일본 고베지진(1995), 타이완 지지(Chichi)지진(2000), 우리나라 남해안 지역 및 대도시지역에서 지반 흔들림이 감지된 일본 후쿠오카지진(2005), 중국 쓰촨성대지진(2008), 일본 이와떼·미야기지진(2008), 최근의 일본 동북지방대지진(2011)과 같은 한반도 주변지역에서의 지진발생 사례와 함께 한반도내에서 최근 발생된 강원도 월정사지진(2007년) 등은 한반도의 지진발생 빈도 증가와 더불어 지진에 대한 안전지대가 아니라는 경각심과 함께 지진 피해 가능성에 대한 인식을 제고시키고 있다. 최근 일본 동북지방대지진(M9.0)과 중국에서 발생한 쓰촨성대지진(M8.0), 일본 이와떼·미야기지진(M7.2)은 진앙지 주변지역에 위치한 많은 댐들에 크고 작은 지진 피해를 발생시켰다. 특히, 중국 쓰촨성 대지진은 쓰촨성 일대 약 400개의 중·대형댐에 크고 작은 손상을 입힘으로써 지진대비 댐시설물 안전관리에 대한 대책 마련의 필요성을 부각시키고 있다. 댐 시설물은 국민생황과 안전에 밀접한 공공성이 강한 국가 주요시설물이므로 댐 관리주체는 지진대비 댐의 안전성을 확인함으로서 지진에 의한 피해를 최소화 할 의무가 있다. 일본 고베지진 이후 국내 내진설계기준(건설교통부, 1997)이 개정되었으며 2011년 개정된 댐설계기준·해설(건설교통부)에는 내진특등급 댐의 경우에는 의무적으로 지진계를 설치하고 정상상태를 유지하여야 함을 규정하고 있다. 이에 국내에서 대부분의 중요한 대댐을 관리하고 있는 한국수자원공사는 31개의 신규댐 및 설계당시 지진계가 설치되어 있지 않은 기존댐에 총 99대의 지진가속도계 설치를 2008년 완료하여 운영중에 있으며, 4대강살리기사업 16개 보에 총 30대의 지진가속도계 설치를 완료하였다. 현재 31개 댐에 설치된 99대의 지진가속도계는 실시간으로 각 댐에서 감지되는 지진파형을 모니터링하고 최대 가속도를 분석하여 댐의 내진안전성을 신속히 파악하기 위해 댐 실시간지진감시시스템(Dam Earthquake Monitoring System)에 연계되어 통합운영되고 있으며, 향후 4대강 16개 보 지진가속도계의 추가연계와 소방방재청 등 국가지진관측망과의 자료공유를 위해 시스템을 업그레이드할 계획이다. 댐의 내진안전성에 대한 연구사례는 다음과 같다. 한국수자원공사는 2001년에서 2003년까지 고베지진이후 강화된 내진설계기준에 따라 동적해석기법으로 다목적댐과 용수전용댐에 대한 내진성능평가를 실시하였으며, 평가결과 다목적댐과 용수전용댐은 현재의 강화된 내진설계기준에 대해 모두 내진안전성을 확보하고 있는 것으로 나타났다. 수치해석을 이용한 지진발생시 댐의 안전성 평가는 댐재료의 동적물성 및 해석결과의 적정성을 평가하여야만 그 결과에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다. 이를 위해 지진계측기록을 활용하여 댐의 실제 고유주기(Fundamental period)를 산정하는 방법에 대한 연구(하익수, 2008)가 수행되었고 수치해석에 의한 고유주기를 계측에 의한 고유주기와 일치시켜 동적물성을 검증하는 방법에 대한 연구(하익수와 오병현, 2011)와 기존댐 실대규모 발파진동실험을 실시하여 댐의 발파진동가속도 응답특성 및 동적물성 역산에 대한 연구가 수행되었다(이종욱 등, 2011).

