본 연구에서는 KBC2022의 풍직각방향 변동풍하중 스펙트럼을 이용하여 풍직각방향 풍하중을 생성하고 생성된 풍직각방향 풍하 중이 작용하는 구조물의 비탄성 동적거동을 해석하는 프로그램을 개발하고자 한다. 풍응답은 일차 모드가 탁월하고 소성화에 의한 진동의 변화는 작고, 풍방향 진동과 풍직각방향 진동은 독립적이며, 비틀림 진동의 영향은 작다고 가정한다. 적용 구조물을 수평방향 의 단자유도 모델로 가정하고, 구조물의 질량을 집중질량으로 치환하여 상부에 작용시킨다. 비탄성 해석을 위한 이력모델은 이선형 모델을 적용한다. 강성비()와 항복점비()를 변수로 비탄성 동적응답을 분석한 결과 강성비가 일정한 경우에 항복점비가 증가할수 록 최대변위비는 감소하다가 최소값을 나타내고 증가하는 것으로 나타났다. 강성비가 0.5이상인 경우 최대변위비가 1이하가 되는 항 복점비가 존재하며, 이는 비탄성 내풍설계시 비탄성 거동을 허용하더라도 탄성설계된 건물보다 최대 변형이 감소함을 나타낸다.

이 연구에서는 단자유도 모델을 활용하여 비탄성 내풍설계를 수행하고, 다양한 이력거동 형태에 따른 풍방향 및 풍직각방향 비탄성 응답을 비교하였다. 풍방향 비탄성 거동은 풍방향 풍하중의 평균성분으로 인해 한 방향으로 손상이 누적되는 현상이 발생할 수 있으며, 잔류변형 역시 크게 발생할 수 있다. 비선형 시간이력 해석 결과 구조물의 항복강도를 증가시키거나 자기회복 이력거동을 적 용 시 이를 효과적으로 억제할 수 있는 것으로 나타났다. 풍직각방향의 응답은 이력거동에 따른 에너지소산에 큰 영향을 받았으며, 철 골구조와 이력거동이 우수한 콘크리트 구조물에서는 탄성응답보다도 더 작은 최대 응답이 나타났다.

원자력발전소에는 전력생산과 안전과 관련된 수많은 기기들이 존재하고 있다. 기본적으로 원자력발전소의 구조물과 기기는 지진시 탄성거동올 목표로 안전율을 매우 높게 적용하여 설계해 왔다. 그러나 최근 발생한 지진의 규모가 증가함에 따라 설계수준을 초과한 지진에 대한 기기의 안전성을 재평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 구조물의 비선형 거동에 의한 층응답을 분석하였고, 비선형해석에 의한 구조물의 비탄성구조응답계수를 재평가하였다. 기기의 지진취약도 평가시 구조물의 비탄성구조응답이 어떤 영향을 주는지 분석하기 위하여 재평가된 구조물의 비탄성구조응답계수와 기존에 사용되어온 구조물 비탄성구조응답계수를 적용하여 지진취약도 평가를 수행하였다. 해석결과에 따르면 비탄성구조응답계수는 기기의 고유진동수, 기기의 위치 그리고 구조물의 동특성에 따라 영향을 받는 것으로 나타났다.

최근에 지어진 건축물의 경우 지진에 대한 안전성을 확보하고 있지만, 내진설계 도입 이전의 건축물은 지진에 대해 매우 취약하다. 본 연구에서는 내진성능이 부족한 기존 저층 RC구조물의 지진 발생 시 안전성 확보를 위한 내진보강 방안으로 격자강판 전단벽을 제안하고 내진성능평가를 수행하였다. 횡력저항요소로 사용된 격자강판 전단벽의 탄소성 이력특성값은 실험결과를 토대로 횡력저항 기여도등을 평가하여 작성된 이선형곡선을 적용하였다. 비탄성 정적해석을 통해 대상구조물의 성능점을 찾아내어 적용 지진하중에 대한 응답과 성능수준을 평가하였다. 격자강판 전단벽을 적용한 경우, 보강 전에 비하여 응답변위가 약 42% 저감되는 것을 확인할 수 있었으며, 성능점에서 거의 탄성거동을 보여주고 있어 목표성능인 인명안전수준을 만족시켰다. 또한 반응수정계수를 산정하여 내진보강 효과를 검증하였으며, 보강 전과 후에 각각 2.17에서 3.25로 증가하여 설계기준을 초과하였다. 따라서 격자강판 전단벽에 의해 대상 구조물의 강도 및 강성보강이 적절히 수행된 것으로 판단된다.

