Currently, the construction trend of high-rise structures is changing from a cube-shaped box to a free-form. In the case of free-form structures, it is difficult to predict the behavior of the structure because it induces torsional deformation due to inclined columns and the eccentricity of the structure by the horizontal load. For this reason, it is essential to review the stability by considering the design variables at the design stage. In this paper, the position of the weak vertical member was analyzed by analyzing the behavior of the structure according to the change in the core position of the twisted high-rise structures. In the case of the shear wall, the shear force was found to be high in the order of proximity to the center of gravity of each floor of the structure. In the case of the column, the component force was generated by the axial force of the outermost beam, so the bending moment was concentrated on the inner column with no inclination.

In this paper, the dynamic response was analyzed by performing linear dynamic analysis using historic earthquake loads on twisted-shaped structures and fixed structure among free-form high-rise structures with atypical elevation shape following prior studies. In addition, the dynamic characteristics of the analysis models according to the plane rotation angle of the twisted structure were compared and analyzed. As a result of the analysis, as the plane rotation angle of the twisted structure increased, the interlayer deformation rate increased in the high-rise part of 50th floors or more. The story shear force and the story absolute acceleration were similar in the entire structure. In the case of the story shear force, the response of the twisted shape model was rather reduced in the middle part. As a result of analyzing the dynamic response, the vulnerable layer where the response amplification of the twisted structure occurs was found to be 31st story.

2017년 발생한 포항 지진으로 인하여 천장재, 외장재, 커튼월 등 비구조재의 파괴에 의한 피해가 다수 보고되었으며 비구조재의 내진설계가 중요해지고 있다. 본 연구에서는 임팩트해머 테스트를 통해 행어볼트 길이에 따른 천장재의 고유진동수와 감쇠비를 식별하였다. 또한 천장재가 벽 또는 다른 구조체에 충돌하는 경우 발생하는 충격효과를 정확히 고려하기 위해 충돌실험을 수행하였다. 식별된 천장재의 동특성과 충격지속시간을 바탕으로 실제로 천장재가 지진하중으로 인하여 주변 구조물과 충돌이 발생하는 경우에 대한 천장재 응답특성을 수치해석을 통하여 분석하였다. 수치해석 시뮬레이션 결과, 충격하중은 이격거리에 따라 선형적으로 증가하는 경향을 보였으며, 달대길이와는 무관한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 적층된 중앙개구부를 갖는 CNTFPC 복합재 판에 대하여 기하학적 비선형 동적 해석을 수행하였다. Hewitt and Malherbe 멀티스케일 모델을 기반으로 MWCNT의 함유 비율과 중앙개구부의 크기 변화에 따른 영향을 분석하였다. 1차전단변형 판이론에 근거하여, Newmark 방법과 Newton-Raphson 반복기법이 비선형 동적해석을 위하여 적용되었다. 본 연구에서 제안한 방법은 기존 문헌으로부터 도출 결과와 비교 검증하였다. 수치해석 예제는 MWCNT의 적절한 함유량 및 적층된 CNTFPC 구조의 구조성능의 향상시킬 수 있는 상호 관계를 상세 규명하였다.

가스 생산용 해양플랜트 설비의 경우 폭발의 위험에 노출되어 있으며, 폭발사고는 구조물의 안전성에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 폭발사고에 의한 피해를 최소화하기 위해서는, 폭발하중에 의한 구조부재의 동적응답 특성을 명확히 파악할 필요가 있다. 폭발하중의 경우 매우 짧은 시간 동안에 구조물에 가격되었다가 소멸되기 때문에 구조부재의 고유주기 및 폭발하중의 지속시간을 고려한 동적응답 평가가 필수적으로 요구된다. 일반적으로 가스 폭발하중의 경우, 부 압력단계가 전체 하중 이력에서 상당 부분 존재하며, 본 연구에서는 이러한 부 압력단계의 형상에 따라 총 하중 지속시간을 결정하는 하중 모델을 제안하였다. 방화벽은 폭발사고 시 장비 및 인명 피해를 방지하고자 FPSO 탑사이드 모듈 사이에 배치되는 구조부재이므로 폭발하중에 의한 응답이력 특성 분석이 반드시 필요하다. 때문에 무 감쇠 단 자유도 모델에 가스 폭발하중을 적용하여 변위응답 특성을 분석하였으며, 평판으로 구성된 방화벽의 FE 모델을 이용한 하중 지속시간과 구조부재들의 고유주기를 고려한 응답 특성을 분석하였다. LS-DYNA를 이용한 선형/비선형 구조해석 분석결과, 부 압력단계의 지속시간이 구조물의 동적응답에 큰 영향을 주는 것을 보였다.

