목적: 본 연구에서는 양극산화방법을 이용하여 착색된 티타늄 안경테의 산화막 두께에 따른 색상을 광 반사 스펙트럼을 통해서 규명하고자 한다. 방법: 양극산화 방법 제조 장치를 자체 제작하여 사용하였다. 연구에 사용한 티타늄 안경테원재료 조성은 EDS로 측정하였고, 구조분석은 XRD를 사용하여 X선 회절선으로부터 구하였다. 광 반사 측정은 UV-VIS-NIR spectrophotometer에 부착된 적분구를 사용했다. 결과 및 고찰: 조성 분석한 결과는 티타늄(Ti)이 97.09%와 탄소(C)2.91%로 합성된 합금으로 해석되었고, 구조는 Hexagonal이었다. 티타늄 안경테 재료에 인가 시간을 조정하여 산화막(TiO2) 두께를 변화시킴으로서 다양한 색상을 얻을 수 있었다. 광 반사 스펙트럼을 측정해 보면 양극산화 방법으로 착색한 티타늄 안경테는 양극산화 초기단계에서는 청색영역의 파장에서 하나의 넓은(broad)피크를 갖는 광 반사 스펙트럼이 관측되었고, 양극산화 시간이 진행되어 두께가 두꺼워 질수록 붉은색 영역에서 광 반사가 크게 일어나고, 피크도 분리되는 것을 알 수 있다. 결론: 티타늄 안경테의 색상은 양극산화에 의해 형성된 산화막의 굴절률과 두께에 의존한 광의 간섭효과에 의해서 변화는 것을 알 수 있다.

가새 골조는 내진 시스템으로 자주 사용되고 역V형 가새 골조 역시 종종 사용된다. 최근 연구는 가새 골조의 지진 성능은 지진 변형 요구의 직접적 고려를 통한 가새 골조 거싯 플레이트 연결부의 설계와 선택된 성능 레벨에 거싯 플레이트의 항복을 허용함으로써 개선될 수 있다고 지적한다. 역V형 가새 골조의 지진 성능에 대한 거싯 플레이트와 골조 부재의 영향을 조사하고 개선된 디자인 모델을 개발하기 위해 유한요소 모델을 이용한 매개변수 연구를 수행했다. 골조 크기, 간극 거리, 거싯 플레이트 두께와 테이퍼 플레이트를 포함한 골조 디테일의 영향에 대해 조사했다. 그 결과 연결부의 적절한 디테일은 골조 성능의 개선에 크게 기여할 수 있다는 결론을 얻었다. 특히 거싯 플레이트 두께는 골조 성능에 커다란 영향을 미친다는 결론을 얻었다.

안전한 내진설계를 위해서는 각 부재에 요구되는 소성변형 요구량을 정확히 예측하여야 한다. 본 연구에서는 등가정적내진설계에 쉽게 활용할 수 있도록, 복잡한 비선형해석 없이 탄성해석을 사용하여 모멘트골조 부재의 소성변형을 평가하는 방법을 개발하였다. 각 부재의 소성변형은 부재 강성과 탄성해석 결과로부터 직접 결정되는 층간변위비 요구량 및 모멘트 재분배 등의 설계 변수로부터 결정된다. 제안된 방법을 8층 2경간의 모멘트골조에 적용하고, 비선형해석을 통하여 제안된 방법의 정확성을 검증하였다. 검증결과, 제안된 방법은 비선형거동에 의한 층간변위비 요구량과 각 부재의 소성변형 요구량을 정확히 평가하였다. 제안된 방법은 부재연성설계와 같은 신축건물의 내진설계에 활용할 수 있을 뿐만 아니라 기존건물의 내진성능평가에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

지진피해를 입은 건물의 주된 관심사는 건물에 남아 있는 내진성능 및 여진에 대한 안전성을 판단하는데 있다. 따라서 지진피해를 입은 지역 사회의 조속한 복귀를 위해서는 건물의 잔존내진성능 평가방법을 확립해 두는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 무보강 조적채움벽체를 갖는 RC 건물의 잔존내진성능 평가방법 개발을 주목적으로, 전형적인 학교건물을 대상으로 축력레벨을 변수로 한 실스케일, 단층 1스팬 실험체를 제작하여 정적 반복가력실험을 실시하였다. 실험 중 잔존내진성능을 판정하는데 유용한 정보 중 하나인 잔류균열폭을 상세히 측정하였다. 본 논문에서는 잔류균열폭과 잔존내진성능과의 관계에 대해서 실험적, 해석적으로 검토하고 잔존내 진성능 평가를 위한 각 손상도 레벨에 대응하는 내진성능 저감계수를 제안한다.

