본 논문에서는 부분 CFST (concrete-filled steel tube) 기둥에 대한 수치해석적 저항력 평가 방법에 대해 소개하고 있다. 기존 RC (reinforced concrete) 기둥에서 소성힌지가 발생할 것으로 예상되는 부분을 강관으로 보강함으로써 완전 CFST 기둥보다는 적은 재료를 사용하여 비슷한 휨 모멘트 저항력을 가지는 부분 CFST 기둥의 디자인 컨셉을 제시하였다. 부분 CFST 기둥에서 외부 강관과 내부 콘크리트 사이의 계면에서 거동을 수치해석적으로 모사하기 위해 개선된 부착슬립모델을 적용한 유한요소모델을 구축하고, 이중곡 률 휨-압축시험결과와 비교를 통해 타당성을 검증하였다. 검증된 수치모델을 바탕으로 매개변수 연구를 통해서 P-M 상관도를 그려 단면 조건에 따른 최대 저항력을 평가하였다. 또한, 강관 두께별로 필요 보강길이를 산출하고, 보강 조건에 따른 부분 CFST 기둥에서의 파괴메커니즘을 분석하였다.

PURPOSES : The purpose of this study is to develop a method for improving the accuracy of analysis results obtained from a twodimensional (2-D) numerical analysis model of continuously reinforced concrete pavement (CRCP). METHODS: The analysis results from the 2-D numerical model of CRCP are compared with those from more rigorous three-dimensional (3- D) models of CRCP, and the relationships between the results are recognized. In addition, the numerical analysis results are compared with the results obtained from field experiments. By performing these comparisons, the calibration factors used for the 2-D CRCP model are determined. RESULTS : The results from the comparisons between 2-D and 3-D CRCP analyses show that with the 2-D CRCP model, concrete stresses can be overestimated significantly, and crack widths can either be underestimated or overestimated by a slight margin depending on the assumption of plane stress or plane strain. The behaviors of crack width in field measurements are comparable to those obtained from the numerical model of CRCP. CONCLUSIONS: The accuracy of analysis results from the 2-D CRCP model can be improved significantly by applying calibration factors obtained from comparisons with 3-D analyses and field experiments.

본 논문에서는 CFT 구조의 강관과 내부 충전 콘크리트 간 복합거동을 유한요소해석 시 적절하게 반영하기 위해 강관과 콘크리트 간 부착 슬립관계 묘사를 위한 알고리즘을 제시하였다. 내부 충전 콘크리트에 축방향 하중 발생 시, 강관과 콘크리트 간 마찰로 인해 강관으로 하중이 전달되며, 이에 따른 강관 슬립량과 힘의 평형관계를 통해 등가강성을 통해 부착관계를 파악할 수 있다. 실제 원형 CFT 부재의 부착응력 실험을 통해 측정된 수직 및 수평 방향 응력 분포 결과와 제안된 해석 기법을 통해 산정된 응력 분포의 비교를 통해 제안된 해석 기법의 타당성을 검증하였다. 또한 비선형 유한요소해석 시 강관과 콘크리트의 부착 거동 묘사에 따라 CFT 기둥의 거동 특성에 영향을 미치게 되므로 축방향 하중이 작용하는 CFT 부재 실험결과와 제안된 부착-슬립 모델을 반영한 유한요소해석 결과의 하중-변위 곡선 관계 비교를 통해 제안된 기법의 적합성을 검증하였다.

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.

기존의 유한요소모델개선기법들은 측정에 의한 모달 데이터와 해석적으로 계산된 시스템 행렬로 구성된 수학적인 목적함수를 사용하거나 업데이팅 변수에 관한 모달 특성의 미분함수를 사용하여야만 한다. 따라서 교량구조물과 같은 복잡한 구조물에의 적용이 어렵고 역해석에 있어 해의 안정성 문제가 발생할 수 있다. 또한 개선된 모델이 물리적인 의미를 지니지 못할 수도 있다. 본 논문에서는 유전자알고리즘과 Welder-Mead의 심플렉스기법을 사용한 하이브리드 최적화 유한요소모델개선기법을 제안하였다. 하이브리드 최적화 기법의 성능을 검증하기 위해 3개의 국부최소값과 1개의 전체최소값을 갖는 Goldstein-Price 함수를 사용하여 비선형문제에 대한 적용성을 검토하였다. 또한 최적화목적함수의 영향을 검토하기 위해 10개의 자유도를 갖는 스프링-질량 모델을 사용하여 변수연구를 수행하였다. 최종적으로 수치해석을 통해서 질량과 강성을 동시에 개선하기 위한 최적화 목적함수를 제시하고, 제안된 하이브리드 최적화 기법이 유한요소모델개선을 위해 매우 효과적인 방법임을 입증하였다.

이 연구에서는 교량의 모드자료를 이용한 구조해석모델의 개선에 관하여 연구하였다. 교량의 초기해석모델은 도면 및 현장조사결과를 바탕으로 작성되므로, 시간에 따라 손실된 강성의 영향 및 경계조건 등을 합리적으로 반영하기 어려우며, 따라서 구조물에 대한 정적 혹은 동적실험을 수행하고, 그 결과를 반영하여 해석모델을 개선하는 것이 바람직하다. 이 연구에서는 구조물의 고유주파수 및 모드형상 등의 모드특성을 바탕으로 추계론적 최적화 기법인 유전자 알고리즘을 이용하여 해석모델을 개선하고자 하였다. 임진강교 및 행주대교에 대한 동적실험 자료를 이용하여 교량의 모드특성을 추정하였으며, 추정된 모드특성을 바탕으로 유전자 알고리즘을 이용하여 수치해석모델을 개선하였다. 개선된 모델을 사용하여 해석한 결과, 초기해석모델에 의한 해석결과보다 실험으로 추정한 모드특성에 가까움을 확인하였고, 이로부터 개선모델의 합리성을 검증하였다.

High speed railway bridges should be strictly maintained due to its social importance. However, There are many problems to execute loading test for precision safety diagnosis. A numerical experiment with a numerical model which is updated for reflecting characteristics of an existing bridge can be useful for high speed railway bridge maintenance. Moreover, more efficient maintenance can be possible if only ambient vibration is needed for numerical model updating process. In this study, a numerical model updating process is introduced in which only ambient vibration is enough to execute the process. Also, the usability of updated numerical model is verified by comparing measured and analyzed acceleration.