The purpose of this paper is to study comparative of dynamic instability characteristic of Geiger-typed cable dome structures by load condition, which is well-known among the cable dome structures that are the lightweight hybrid structure using compression and tension element continuously. Dynamic buckling process in the phase plane is very important thing for understanding why unstable phenomena are sensitively originated in nonlinear dynamic by various initial conditions. But there is no paper for the dynamic instability of hybrid cable dome by Sinusoidal Excitations, many papers which deal with the dynamic instability for shell-structures under the step load have been published. As a result of Geiger-typed cable dome, which shows chaotic behavior in dynamic nonlinear analysis with initial imperfection.

동적 불안정 좌굴현상에 관한 연구는 다소 발표되고 있으나 주기성을 가진 히중하에서의 동적 좌굴을 다룬 연구는 그리 많지 않은 편이다. 주기성을 가진 하중하에서의 거동은 스텝 하중하에서 거동과는 다르리라 예상된다. 본 논문에서는 동적 불안정의 기본 메커니즘을 파악하기 위하여 2자유도의 얕은 EP(Elliptic Paraboliodal)쉘이 정현파 하중을 받았을 때의 직접좌굴과 간접좌굴 현상을 조사한다. Newma가-β법에 의한 수치적분을 이용하여 비선형 운동 방정식의 변위응답을 구하고 얻어진 비선형 변위응답으로 위상곡면선의 끌개를 비교하고, FFT(Fast Fourier Transform)에 의한 연속 응답 스펙트럼을 구해 동적 불안정 특성에 관해서 분석한다. 그 결과 동적 좌굴하중은 구조물의 고유주기와 외력 탁월진동수와의 관계에 크게 영향을 받는다.

본 논문에서는 평판구조물의 정적 및 동적해석에 사용할 목적으로 성능이 향상된 평판유한요소를 제시하였다. 이 요소는 비적합변위형과 선택적 감차적분방법 그리고 대체전단변형률장을 복합적으로 적용하여 각각의 장점들을 포함하는 향상된 거동을 보여주고 있다. 또한 비적합변위형의 적용으로 발생되는 조각시험의 실패 문제점을 해결하기 위하여 직접수정법을 평판유한요소의 개선에 사용하였다. 대표적인 검증문제에 대한 수치해석작업을 통하여 본 연구에서 개발한 요소는 가상적인 제로에너지모드 및 전단잠김현상의 발생과 같은 문제를 나타내지 않음을 알 수 있었다. 특히 찌그러진 형상으로 모형화 한 경우에 있어서도 전단잠김현상이 발생하지 않았다. 본 연구에서 수행한 동적반응해석 시험에 있어서도 이론해와 잘 일치하는 결과를 보여주었다.

본 논문에서는 구조물의 효율적인 동적해석을 위한 수정된 Lanczos 벡터중첩법을 제안하였다. 제안방법은 강성행렬에 직교하는 Lanczos 벡터를 생성하는 수정된 Lanczos 알고리즘에 기초하고 있다. 단일입력하중을 받는 구조물의 해석에 있어서 제안한 Lanczos 벡터중첩법은 기존의 Lanczos 벡터중첩법과 동일한 정확도와 효율성을 갖는 반면 다중입력하중을 받는 구조물의 경우 제안방법이 기존의 방법보다 더욱 효율적이다. 수치예제를 통해 제안방법의 효율성을 검증하였다.

구조물이 점점 더 커짐에 따라 그들을 분석하고 설계하는 것이 더 복잡해지고 더 많은 시간이 요구된다. 현재 사용되는 단일 프로세서를 가진 컴퓨터는 그와 같은 구조물을 해석하기에 효율적이지 못하다고 여겨진다. 이 논문에서는 거대규모의 구조물을 분석하기 위하여 컴포넌트 모우드법(CMM)과 메시지전달 시스템(MPI)을 이용함으로써 표준 병렬기법과 고도로 효율적이고 이식성 있는 프로그램을 새로 개발하였다. 이 연구에서는 구조물의 동적 해석을 위해 병렬처리기법을 지닌 컴퓨터 프로그램이 제시되고 새로 개발된 프로그램이 신뢰도를 갖고 있다는 것이 입증된다. 또한 이 프로그램은 상업용 프로그램보다 훨씬 처리속도가 빠르고 병렬처리 컴퓨터에서도 사용될 수 있다는 것을 보여준다.

보강된 판 및 쉘구조의 동적 비선형해석을 수행하기 위하여, 유한회전을 고려한 변형된 쉘유한요소를 이용하여 total Lagrangian formulation이 제시된다. 전단구속 (shear locking) 현상과 가상의 제로에너지 모우드를 동시에 제거하기 위하여 가정변형도 개념을 채용한다. 탄소성해석에서는 return mapping 미해rithm이 쉘구조의 붕괴 해석에 적용된다. Newmark 직접적분법을 사용하여 동하중 및 지진하중을 받는 쉘구조의 동적 비선형해석 결과를 제시한다.

