 상세 요구에 기초하여 특수 모멘트 골조 접합부로서 분류되었다. AISC-97 내진 기준에서 철골 모멘트 골조 접합부를 위해 정의된 허용기준이 분류된 철근콘크리트 모멘트 골조의 접합부에 대해 평가하기 위해서 사용되었다. 특수 모멘트 골조 접합부에 대한 설계 상세를 만족하는 28개의 실험체 중 27개의 특수 모멘트 골조 접합부가 충분한 강도를 가지고 있었으며, 급격한 강도 감소 없이 0.03 rad.의 소성 회전에 대해 연성 거동을 발휘할 수 있음을 보여 주었다. 접합부의 전단 강도, 기둥과 보에 대한 휨 강도 비율, 접합부내에서의 횡방향 철근비 등에 대한 제한이 보-기둥 접합부의 만족스런 내진 성능을 보여주는데 중요한 역할을 하였다.

세가지 형태의 고층 비정형 철근콘크리트 건물에 대해 OpenSees를 이용하여 비선형정적해석을 수행한 후, 해석결과와 진동대 실험결과를 비교하여 해석방법에 대한 검증을 수행하고, 해석결과 나타난 비정형 건물의 성능과 하부 필로티부분의 파괴양상을 분석하였다. 선정된 모델은 필로티층이 골조로만 이루어진 모델 (모델 1), 필로티층 내부중앙골조에 벽체가 있는 모델 (모델 2), 그리고, 필로티층의 한쪽 골조에 벽체가 있는 모델 (모델 3)이다. 철근과 콘크리트의 응력-변형률 관계를 섬유모델에 이식하여 비선형부분의 거동을 묘사하고, 벽체도 비선형모델을 이식한 트러스로 이루어진 MVLEM을 적용하였다. 그 결과 축력이 작용함에 따른 기둥의 전단강성변화, 벽체의 들뜸현상 등과 같이 진동대 실험에서 나타난 거동특성을 비교적 정확하게 묘사하였다. 초과강도 측면에서 하부골조에 벽체를 포함하고 있는 모델 2와 모델 3은 모델 1보다 2배 가까이 크다. 이와 같이 모델 2와 모델 3의 초과강도와 연성이 큰 이유는 모델 2와 모델 3의 경우 모델 1로 설계된 골조에 벽체가 낀 벽의 형태로 설계되었기 때문으로 보인다. 그리고, 연성의 측면에서 모델 1과 모델 3은 모델 2의 보다 1.17배 큰 것으로 나타났다. 모델 1과 모델 3의 경우 골조부분에 과도한 모멘트가 작용하여 파괴에 이른 반면, 모델 2는 하부전단벽의 전단파괴에 의해 파괴되었으며, 모델 1과 모델 3에 비하여 크게 작용한 전도모멘트로 인해 기둥에 작용하는 축력의 변화가 크게 발생하였다.

본 연구에서는 지진하중을 받는 탄성 및 비탄성 구조물에 대하여 수동 및 준능동 TMD의 지진응답제어성능을 평가하였다. 먼저 기존의 연구에서 제안된 식을 사용하여 최적 설계된 수동형 TMD와 본 연구에서 제시된 준능동 TMB가 설치된 탄성 구조물의 변위스펙트럼을 구하였으며, 준능동 TMD가 TMD보다 작은 스트로크를 가지고도 최대변위응답제어에 있어 우수함을 확인하였다. 또한 구조물의 주기와 TMD의 주기가 일치하지 않은 경우의 성능저하에 대한 TMD의 강인성을 평가하였다. 최종적으로 Bouc-Wen 모델을 사용하여 모사된 비탄성이력 특성을 가지는 구조물에 대한 수치해석을 수행하였으며, 이를 통해 탄성구조물에 대하여 최적화된 수동형 TMD의 성능은 구조물 응답의 비탄성이력 부분이 증가함에 따라 크게 저하되는 반면 준능동 TMD는 수동형 TMD보다 약 15-40% 정도의 더 많은 응답감소효과를 가짐을 확인하였다.

본 논문에서는 단면상의 화이버 요소를 사용하여 3차원 강구조물의 점진적인 소성화를 고려하는 실용적인 비선형 비탄성 해석방법을 개발하였다. 부재의 , 등의 기하비선형은 안정함수로 고려하였다. 잔류응력은 단면상에 있는 화이버 요소에 초기응력을 가하여 고려하였다. 각 하중 단계에서 탄성상태인 단면을 계산하여 축강성과 휨강성을 직접 결정함으로서 점진적인 소성화를 고려하였다. 각 화이버 요소의 응력 변화를 계산하여 변형률 반전효과를 고려하였다. 제안된 해석 방법은 3차원 강구조물의 실용적인 해석 및 설계에 유용하게 사용될 것이라 판단한다.

이 연구의 목적은 변동 축하중을 받는 중공 철근콘크리트 교각의 비탄성 거동을 파악하는데 있다. 변동 축하중은 연성도, 강도, 강성, 에너지 소산 등에 큰 영향을 미친다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이 연구에서는 변동 축하중을 받는 중공 철근콘크리트 교각의 비탄성 거동의 파악을 위해 제안한 해석기법을 신뢰성 있는 연구자의 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

이 연구의 목적은 고강도 철근콘크리트 교각의 비탄성 거동을 파악하는데 있다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 PCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열모델로서는 분산 균열모델을 사용하였다. 횡방향 구속철근으로 구속된 고강도 콘크리트의 강도 증가 효과를 고려하였다. 이 연구에서는 고강도 철근콘크리트 교각의 비탄성 거동의 파악을 위해 제안한 해석기법을 신뢰성 있는 연구자의 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

이 연구의 목적은 비탄성 유한요소해석을 이용하여 철근콘크리트 교각의 내진성능을 평가하는데 있다. 정확하고 올바른 성능평가를 위하여 신뢰성 있는 비선형 유한요소해석 프로그램을 사용하였다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 손상지수는 지진하중하의 철근콘크리트 교각의 손상을 수치적으로 정량화하는 방법으로서 제안되었다. 이 연구에서는 철근콘크리트 교각의 내진성능평가를 위해 제안한 해석기법을 신뢰성 있는 연구자의 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

이 연구의 목적은 조립식 프리스트레스트 콘크리트 교각의 비탄성 거동을 파악하는데 있다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 사용된 비부착 텐던요소는 유한요소법에 근거하며 프리스트레스트 콘크리트 부재의 콘크리트와 텐던의 상호작용을 구현할 수 있다. 개발된 접합요소는 세그먼트 접합부의 비탄성거동을 예측할 수 있다. 이 연구에서는 조립식 프리스트레스트 콘크리트 교각의 비탄성 거동의 파악을 위해 제안한 해석기법을 신뢰성 있는 연구자의 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.