해저 석유와 가스 탐사가 점점 더 깊은 수심으로 진행되고 있으며, 해저 파이프라인은 고압 및 고온 조건에서 작동하는 것이 일반적이다. 온도 및 압력 차이로 인하여 파이프 축 방향 힘이 축적되는 현상이 있다. 이러한 현상은 파이프라인을 구속하는 해저면 효과 때문에 파이프라인은 횡 좌굴이 발생하게 된다. 온도가 증가하는 경우 축 방향의 압축 하중이 가해지며 이 하중이 임계 수준에 도달하면 파이프가 수직방향으로 움직이게 된다. 또는 파이프라인의 구조적 완전성을 위태롭게 할 수 있는 횡 방향 좌굴이 발생하는 상황에서, 작 동 중 파이프라인의 구조적 안전함을 보장하기 위해 파이프라인의 상세 구조 강도평가가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 해저면의 마찰 효과 및 재료의 열 수축/팽창을 고려한 비선형 구조해석을 상용 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 활용하여 검토하였으며, 외부충격에 의한 횡 방향 좌굴 안전성을 분석하였다. 본 연구의 결과를 통하여 수치 해석적 단순화된 분석 모델을 통하여 해저면의 효과를 고려한 조 건에서의 실제 파이프라인의 붕괴 조건을 예측할 수 있다.

장경간 라멘교의 하부구조의 시공과정에서 발생되는 위치 오차와 높이 오차는 현장에서 빈번히 발생하고 있다. 이러한 시공 오차를 보정하는 과정에서 초래되는 구조적 손상, 공사비 증대, 공사기간 증가를 방지하기 위해서, 높이 변경이 가능한 ‘다기능 받침연결장치’를 개발하였다. 다기능 받침연결장치에는 거더를 지지하는 받침판을 기준으로 각각 위아래 최대 0.3m 연 장 길이를 가진 강봉을 적용하였다. 다기능 받침연결장치는 교량의 계획 높이 변경 및 선 시공 벽체의 수직오차를 현장에서 간편하게 변경할 수 있도록 하였다. 다기능 받침연결장치의 좌굴안정성을 예측하기 위하여 도로교설계기준에 의하여 설계 검토를 하였으며 유한요소해석을 통하여 설계검토 결과를 검증하였다. 검토 결과 응력은 중심하중 재하 시 240.6MPa, 편심하중 재하 시 320.8MPa로 나타났으며, 편심 거리에 따라 좌굴 안전율은 1.64∼2.19로 나타났다. 유한요소해석을 통해 도출된 좌굴 안전율 은 3.40∼3.45로 나타났으며 이는 설계기준에 의한 검토 값 이상이므로 안전 측으로 판단된다.

탄성좌굴 고유치해석을 이용한 유효좌굴길이 산정법과 2차 탄성해석기법을 이용하여 축력과 휨모멘트를 받는 강절프레임의 보-기둥부재에 대하여 개선된 좌굴설계법을 제안한다. 이를 위하여 먼저 안정함수를 이용하여 보-기둥요소의 접선강성행렬을 유도하고, 탄성좌굴 고유치해석을 이용한 유효좌굴길이 산정법을 고찰한다. 또한 강절프레임에 대하여 소위 P-Delta 효과를 고려하는 2차 해석법을 제시한다. 해석예제를 통하여 먼저 2차 탄성해석과 기하학적 비선형해석에 의한 결과를 비교하여 2차 해석의 정확성을 검증하고, 강절프레임에 대한 기존의 설계법과 본 연구의 개선된 좌굴설계법에 대한 수치결과를 비교, 검토를 행한다.

보강된 판 및 쉘구조의 안정성 및 후좌굴을 포함하는 기하학적 비선형 해석을 수행하기 위하여, total Lagrangian formulation에 근거한 연속체의 증분평형방정식으로부터 변형된 쉘요소인 유한요소이론을 제시하였다. 쉘구조의 곡률이 불연속적으로 변하거나 쉘부재들이 유한한 각도로 만나는 보강된 판 및 쉘구조의 비선형 해석이 가능하도록 주부재와 보강재 간의 연결점에 대한 일반적인 변환관계를 제시하였으며 좌굴해석 및 기하학적 비선형해석의 경우에 해의 정확성 및 수렴성을 개선시키기 위하여 접선강도행렬 산정시 회전각의 2차항을 포함시켰다. 또한, shear locking 현상을 극복하기 위하여 감차적분을 적용하였고 쉘구조의 좌굴해석에서는 power method를 적용하여 해석의 효율을 높였으며, 후좌굴해석에서는 변위 및 하중증분법을 적절히 결합시켜 보강된 쉘구조의 후좌굴 거동추적이 용이하였다. 또한, 입력자료를 손쉽게 준비하고 좌굴모드 및 후좌굴거동을 효율적으로 분석하기 위하여 전, 후 처리 프로그램을 개발하였고 다양한 해석예제를 통하여 다른 문헌의 해석결과를 비교함으로써 본 연구에서 개발된 유한요소 해석프로그램의 타당성 및 정확성을 입증하였다.

구속된 ?(restrained warping)효과를 고려하는 박벽 공간뼈대구조의 횡후좌굴거동을 조사하기 위하여 기하학적 비선형 유한요소이론 및 해석법을 제시한다. 가상일의 원리를 이용하여 대변형효과를 고려한 3차원 연속체의 평형방정식으로부터, 구속된 ?효과를 고려하고 유한한 회전각의 2차항의 효과를 포함하는 변위장을 도입하여 초기응력을 받는 박벽 공간뼈대요소의 증분평형방정식을 유도한다. 박벽 공간뼈대구조를 유한요소로 나누고 변위장을 요소변위에 관한 Hermitian 다항식으로 나타내어 이를 평형방정식에 대입함으로써 접선강도행렬을 유도한다. 또한 updated Lagrangian formulation에 근거하여, 증분변위로부터 강체회전변위와 순수변형성분을 분리시켜서 강체회전은 요소의 방향변화를 결정하고, 순수변형은 부재력증분을 산정하는 불평형하중 산정법을 제시한다. 박벽 공간뼈대구조의 횡-비틂좌굴 및 후좌굴 거동에 대한 예제들을 통하여 본 연구에 대한 해석결과와 문헌의 결과를 비교 검토함으로써 본 연구에서 제시된 이론 및 해석방법의 정당성을 입증한다.

본 논문의 목적은 단충래티스 돔의 안정해석 기법을 제안하고， 다양한 조건하에서 단충래티스 폼이 갖는 좌 굴특성을규명하는데 있다. 기하학적 비선형 평형경로의 탐색 및 좌굴점 그리고분기경로의 방향퉁올수치적 으로 계산하기 위하여 孤長法(Arc-Length Method) 을 이용하였으며， 부재의 좌굴가능성올 판단하기 위하여 에너지밀도함수를 제안하였다. 강절점을 갖는 구조물의 거동 특성을 규명하기 위하여 3 종류의 비선형 강성 행렬을 유도하여 해석하였으며， semi-rigid 절점올 갖는 구조울올 해석하기 위하여 스프링모델을 제안하고， 부재의 세장비， 반개각(半開角)， 경계조건 및 다양한 하중조건을 파라메터로 하여 좌굴특성올 규명하였다.