본 논문에서는 축대칭 쉘 구조물에서 자오방향과 주변방향의 프리스트레스하중이 작용될 경우에 대한 수학적 모델링을 구하였고 이에 대한 프로그램화를 통하여 지진하중을 주하중으로 한 동적해석을 실시하였다 이때 기하학적으로 축대칭인 구조믈의 특성을 최대한으로 이용할 수 있도록 쉘을 링요소로 모델링하였으며 기하학적 비선형관계식에 의하여 동적 모형식을 유도하였다 프로그램을 통하여 해석한 결과를 프리스트레스하중 하에서 고유진동수에 대한 정해와 비교한 결과 20개정도의 링요소로 모델링하였으며 기하학적 비선형관계식에 의하여 동적 모혀식을 유도하였다 프로그램을 통하여 해석한 결과를 프리스트레스하중 하에서 고유진동수에 대한 정해와 비교한 결과 20개정도의 링요소로 모델링한 경우 에서도 정해와 근접한 해를 얻을 수 있어더 또한 지진하중에 대한 반경방향의 처짐을 해석한 결과 동일 한 크기의 프리스트레스하중이 작용될 때 자오방향의 프리스트레스하중이 작용될경우가 다소 큰 처짐값을 나타내었다 본 연구를 통하여 개발된 모델은 지진하중 하에서의 축대칭 구조물에 대하여 3차원 구조해석을 실시하지 않아도 정해에 근접한 해석결과를 얻을 수있어 설계실무에 크게 활용될수 있을 것이다.

터널 등과 같은 지하구조계를 유한요소법 등의 수치적 방법으로 해석할 경우 인위적인 경제에서 파의 반사가 발생하게 되어 실제 결과의 큰 차이를 발생시킨다. 따라서 동역학적 하중을 받는 지하구조계는 실질적인 반무한 구조계로 고려되어야 한다. 특히 지하구조계는 실제 다층구조로 구성되어 있으므로 이러한 다층문제를 고려할 수 있어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 외부영역 경제적문제로 해석하기 위한 동적 수치기본해를 개발하였다. 주파수영역의 정적인 경우에 대한 엄밀 적분해와 Bessel 함수의 점근식을 이용한 적분을 통해 축대치문제를 2차원 문제로 보다 쉽게 적용할 수 있도록 하였다. 이와 같이 개발된 동적 수치기본해를 경제 적분 방정식에 적용하여 해석한 결과와 기존 해석결과와의 비교를 통해 그 효율성을 입증하였다. 또한 다층지반내 지하구조물에 대해 지반매체의 각 물성 및 공동의 깊이에 따른 민감도분석을 수해하여 지하구조계의 동적 거동특성 파악의 적용성을 다루었다.

구조물 동적거동이 지반과 기초 특성에 따라 영향을 받는다는 것은 인식되었지만, 구조물 내진설계를 위한 설계규준이 지반의 본질적인 복잡성과 기초-지반체계에 대한 체계적인 연구부족으로 지반특성을 부분적으로만 반영하고 있어 불안전하거나 너무 안전한 결과를 초래한다. 이 연구에서는 전단파속도, 지반깊이, 기초 근입깊이 및 말뚝기초의 영향을 평가하여 구조물 내진해석을 위한 기초-지반체계의 운동학적 상호작용 영향을 고찰하였으며, 지반과 기초 특성을 고려한 합리적 내진해석을 위해 지반체계에 대한 수정된 분류기준을 제안하였다. 말뚝기초를 포함한 중형이나 대형 묻힌기초의 경우, 지초-지반체계의 운동학적 상호작용 영향을 고려하기 위해서는 기토밑 지반깊이를 최소한 60m 까지 고려해야하고, 말뚝유무에 관계없이 기초-지반체계의 회전운동도 구조물 내진해석에 포함되어야 한다.

최근의 철근 콘크리트 구조물의 내진 설계 방식은 비탄성 거대 변형에 의한 에너지 방출에 의존하고 있다. 이러한 구조물의 거동에 대한 비선형 동적 해석은 특히 계산이 여러 번 반복되어 질 때 많은 시간과 비용이 요구된다. 그러므로 효율적이고 한편 정확한 계산 방법의 채택이 중요하게 되었다. 예측 접근 방법(PASM) 이라 불리는 새로운 방법을 제시하는 것이 현 연구의 주목적이다. 일반적인 동적 해석 방법에서는 매 시간 단계 혹은 반복 계산 때마다 수식계산을 위하여 메트릭스 삼각 분해가 요구되어지나, 예측 접근방법에서는 구조물이 정적 반복하중으로 비선형 범위로 변형되어졌을 때의 강성 상태에서 미리 얻어진 한정적 수의 분해된 메트릭스를 동적 해석에서 이용하게 된다. 이곳에서 제시될 접근 방법은 강성치를 매 시각 단계 혹은 반복 계산 단계마다 재산출해야 하는 다른 접근 방법들과 비교할 때 전체적 수치 해석 양을 줄이게 될 것이다.