본 논문에서는 철근콘크리트 구조물과 같이 강성저감으로 인해 낮은 에너지 소산능력을 갖는 구조물의 제진성능을 비선형시간이력해석을 통해 조사하였다. 원구조물은 modified Takeda 이력모델을 갖는 단자유도시스템으로 이상화하였고, 완전탄소성 모델로 이력감쇠장치를 모델링하였다. 수치해석결과의 통계를 기초로 등가선형화에 의한 제진응답 평가의 적용성을 검증하였고, 제진보강 구조물의 응답예측을 위한 경험식을 제시하였다. 결과적으로 등가선형화를 통한 변위응답 평가보다는 본 연구에서 제시한 경험식을 이용하여 요구연성도를 추정하는 것이 더 정확하다. 경험식에서 얻어진 적정 감쇠기 항복강도는 완전탄소성시스템에 대한 최적 항복강도와는 상당한 차이를 가진다. 획득 가능한 연성도 저감효과는 원구조물의 고유주기가 짧을수록, 지진의 상대적 강도가 약할수록 우수한 것으로 나타났다.

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.

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.

본 연구에서는 평면 비대칭건물의 비탄성 변위를 주어진 목표까지 제한하기 위하여 필요한 추가적인 감쇠량을 구하는 방법에 관하여 연구하였다. 이를 위하여 먼저 비대칭구조물의 항복 후 거동을 분석하고 구조물에 발생하는 연성도 요구량을 이용하여 필요한 등가 감쇠비를 유도하였다. 이러한 방법을 지진하중을 받는 5층 비대칭구조물에 적용하였다. 시간이력해석 결과와의 비교에 따르면 제안된 방법에 따라 점성감쇠기를 설치한 경우 주어진 지진하중에 대하여 약변 및 강변 모두 만족할만한 거동을 보이는 것으로 나타났다.

본 논문은 철근 콘크리트 구조물의 비탄성 해석을 수행하기 위하여 개발된 9절점 퇴화 쉘 요소에 대하여 기술하였다. 개발된 쉘 유한요소는 퇴화고체기법과 함께 구조물에서 발생하는 횡 전단 변형효과를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin (RM)가정을 도입하였다. RM가정을 바탕으로 한 퇴화 쉘 요소는 쉘의 두께가 얇거나, 즉 종횡비가 작거나, 균일하지 않은 유한요소망을 사용할 경우 구조물의 강성이 과대하게 계산되는 강성과대현상(Locking phenomenon)이 나타나게 된다. 강성과대현상은 선택적 감차 적분, 비 적합 모드, 가변형도 등을 사용하여 개선하는데 특히 가변형도법에 바탕을 둔 대체변형도는 많은 유한요소에 성공적으로 적용되어 왔다. 그러나 이와는 대조적으로 콘크리트의 비탄성 해석에 가변형도법을 도입하고 그 성능을 조사한 사례는 매우 적다. 따라서 본 연구에서는 가변형도법과 미시적 재료모델을 바탕으로 RM 쉘 요소를 정식화하고 미를 유한요소프로그램으로 개발하였다. 개발된 철근 콘크리트 쉘 요소의 성능은 수치예제를 통하여 검증하였다. 수치예제로부터 개발된 쉘요소를 이용하여 구해진 해석결과가 실험결과 또는 다른 해석결과에 근접함을 알 수 있다.

이 연구는 철근콘크리트 구조물의 비탄성 거동을 파악하고 합리적이면서 경제적인 내진설계기준의 개발을 위한 자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 정학하고 올바른 내진성능의 파악을 위하여 비탄선 해석프로그램을 사용하였다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위해서 유한요소법을 이용하여 개발된 RCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축 전단모델과 콘크리트 소에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트 균열모델로서는 분산균열모델을 사용하였다. 또한, 횡방향 구속철근으로 인한 강도의 증가 효과를 고려하였다.

This study is to evaluate the seismic demand of reinforced concrete structure considering the incident angle of the ground motions. For this purpose, a three-story structure is numerically analyzed under the three ground motion records through a multi-component incremental dynamic analysis (MIDA). The MIDA, an implementation of Incremental dynamic analysis, investigates two components of seismic excitation in which all accelerations are scaled to spectral accelerations at the fundamental natural periods of the buildings. The obtained results indicate the influence of the incident angle should be considered in the assessment response of structures. Maximum inter-story drift of structure will behave in the elastic or inelastic range depending on the variable incident angle

본 연구에서는 2차 비탄성해석과 단면점증법을 이용한 평면 강골조 구조물의 최적설계 방법을 제시하였다. 2차 비탄성해석은 구조시스템과 그에 속한 부재들의 기하학적 비선형과 재료적 비선형을 고려하기 때문에 2차 비탄성해석에 바탕을 둔 설계법에서는 해석 후 개별부재의 강도검토가 필요 없다. 본 논문에서 제안한 단면점증법을 최적화 기법으로 사용하였으며 목적함수로 구조물의 중량을 사용하였다. 제약조건식은 구조시스템의 하중-저항능력, 처짐 및 층간 수평변위 등을 고려하였으며 제안된 방법에 의한 설계결과를 다른 방법에 의한 것들과 비교하여 그 효율성을 증명하였다.