구조물의 응답에 대한 잔류변위의 영향을 평가하기 위하여, 초기 잔류변형이 있는 상태에서 작용하는 설계지진에 대한 좌굴방지 가새골조(BRBF)와 특수 모멘트골조(SMRF)의 응답을 평가하였다. 초기 잔류변형은 구조물에 두 가지 방법으로 적용하였다. 첫 번째 방법은 첫 지진에 대하여 구조물이 정지 상태에 도달한 이후 같은 크기의 지진을 적용하는 것이다. 두 번째 방법은 소요 잔류층간 변형이 발생할 때까지 일방향으로 가력한 다음 지진하중을 적용하였다. 해석결과에 따르면 초기 잔류층간변위는 BRBF와 SMRF의 응답에 큰 영향을 주었다. SMRF 시스템보다 BRBF의 응답이 초기 잔류변형에 크게 의존하였다. 그러므로 지진발생 이후 보수비용을 최소화하기 위하여 잔류층간변위를 줄이는 것이 필요하다.

본 연구의 목적은 과학자의 가설-연역적 탐구과정에서 가설설정단계, 실험설계단계, 결과해석단계에서 귀추적 추론이 나타나는지를 확인하고, 각각의 단계에서의 귀추적 추론과정을 분석하기 위한 분석틀을 제안하는 데 목적이 있다. 이를 위해, 8명의 과학자들과의 심층면담을 통해 얻은 프로토콜을, 기존 문헌에서 추출한 귀추적 추론과정의 하위요소로 분석해 보았다. 그 결과, 과학자의 귀추적 추론이 세 단계 모두에서 나타나고 있어 기존요소에 의한 분석틀을 벗어난 새로운 분석틀이 요구되었다. 그 결과 과학자들과의 심층면담을 통해 탐구의 각 단계에서 나타나는 귀추적 추론 분석틀을 새롭게 개발하였다. 이 틀을 과학교육전문가로부터 타당성 확인 결과, 내용타당도 지수 0.90을 얻어 타당한 것으로 인정되었으며, 실제로 과학자의 탐구과정에서 나타나는 귀추적 추론과정을 분석한 결과 매우 적절한 것으로 확인되었다.

본 논문에서는 비선형 정적해석 및 동적해석을 이용하여 가새골조의 연쇄붕괴 저항능력을 평가하였다. 모두 아홉 개의 서로 다른 가새 형태를 고려하였으며, 모멘트골조의 해석 결과와 비교하였다 비탄성 정적해석 결과에 따르면 현행 기준에 따라 설계된 저층 가새골조는 1층 중앙에 위치한 기둥이 제거될 경우 연쇄붕괴 저항성능 기준을 만족하는 것으로 나타났으나 대부분 취성적인 파괴모드를 나타내었다. 특히 압축가새가 좌굴한 후 인장가새가 인장력을 발휘하기 전에 취약한 층의 기둥이 좌굴하는 것으로 나타냈다. Inverted-V형 가새골조의 경우가 가장 연성도 면에서 우수한 것으로 나타났다. 동적 해석 결과에 따르면 모든 가새골조는 중앙에 위치한 기둥이 제거될 경우 붕괴되지 않으며, 동일한 규모의 모멘트 저항골조에 비해 진동이나 처짐량이 작은 것으로 나타났다.

An experimental study was performed to investigate the cyclic behavior of steel plate walls with reinforced concrete frames. Three specimens of three-story steel plate walls with reinforced concrete frames were tested. The parameters for the test specimens were the reinforcement ratio of the column and coupling wall. A reinforced concrete infilled wall and a reinforced concrete frame were also tested for comparison. The steel plate walls with reinforced concrete frames exhibited much better ductility and energy dissipation capacity than the reinforced concrete infilled wall and the reinforced concrete frame. The results showed that unlike other structural systems, the steel plate wall with reinforced concrete frames has excellent deformation capacity as well as strength, and can therefore be used as an effective earthquake-resisting system. This result indicates that not only steel frames but also reinforced concrete frames can be used in the steel plate wall system.