구조물의 동적해석의 주된 관점은 적은 갯수의 모우드형상과 계산과정으로 적정정도의 해를 구하는 것이다. Component mode method는 부분구조물 기법을 이용하여 자유도를 줄이는 방법을 이용하였으나 동하중의 특성이 고려되지 않는 단점이 있으며 이를 보완하기 위한 Ritz Vector법은 많은 반복연산이 필요하며 오차가 가중되는 단점이 있다. 본 연구에서는 Component mode method의 효율성을 개선시키고자 기존의 장점을 유지하면서 직접적분과정에서의 계산량을 현저히 줄일 수 있는 Lanczos 알고리즘을 도입하였다. 이 방법의 효율성을 검증하기 위하여 예제구조물을 해석하여 SAP90의 결과와 비교하였다.

다양한 형태로 만들어진 복합소재 구조는 저중량, 고강도, 그리고 고강성 등의 장점으로 인하여 공학 분야에서의 적용성이 증대되고 있다. 또한, 고속 충돌 등의 극한 충격에 대한 충격흡수율이 높아 고성능 방재로 유용하다 할 수 있다. 그러나 적층 구조 부재에 개구부 등이 존재하거나 개구부 주위에 층간분리현상이 발생하는 경우 정적 또는 동적거동에 중요한 영향을 미치게 되며 경우에 따라 불안정 상태에 도달할 수 있다. 좌굴과 같은 정적 불안정 해석은 다양한 연구자들에 의해 수행되었으나, 주기 하중을 받는 적층 구조의 동적 불안정에 관한 연구는 아직 미미한 실정이다. 본 연구는 기존 연구의 한계 및 제한을 개선한 동적 안정 또는 불안정 해석을 수행하고자 하였다. 첫째, 다양한 기하학적 형태를 갖는 복합신소재 구조를 해석하였다. 주기함수 형태의 면내 하중을 받는 정사각형판, 각도를 갖는 경사판, 개구부를 갖는 판, 그리고 곡률을 갖는 쉘 등으로 나누어 기하학적 형상 변화에 따른 동적 안정성에 미치는 효과를 분석였다. 두 번째로 층간분리 현상을 고려하였으며, 층간 분리의 정도에 따라 동적 안정성의 변화를 분석한다. 특히 섬유보강각도 변화에 따른 동적 안정 영역의 변화 경향을 추적하도록 하였다. 세 번째로 HSDT를 적용하여 해석의 정확성을 더욱 높이도록 한다. 마지막으로 세 가지 매개변수를 동시에 적용하여 상호영향을 상세 분석하여 동적 거동을 예측하고자 하였다.

구조물의 동적해석은 크게 시간영역과 주파수영역해석으로 나눌 수 있다. 시간영역해석은 직접적분법과 모드중첩법 등을 사용하며 주파수영역해석은 DFT법을 적용하고 있다. 일반적으로 DFT법은 주기함수에 대한 응답을 산정할 경우 효과적인 해석방법이지만 비주기함수인 경우 정확한 해석결과를 얻을 수 없어 주기를 크게 하거나 응답을 수정하여 해의 정확성을 향상시키고 있다. 따라서 본 연구는 비주기함수인 이동하중을 받는 구조물에 대해 시간영역과 주파수영역에서 동적응답을 산정하였다. 그 결과 구조물의 자유진동주기를 크게 하거나 응답을 수정하여 DFT법을 적용한다면 주파수영역에서도 충분히 정확한 해석결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다

전세계적인 인구증가와 산업화로 인하여 육지면적의 부족, 육상자원의 고갈 등의 문제로 해양의 이용 및 개발의 관심이 늘어나고 있으며, 환경친화적인 해양공간을 확보하기 위하여 초대형 부유식 해상구조물에 대한 기술개발이 요구되고 있다. 본 논문에서는 초대형 부유식 구조물의 상부구조물에 대한 시간이력해석법에 대하여 소개하고 파랑하중에 의한 부체변형을 이용한 시간변위이력 산정 방법을 제안한다. 또한 주기 및 진폭의 변화에 따른 상부구조물의 동적 시간이력응답 결과를 분석하고 초대형 부유식 상부구조물 시설계안의 동적구조안전성을 평가한다.