이 논문에서는 조립식 프킥스트레스트 콘크리트 교각의 접합부에 관한 해석기법을 제시하였다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 사용된 비부착 텐던요소는 유한요소법에 근거하며 프리스트레스트 콘크리트 부재의 콘크리트와 텐던의 상호작용을 구현할 수 있다. 개발된 접합요소는 세그먼트 접합부의 비탄성거동을 예측할 수 있다. 이 연구에서는 조립식 프리스트레스트 콘크리트 교각의 접합부에 관한 해석기법을 신뢰성 있는 연구자의 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

이 논문에서는 재료의 비선형성의 고려여부가 PSC 교량의 풍하중 거동을 예측하는 데 미치는 영향을 검토하였고, 부가적으로 기하학적 비선형성이 풍하중 거동을 예측하는 데 미치는 영향도 검토하였다. PSC 교량의 정적거동해석을 위해 재료의 비선형성과 기하학적 비선형성 및 재료의 시간의존적 특성의 영향을 모두 고려하였으며, 재료의 비선형성으로는 콘크리트의 인장균열과 콘크리트, 보강철근, PS 강재 및 케이블의 비선형 응력-변형률 관계와 하중반전(load reversal)을 고려하였다. 재료의 비선형성과 기하학적 비선형성의 고려여부를 조합하여 직선 PSC 거더교와 직선 PSC 사장교 및 곡선 PSC 사장교 의 풍하중 거동을 해석한 후 각각의 영향을 비교하였다. 재료의 비선형성과 기하학적 비선형성을 모두 고려하여 해석한 경우에, 상판이 연결되기 직전 단계에서는 직선 PSC 사장교와 곡선 PSC 사장교에서 풍하중에 의한 처짐이 크게 증가하고, 시공완료 직후에 구조물의 자중과 활하중 및 풍하중에 의해 직선 PSC 사장교의 주경간에서 균열이 발생함을 확인하였다. 따라서 PSC 사장교의 풍하중 거동을 정확히 예측하기 위해서는 통상적으로 고려하는 기하학적 비선형성에 더하여 재료의 비선형성을 가능한 정확히 고려한 해석이 필요함을 알 수 있었다.

본 연구는 미중부지역의 New Madrid 지역에서 일반적으로 존재하는 다경간 PSC 교량의 지진거동을 평가하였다. 지진 해석은 비선형 교량모델과 인공지진파를 사용하여 수행하였으며, 인공지진파는 50년 동안 발생확률이 10%와 2%의 두 가지 수준을 사용하였다. 10%의 지진파에 대해서는 해석교량은 양호한 응답을 보였으나, 2%의 지진파에 대해서는 비선형 거동을 보이면 응답이 좋지 않았다. 바닥판사이의 충돌로 인하여 기둥의 요구량이 증가하였으며 교량받침의 파손이 발생하였다. 또한 PSC 거더를 연속화하면 매우 만족한 응답의 개선효과가 있었으며, 이러한 연속화는 유지보수의 절감 및 사하중에 의한 모멘트의 감소를 위해서 일반적으로 행해지는 것이다.

본 연구에서는 상용 압연형강과 콘크리트 합성거더인 PSSC(Prestressed Steel and Concrete) 거더의 1, 2차 긴장력과 활하중을 최적설계 하였다. 다단계 긴장에 따른 1, 2차 긴장력과 활하중을 설계변수로 삼았으며, 최종 활하중을 목적함수로 정하였다. 시공단계에 따른 강주형, 충전 콘크리트, 슬래브의 상연과 하연의 허용응력을 설계 조건으로 하였다. 설계 최적화는 상용 프로그램 Matlab의 최적화 모듈을 이용하여 수행되었다. 형고의 변화, 콘크리트 압축강도의 변화, 헌치 높이의 변화 등 다양한 조건에 빠른 최적 설계를 시도하였고, 연구 결과로부터 강선배치, 콘크리트 압측강도 등이 설계에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