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.

최근 구조물의 국부적인 손상이 전체적인 붕괴로 이어지는 연쇄붕괴 현상에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연쇄붕괴에 관한 기존의 연구는 대부분 해석변수의 불확실성을 포함하지 않는 확정론적인 방법이므로, 해석결과에 대한 신뢰도를 알 수 없다. 본 논문에서는 재료의 항복강도, 활하중의 크기, 감쇠비, 탄성계수 등치 설계변수들이 기둥이 제거됨에 따라 발생하는 수직변위에 영향을 미치는 민감도를 분석하였다. 이를 위하여 몬테카를로 시뮬레이션, 일계이차법, 토네이도 다이어그램의 세 가지 해석기법을 적용하였다. 비선형정적 해석결과에 의하면 난수로 설정한 해석변수들 중에서 보의 항복강도가 수직변위의 변동폭이 가장 컸으며, 비선형동적해석의 경우 보의 항복강도와 감쇠비가 서로 유사한 변동폭을 가지는 것으로 나타났다.

다자유도 시스템의 내진 성능을 평가하기 위해서는 반복적인 비선형 시간 이력 해석이 필요하며 이를 위해 많은 계산과정과 노력이 필요하다. 이와 같이 해석에 따르는 어려움을 보완하기 위해 복잡한 다자유도 시스템을 반영할 수 있는 등가 단자유도 시스템을 개발하였다. 등가 단자유도의 이력 모델로는 일반적으로 이선형 모델과 삼선형 모델이 사용된다. 이러한 모델은 탄성 거동 이후 음강성을 가질 수 있도록 하여 지진 발생 시 중력하중에 의한 발생되는 효과를 반영하기 위해서이다. 본 연구에서는 철골모멘트 골조의 실제 응답을 예측하기 위하여 이러한 이력 모델들로 거동하는 등가단자유도 시스템의 필요조건에 대하여 평가하였다. 이를 위해 본 연구에서는 로스엔젤레스 지역의 SAC 9층 모멘트 저항 골조를 비선형 다자유도 시스템과 등가단자유도 시스템으로 모델링하여 반복하중 푸쉬오버 해석, 비선형 시간 이력해석 및 IDA(Incremental Dynamic Analysis)를 수행하여 비교 검토하였다. 또한 본 연구에서는 강도저감 모델에 대해서도 평가를 수행하였다.

본 연구는 철근콘크리트 특수모멘트골조(SMF)내 보-기둥 접합부의 비탄성 회전능력에 대한 연구결과를 조사한 것이다. 모든 실험체들은 ACI 318-02에 정의된 설계 및 세부지침에 따라 특수모멘트골조로 분류되었다. AISC(2002)기준에서 모멘트골조의 접합부에 대한 내진성능의 만족 기준을 이용하여 보-기둥 접합부를 평가하였다. 총 39개의 실험체들에 대해 자세하게 조사되었다. 특수모멘트골조에 대한 내진설계기준을 만족하는 대부분의 접합부들은 3%의 소성회전까지 휨강도의 심각한 감소 없이 연성이 유지되었다. 이는 특수모멘트골조 접합부들에 대한 엄격한 콘크리트 내진설계 규정에 따른 것으로 조사되었다. 접합부내의 횡방향 보의 존재는 보-기둥 접합부의 구속력과 전단에 대한 저항성을 증가시킨 것으로 조사되었다 접합부 전단응력에 대한 ACI 328-02 제한조건을 만족하는 모든 특수모멘트골조의 접합부들은 요구되는 내진성능을 만족하는 것으로 나타났다.

이 논문에서는 철근콘크리트 프레임 구조물을 대상으로 직접탐색기법을 도입하여 보다 개선된 유전자 알고리즘을 이용한 최적설계 기법을 제안하고 있다. 먼저 유전자 알고리즘을 이용하여 다양한 초기 가정 단면을 발생시키고, 이로부터 도출되는 각 설계 부재력 조건에 대해 미리 구성한 설계 단면 데이터베이스(DB)를 기반으로 회귀분석과 직접탐색을 이용하여 최적해를 도출한 후 여러 세대에 걸쳐 누적된 결과로부터 전역 최적해(global minimum)를 선택하였다. 제안된 알고리즘은 일반적인 유전자 알고리즘만을 이용할 경우 전역 최적해에 도달하기까지 수렴성이 떨어져서 그 결과 해의 적합도(Fitness)가 저하되는 단점을 보완하여 빠른 수렴성과 함께 최종해의 경제성에서도 향상된 결과를 보인다. 또한, 작용 하중 조건 하에서 전 부재가 최대의 효율로 저항함으로써 보다 경제적인 설계가 되도록 하기 위하여 비선형 해석을 수행하여 도출된 부재력을 바탕으로 설계 단면을 결정하였으며, 제안된 알고리즘을 예제 구조물에 적용하여 그 효율성을 검증하였다.