최근 전 세계적으로 대규모 지진피해가 연이어 발생함에 따라 지진재해에 대한 국가적인 대책을 마련하기 위해 미국과 일본을 중심으로 한 선진국들에서는 지진가속도 계측 및 활용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 광범위하게 설치된 지진가속도 계측기를 통해 지진 발생원리 및 피해분석 등 각 분야에서 활용하고 있으며 웹서비스를 통해 정보를 제공하고 있다. 한편 국내에는 지진가속도 계측자료의 정보가공 및 제공방법이 확립되지 않았으며 일부 기관에서 안전관리를 위한 지진가속도 모니터링을 실시하고 있으나 이 또한 단순한 계측 수준에 불과하다. 또한 국내·외적으로 가속도신호 계측을 이용한 건축물 안전성 평가 연구가 진행되고 있으나 실용화 단계에 이르지 못하고 있기 때문에 향후 대책 마련을 위해 지진 데이터 축적 및 안전성 평가 방안을 마련하기 위한 연구가 필요하다. 본 연구는 지진가속도 계측기 설치 사업을 통해 계측된 지진가속도 응답신호를 활용하여 건축물의 안전성을 평가하기 위한 연구의 일환으로 구조물의 손상에 따른 동특성 변화를 분석하고자 한다. 이를 위한 방법으로 해외사례 분석 및 기존 실험결과를 바탕으로 구조물 손상과 고유진동수와의 상관관계에 따른 안전성 평가 방안을 분석하고자 한다. 지진 발생이 많은 미국과 일본에서는 건축물에서 계측된 정보를 제공하고 있으며 이를 통해 지진 발생시 건물의 동특성 변화를 알 수 있다. 본 연구에서는 지진이 계측된 관측소의 데이터를 이용하여 지진의 크기 및 건물 손상에 따른 고유진동수 변화를 분석하였다. 또한 국립방재연구원에서 수행한 조적조와 목조 구조물의 벽체 정적실험을 통해 각각의 부재에 대한 파괴패턴과 강성저하에 따른 고유진동수 변화를 분석하였다. 실험 방법은 각 하중 스텝에 따라 고유진동수 변화를 측정하였다. 조적벽체의 경우 전단파괴에 의한 강성저하로 고유진동수가 감소하는 것으로 나타났으며 목조벽체의 경우 흙벽 탈락에 따른 강성 저하와 프레임 접합부 강성 저하에 의한 고유진동수가 감소하는 것으로 나타났다. 건축구조물의 진동계측 결과를 이용하여 향후 지진 발생시 안전성 평가를 수행할 수 있을 것으로 사료된다.

최근 전 세계적으로 대규모의 지진이 발생하여 인명 및 재산 피해가 증가하자 지진방재에 대한 관심이 고조되고 있다. 지진재해에 대한 국가적인 대책을 마련하기 위해 미국과 일본을 중심으로 한 재난선진국들에서는 지진가속도계측기 활용에 관한 연구를 활발히 진행하고 있다. 우리나라도 2010년 9월 7일, 소방방재청에 의해 “지진가속도계측기 설치 및 운영기준”을 고시하고 지진가속도계측기 설치를 법제적으로 의무화 하였다. 하지만 대상시설물에서 계측된 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안은 아직 활성화되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 지진가속도계측기의 활용도 제고를 위해 시설물에 설치된 지진가속도계측기 응답신호의 활용방안을 살펴보았다. 특히 공공기관 청사 및 별관과 국립 대학교를 위주로 건축물의 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안을 연구하였다. 우선, 국내·외 건축물의 지진가속도 응답신호를 제공 및 활용하는 사례를 토대로 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안을 고찰하였다. 건축물의 지진가속도 응답신호는 상시미진동 측정을 통한 건전성 평가와 유사하게 활용될 수 있다. 지진발생 시 건축물의 안전성을 판단하기 위해서는 계측된 지진가속도 응답신호로부터 건축물의 안전성을 평가할 수 있는 지표 마련과 지진발생 후 손상정도의 파악을 위한 지표의 수준을 설정하는 것이 필요하다. 계측된 지진가속도 응답신호를 분석하여 건축물의 즉각적인 안전성평가가 이뤄질 수 있도록 최대가속도응답, 고유주기, 누적절대속도, 스펙트럼 강도를 안전성 평가지표로 제시하였다. 계측된 지진가속도 신호는 각각의 건축물 안전성 평가지표로 변환하여 분석할 수 있다. 첫째로 지진가속도 응답신호의 최대가속도응답을 파악하여 허용치를 벗어나는 응답의 발생여부를 파악할 수 있다. 각 건축물의 내진설계기준에 따라 적용된 허용하중을 벗어나면 정밀구조안전진단이 요구된다. 둘째로 고유치해석으로 산정된 고유주기의 평상시와 지진발생시의 변화를 분석하여 변동의 폭이 허용치를 벗어나는 것으로 건축물 안전성을 평가할 수 있다. 마지막으로 지진파의 평균속도개념인 누적절대속도(CAV: Cumulative Absolute Velocity)와 지진파의 에너지개념을 갖는 스펙트럼강도(SI: Spectral Intensity)값으로 건축물의 안전성을 평가할 수 있다. 원전기준에 의하면 CAV값이 0.16g·sec을 초과하면 설비를 정지하도록 규정하고 있다. 일본의 경우 건축물 피해 발생여부 판단기준의 SI값을 30kine으로 설정하고 있으며 향후 우리나라 특성에 맞는 평가지표별 안전성평가 수준마련이 요구된다. 이러한 건축물 안전성 평가지표를 통해 지진발생 직후 신속한 건축물 안전성평가가 수행될 수 있는 근거 자료를 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