이 논문에서는 프리스트레스트 콘크리트 구조로 건설된 원자로 격납건물의 극한내압평가를 위해 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 특히, 상용프로그램 사용 시 콘크리트와 긴장재의 완전부착 가정으로 인해 고려할 수 없었던 콘크리트와 긴장재 사이의 슬립효과를 모사할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 부착된 긴장재의 경우 부착-슬립효과를 기초로 유도된 겉보기 항복응력으로 두 재료의 상호거동을 모사할 수 있고, 비부착된 긴장재의 경우 반복해석에 의해 긴장재 전체 길이방향으로의 슬립효과를 모사할 수 있다. 개발된 알고리즘을 이용하여 도출된 긴장재의 응력-변형률 관계를 이용하여 격납건물의 축소모델에 대한 비선형 해석을 수행하였고, 수행한 결과를 바탕으로 격납건물의 극한내압은 가압중수로형과 가압경수로형 모두 설계압력의 약 3배 이상 구조적 여유가 있음을 확인하였다.

이 연구의 목적은 조립식 프리스트레스트 콘크리트 교각의 비탄성 거동을 파악하는데 있다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 사용된 비부착 텐던요소는 유한요소법에 근거하며 프리스트레스트 콘크리트 부재의 콘크리트와 텐던의 상호작용을 구현할 수 있다. 개발된 접합요소는 세그먼트 접합부의 비탄성거동을 예측할 수 있다. 이 연구에서는 조립식 프리스트레스트 콘크리트 교각의 비탄성 거동의 파악을 위해 제안한 해석기법을 신뢰성 있는 연구자의 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

본 논문에서는 프리스트레스를 이용한 가시설 공법(IPS)에 적용되는 띠장의 거동의 해석 및 설계절차에 대한 연구를 수행하였다. 띠장에 초기장력이 도입되는 구조계는 탄성지반위에 놓인 보이론에 의하여 부재력이 산출되고, 토압에 의한 부재력은 장력을 부정정력으로 취하여 부정정 구조해석을 통하여 띠장의 축력 및 휨모멘트를 계산하였다. 지반은 압축력 전담요소, 케이블은 인장력 전담요소를 사용하여 등분포 토압 및 편토압을 받는 띠장의 전산해석을 수행하였다. 기존의 가시설 설계에 적용되는 토압을 적용하여 IPS 띠장설계를 실시하였고, 긴장력과 설계토압에 의한 축력과 휨모멘트를 계산하여 축응력과 휨응력을 도출하고 합성응력검토를 수행하였다.

콘크리트의 크리프와 건조수축에 의한 시간에 따른 프리스트레스 장기예측의 정확성은 프리스트레스트 큰크리트 교량과 같은 사회 기반 시설의 유지 관리 및 보수 결정 측면에서 매우 중요한 역할을 한다. 본 논문에서는 프리스트레스트 콘크리트 교량의 프리스트레스 장기예측의 불확실성 감소, 즉 예측의 정확성 향상을 위하여 현장 계측치를 이용하여 베이시안(Bayesian)통계기법을 도입하는 예측기법을 제안하였다. 베이시안 해석시 사전 확률분포는 콘크리트의 크리프와 건조수축의 확률 특성을 고려하여 나타내며, 우도 함수(likelihood function)는 현장에서의 계측치를 사용하여 나타내었다. 시간에 따른 구조적 거동 시스템으로부터의 지속적인 계측 기록은 베이시안 지식 기반에서의 확률분포를 업데이팅 하기 위하여 사용되며, 사후 확률분포는 사전확률분포와 우도 함수를 조합하여 획득한다. 실제로 가설되고 있는 프리스트레스트 콘크리트 박스 거더 교량으로부터 계측된 프리스트레스 힘의 수치 예제해석을 통하여 제안 기법의 적용성을 제시하였다.

본 논문에서는 클러스터 시스템을 이용하여 프리스트레스트 콘크리트 프레임의 병렬 비선형해석이 가능한 해석수단을 제시하였다. Win 98 및 Linux 운영체제 하의 PC 및 Ethernet을 활용하여 저가의 클러스터 시스템을 구축하였고 메시지 전송을 위하여 MPI를 사용하였다. 비선형해석에 있어 해석시간의 대부분을 차지하는 반복계산과정 중 병렬계산에 의한 효율이 높은 접선강도매트릭스의 형성 및 요소응력계산, 재료상태 결정, 부재파괴 검토, 불평형하중 계산과정에 대한 병렬계산 알고리즘을 메시지 전송방식을 이용하여 제시하고 클러스터 시스템 상에서 구현했다. 캔틸레버 보와 PSC 거더교를 대상으로 클러스터 컴퓨팅을 이용한 비 선형해석을 수행한 결과 노트가 4개일 경우의 성능향상은 고려한 비선형형성 및 문제의 크기에 따라 다르나 Win98 환경에서 최소 2.46배에서 최대 3.18배로 나타났고 Linux 환경에서 최소 3.16배에서 최대 3.74배로 나타났으며 통신환경의 개선에 따라 증대될 것으로 기대된다.