본 연구에서는 PT 플랫 플레이트 골조의 내진성능을 평가하기 위하여 비선형 거동을 예측할 수 있는 해석모델을 개발하였다. 특히 본 연구에서 개발한 해석 모델은PT 플랫 플레이트 슬래브-기둥 접합부에서 기둥을 관통하는 철근이 있는 경우와 없는 경우의 접합부 거동을 정확하게 예측할 수 있도록 개발하였다. 또한 본 연구에서 개발한 접합부 해석 모델은PT 플랫 플레이트 슬래브-기둥 접합부에서 뚫림 전단 파괴가 발생하는 때를 정확하게 예측하도록 하였다. 개발한 해석 모델의 타당성을 검증하기 위하여PT 플랫 플레이트 슬래브-기둥 접합부 실험결과와 해석 결과를 비교하였다. 또한 2층 PT 플랫 플레이트 골조의 진동대 실험결과와 해석결과를 비교하였다. 본 연구에서는 기둥을 관통하는 철근이 있는 접합부와 없는 접합부를 갖는 2층 PT 플랫 플레이트 골조를 세 가지의 크기로 조정한El Centro 지진에 대하여 비선형 동적 해석을 수행하였다. 지진의 크기가 커지면 하부 철근이 없는 골조의 요구 변위와 잔류 변형이 하부 철근이 있는 골조에 비하여 더욱 커지는 것으로 나타났다.

1968년 영국의 Ronan Point 아파트에서 발생한 연쇄붕괴 이후 이에 대한 연구가 간헐적으로 진행되어 왔으며, 최근 미국의 World Trade Center 붕괴 후 연쇄붕괴에 대한 연구가 다시 활발히 진행되고 있다. 미국에서는 기존의 연구결과를 바탕으로 2003년 GSA 및 2005년 DoD에서 연쇄붕괴에 대한 설계 및 해석 지침을 제시하였다. 본 연구에서는 이러한 지침서에서 제시하고 있는 선형정적해석법과, 선형동적해석법을 사용하여 국내 설계기준에 의해 설계된 철골 모멘트저항골조에 대한 붕괴저항 성능을 조사하였다. 해석결과에 따르면 GSA 기준을 적용할 경우 횡력을 고려하지 않은 수직저항시스템은 연쇄 붕괴에 취약한 것으로 나타났으나, 지진력을 고려하여 설계된 수평저항시스템은 연쇄붕괴에 대해 안전한 결과를 얻었다. 하지만 DoD 기준에 따르면 두 시스템 모두 연쇄붕괴에 취약한 것으로 나타났다.

이 논문에서는 철근콘크리트 구조물의 최적설계를 위해 기둥과 보 부재 설계 단면의 데이터베이스를 구성하고 이로부터 단면 번호와 단면 저항 능력간의 관계를 나타내는 회귀분석식을 구성하여, 직접 탐색법으로 빠르게 최적해를 검색하는 효율적인 알고리즘을 제안하였다. 설계 실무에서 가격을 고려하여 설계하기보다는 성능 최적화에 가까운 설계를 수행한다는 사실로부터 제안된 알고리즘을 이용하여 성능 최적화와 가격 최적화를 모두 수행하여 그 결과를 비교 검토하였고, 예제 구조물을 대상으로 적용성과 효율성을 검토하였다. 본 알고리즘은 목적 함수 구성시 제한 조건이 없고 전개 과정이 매우 단순하면서도 빠른 수렴성을 보이며 선택된 해가 설계 규준과 실무상의 제한 조건에 부합하므로 바로 적용 가능하다는 장점이 있다. 전체 구조물의 최적화는 개별 부재의 최적화를 통해 이루어진다.