일체형 삼각 트러스 형태의 철선을 아연도금 강판에 용접한 철선일체형 데크 플레이트는 슬래브 시공 시 현장시공 최소 및 동바리와 지보공 등 거푸집 공사비 절감을 목적으로 개발되어 이미 많은 현장에 적용되고 있다. 본 연구에서는 철선일체형 데크 플레이트 시스템의 구조성능 평가를 위해 상부철선, 하부철선, 래티스 철선, 경간, 단부가공방법을 변수로 채택하여 총 32개의 시험체를 실물크기로 제작하여 실험적 연구를 수행하였다. 연구결과 시험체의 최종파괴형태 변화 및 단부가공방법이 시험체의 구조 성능에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으며, 경간 3.2m 시험체는 래티스 철선으로 Φ4.5를 사용해도 큰 무리가 없는 것으로 나타났다.

FRP 스트럿을 가진 PSC 박스거더 교량 구조는 기존의 PSC 박스거더를 효율적으로 변형시켜 넓어진 상부 슬래브의 캔틸레버 부분을 스트럿으로 지지하는 구조형식으로, 상부구조의 자중을 줄여 하부구조의 크기를 경감시키므로 경제적이고 미관이 뛰어난 교량 건설을 가능하게 한다. 본 연구에서는 국내에서 처음 시도되는 FRP 스트럿을 가진 PSC 박스거더의 실물모형 재하실험과 유한요소해석을 수행하여 상호 결과를 비교함으로써 FRP 스트럿을 가진 PSC 박스거더 교량 구조에서 FRP 스트럿과 스트럿 적용에 따른 상부 슬래브의 구조적 안전성에 대하여 평가하였다.

노후화된 PSC Beam 교량은 개선된 보강방안이 필요하다. 본 연구에서는 성능저하가 발생된 노후 PSC Beam 교량을 대상으로 PSC Beam 교량의 보강형을 폐단면 박스형태로 변환하여 이차합성 구조화함으로써, PSC Beam 교량의 강성을 안정적으로 증가시킬 수 있는 박스형 보강방안을 제안하였다. 제안된 보강방안과 기존의 외부프리스트레스 도입공법을 결합하여 보강할 경우, 보강효과를 정량적으로 규명하기 위해 시공단계해석에 따른 시간 의존적 정밀해석을 수행하였다. 성능개선을 위해 제안된 박스형 보강방안 적용 시 보강방법에 따라 전단면 및 휨 보강과 같은 다양한 형태의 보강방안을 제시한 후, 각각의 보강방안에 대해 이차합성 효과에 따른 상향캠버 및 부재응력 특성을 평가하였다. 또한 내하력 평가를 수행하여 내하율을 검토함으로서, 개선된 PSC Beam 교량의 구조 안전성을 정량적으로 평가하였다.