자오방향 및 주변방향으로 프리스트레스트 하중이 작용된 축대칭 쉘 구조물을 축대칭요소로 모델화하였다 유체-구조물의 상호관계는 접촉면에서 구조물의 가속도에 비례한 부가질량으로 표현하였으며 부가질량은 유체를 비점성 비압축 및 비회전으로 가정하여 유한요소법에 의해 구하였다. 이에 대한 수치해석을 통하여 고유진동해석 및 지진하중을 주하중으로 한 동적해석을 실시하였다 이때 기하학적으로 축대칭인 구조물의 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 20개 이내의 링요소로 모델링한 경우에서도 정해와 근접한 해를 얻을수 있었으며 내부유체가 있는 경우에 대한 고유진동수를 문헌과 비교한 결과 근접한 해를 얻을 수 있었다 내부유체의 높이의 증가에 따라 고유진동수는 현저히 감소하였으며 Wave Number가 적을수록 감소폭이 크게 나타났다. 지진하중에 대한 반경방향의 처짐을 해석한 결과 동일한 크기의 프리스트레스하중이 작용될 때 자오방향의 프리스트레스하중이 작용될 경우가 다소 큰 처짐값을 나타내었다.

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.

본 연구의 목적은부착되어 있거나혹은부착되어 있지 않는텐돈을 갖고 있는프리스트래스트콘크리트구 조체의 해석이 가능한 프로그랩올 개발하는데 있다. 이를 위해서 먼저 콘크리트， 철근， 그리고 텐돈둥의 반복 하중에 대한모델을선정 개발하고， 텐돈이 부착되어 있지 않는경우에 그웅력 및 변형도를보다정확하게 해 석할 수 있는 복합유한요소법을 유도하였다. 이러한 복합 유한요소법을 사용하였올때 요소의 변형 형상을 가 정하지 않고도 각 단면들의 변형을 결정할 수 있어 요소의 길이가 기존의 유한요소법에 비하여 상당히 길어질 수 있다. 이러한 복합유한요소볍올 가능하 게 하기 위해서 다양한 형태의 적분 방법이 프로그랩되었다. 그리고 텐돈이 부착되 어 있지 않는 경우 그효과를 예측할 수 있는 방법이 개 발되 었다. 끝으로， 실제 구조체에 대한 해 석결과 및 실제실험에 대한 해석결과를 비교하여 프로그랭의 적용성올 검토하였다.

캔틸레버공법으로 가설되는 P.C 박스거더 교량에 적용할 수 있는 최적설계 기법을 개발하였다. 최적설계문제는 제약조건이 없는 비선형문제이며 해석방법은 Nelder-Mead 방법을 사용하였다. 해석결과는 국내에 기 가설되어 있는 교량들의 설계값과 비교하였으며 만족할 만한 결과를 주었다. 개발된 프로그램은 등단면교량에만 적용이 가능하고 변단면 교량에서는 사용할 수 없다.

원전격납구조물, LNG 저장탱크와 같은 프리스트레스트 콘크리트 (Prestressed Concrete, PSC) 사회기반시설물의 경우 테러, 폭발, 충돌 사고로 인해 대량의 경제적, 인적 피해가 발생할 수 있으나 폭발, 충돌 등의 극한하중에 따른 방호 및 방재개념의 구조설계가 적용되지 않은 실정이다. 특히, 구조물 내부에서 발생하는 폭발하중은 압력이 외부폭발하중에 비해 월등히 크기 때문에 내부폭발하중에 대한 특성 및 내부폭발하중에 따른 PSC 구조물의 저항성능의 검토는 필수적이다. 따라서, 본 연구에서는 PSC 관형 구조물의 내부폭발저항성능을 검토하기 위해 이방향 PSC 축소모형을 제작하여 실험적으로 검토하였으며 실험 데이터를 기반으로 해석적 모델을 개발 및 검증하였다.