구조물의 거동에 대한 파사드리거의 보강 효과를 검토하고 파사드리거의 최적위치를 추정할 수 있는 수치해석방법이 제시되었다. 구조물 상부의 수평변위를 최소화할 수 있는 파사드리거의 최적위치는 파사드리거의 구속효과에 의한 수평변위 감소량을 극대화함으로서 구할 수 있으며 가새골조와 파사드리거의 휨강성과 전단강성에 의해 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 3가지 형태의 하중, 즉 등분포하중과 삼각분포하중 그리고 구조물 상단에 작용하는 집중하중이 고려되었다. 파사드리거의 최적위치는 무차원 강성변수 의 함수로서 표현되었으며, 1개부터 4개의 파사드리거를 갖는 구조물을 대상으로 최적위치에 대한 도표를 작성하였다. 비록 본 연구에서 제시된 해석방법이 몇 가지의 가정을 기초로 유도되었으나 고층건물의 초기설계단계에서 파사드리거의 최적위치 결정을 위한 비교적 정확한 정보를 제공할 수 있다고 사료된다.

본 논문에서는 동적하중 재하 시 공간 강뼈대 구조물의 비선형 시간이력 해석에 대한 간편하고 효율적인 수치해석 기법을 제시하였다. 뼈대의 강성행렬에 안정함수를 적용함으로서 기하학적 비선형성 즉 및 효과를 고려하였다. 접선계수 개념 및 New Orbison 완전 소성면에 기초한 연화소성힌지를 적용하여 축방항력에 의한 부재의 점진적 항복 및 휨에 의한 부재의 부분 소성화를 고려하였다. 증분형태로 정식화된 뼈대 구조의 동적평형방정식의 해를 수치적으로 구하기 위하여 적분형태의 평균가속도법을 사용하여 컴퓨터 프로그램을 개발하였다. 검증 예제에 대하여 보요소 모델을 사용한 ABAQUS 및 개발된 프로그램에 의한 해석결과를 비교함으로서 개발된 프로그램의 정밀도와 해석시간에 대한 효율성을 입증하였다.

부재의 내력비, 강성비에 영향을 받는 다층 강구조 골조의 내진성능을 평가하기 위하여 내력비 및 강성비를 설계 파라메타로 하여 동적 비탄성 응답해석을 수행하였다. 해석 결과에 대한 분석을 통하여 내력비와 강성비의 변화폭이 큰 다층골조의 손상분포 예측식을 제안하였다. 본 연구에서 얻어진 결과는 다음과 같이 요약할 수 있다. 1) 보기둥 내력비 및 강성비가 작아질수록 1층의 기둥 주각부에서의 손상집중 현상이 크게 나타났다. 2) 보기둥 내력비 및 강성비를 고려하여 보붕괴형 강구조 다층골조의 손상분포를 예측할 수 있는 식을 제안하였으며, 예측식은 응답해석 결과와 좋은 대응을 보였다. 3) 본 연구에서 제안한 손상분포 예측식은 강접 및 반강접 보붕괴형 강구조 다층골조의 손상분포를 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

파사드리거는 아웃리거 구조시스템에 rms거하는 것으로 구조물의 외곽에 설치되는 파사드리거는 구조물의 내부에 수직으로 설치된 가새골조로부터 분리되어 구조물의 외곽에 설치된다. 따라서 이 시스템은 중앙의 코아에 부착되는 아웃리거와는 달리 사재로 인한 내부 동선의 장애가 발생하지 않는 장점이 있다. 리거의 현재에 인접한 슬래브가 파사드리거와 가새골조 사이의 전단력을 전달하며 가새골조와 파사드리거를 지지하는 기둥 사이의 상호작용을 일으킨다. 이 논문에서는 등분포하중과 삼각분포하중, 그리고 구조물 상단에 집중하중이 작용하고 구조물의 외곽에 여러개의 파사드리거가 설치된 가새골조에 대한 근사해석방법을 제시하였으며, 구조모델들을 이용하여 MIDAS프로그램에 의한 결과와 비교하였고 만족할만한 결과를 얻었다. 본 연구에서 제시된 매트릭스 해석방법은 구조물 상단의 수평변위나 가새골조 하단의 전도모멘트와 같은 구조물의 거동에 대한 파사드리거의 영향을 신속하게 평가할 수 있으며 구조물 상단의 변위를 최소화할 수 있는 파사드리거의 최적위치 결정을 위해 유용하게 사용될 수 있을 것이다.