이 연구는 압출성형으로 생산되고 있는 프리스트레스트 콘크리트 중공 슬래브(HCS)의 휨 성능을 평가하고자 단면의 높이를 변수로 휨 실험을 수행하였다. HCS는 단면의 높이에 따라 총 2체를 제작하였으며, 1,000kN의 액추에이터를 이용하여 4점 가력을 실시하였다. 실험결과, HCS의 휨강도는 예측결과에 대한 실험결과의 비가 평균 1.01 ∼ 1.04를 나타내어 현행 설 계기준에서 요구되는 구조성능을 만족하는 것으로 나타났다.

강아치교는 경간거리가 비교적 길고 거더 높이에 제약이 있는 가설조건에 자주 적용되는 교량형식이지만, 강아치교에서 강재 바닥틀(가로보, 세로보)이 차지하는 강중은 50% 이상으로 초기건설비용 증가의 원인으로 작용한다. 강아치교의 정체성은 살리면서 경제성 제고를 위해 강재 바닥틀을 콘크리트 부재로 대체시 획기적인 경제성 개선이 가능하다. 본 연구는 PSC 가로보의 아치교 적용을 위하여 PSC 가로보 시험체를 대상으로 정적시험 및 피로시험을 실시하고, 정적 구조 성능 및 피로성능을 분석함으로써 PSC 가로보의 구조안전성 및 사용성을 평가하였다. 그 결과 콘크리트 구조체, PS강선, 주철근, 브래킷, 연결부 모두 안정적인 구조거동을 보이고 있으며, 충분한 피로수명을 확보하고 있는 것을 확인하였다.

교량 구조물 거동의 건전성 평가는 하중재하-처짐의 정적특성과 충격계수와 고유진동수 등의 동적특성으로 평가하는 것이 일반적이며, 이를 수치해석적 방법으로 비교 분석하는 것이 합리적인 방법이라 할 수 있다. 사용하중에 대한 거동은 탄성영역에서 이루어지므로 실물 구조체와 수치해석의 결과는 일체성을 보이지만, 동적특성의 경우 특히, 진동학적 분석에 있어서는 구조물의 기하형상과 사용재료의 이질성 에 기인하여 실물 구조체의 결과와 다소 차이를 보인다. 이러한 오차를 수렴시키기 위하여 본 연구는 실물 모형체의 실험결과를 바탕으로 다양한 수치해석적 모델을 제시하고 그 예민도를 분석함으로써, 교량 구조물 평가를 위한 실용적인 모델링 기법을 도출하여 안정적인 예비 해석 결과를 제공하는데 그 목적이 있다. 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 긴장재를 환산단면으로 치환한 모델을 기반으로 긴장재의 탄성적 특성을 반영한 모델과 수정된 탄성계수를 적용한 모델의 고유진동수가 실물 모형체의 그것과 가장 유사한 결과를 얻을 수 있었다.

기존 PSC I형 거더는 콘크리트의 자중, 정착구 및 긴장방식 등의 영향으로 장경간화의 적용성이 불리하였다. 이를 극복하기 위하여 PSC 거더의 복부에 중공을 도입하고 다단계 긴장을 도입함으로써 50∼70m 경간에 적용 가능한 중공 웨브 PSC I형 거더를 개발하고 실교량으로 시공하였다. 본 연구는 중공 웨브 PSC I형 거더교 현장에서 정적재하시험을 통하여 계측을 한 결과와 대상 구조물의 유한요소해석 결과를 바탕으로 비교, 분석하여 중공 웨브 장경간 PSC 거더교의 공용내하력과 안전성을 평가하였다. 본 교량의 정적재하시험과 수치해석 결과가 유사하게 나타났으며 중공 웨브 PSC I형 거더의 거동을 잘 모사하는 것으로 나타났다. 교량의 모든 거더는 설계 활하중 하에서 충분한 내하력을 확보하는 것으로 평가되었고 안전성을 확보하여 시공 결과의 적절성을 확인하였다.

As a result of the application in accordance with the assessment procedures given in the Detailed Guide (plan) for the precision safety diagnosis of the external tendon in Prestressed Concrete, it was evaluated with reasonable procedures and results.