In a previous paper, ambient vibration tests were conducted on a cable stayed bridge with resilient-friction base isolation systems (R-FBI) to extract the dynamic characteristics of the bridge and compare the results with a seismic analysis model. In this paper, a nonlinear seismic analysis model was established for analysis of the bridge to compare the difference in seismic responses between nonlinear time history analysis and multi-mode spectral analysis methods in the seismic design phase of cable supported bridges. Through these studies, it was confirmed that the seismic design procedures of the “Korean Highway Bridge Design Code (Limit State Design) for Cable Supported Bridges” is not suitable for cable supported bridges installed with R-FBI. Therefore, to reflect the actual dynamic characteristics of the R-FBI installed on cable-supported bridges, an improved seismic design procedure is proposed that applies the seismic analysis method differently depending on the seismic isolation effect of the R-FBI for each seismic performance level.

In this study, a field bridge test was conducted to find the dynamic properties of cable supported bridges with resilient-friction base isolation systems (R-FBI). Various ambient vibration tests were performed to estimate dynamic properties of a test bridge using trucks in a non-transportation state before opening of the bridge and by ordinary traffic loadings about one year later after opening of the bridge. The dynamic properties found from the results of the tests were compared with an analysis model. From the result of the ambient vibration tests of the cable supported bridge with R-FBI, it was confirmed that the dynamic properties were sensitive to the stiffness of the R-FBI in the bridge, and the seismic analysis model of the test bridge using the effective stiffness of the R-FBI was insufficient for reflecting the dynamic behavior of the bridge. In the case of cable supported bridges, the seismic design must follow the “Korean Highway Bridge Design Code (Limit State Design) for Cable supported bridges.” Therefore, in order to reflect the actual behavior characteristics of the R-FBI installed on cable-supported bridges, an improved seismic design procedure should be proposed.

본 연구에서는 철골모멘트골조의 보-힌지 붕괴모드를 유도하는 최적 내진설계기법을 제안한다. 이는 유전자알고리즘을 사용하며, 기둥의 소성힌지 발생을 억제하는 제약조건을 설정하여 보-힌지 붕괴모드를 유도한다. 제안하는 기법은 구조물량를 최소화하고 에너지소산능력을 최대화하는 목적함수를 사용한다. 제안하는 기법은 9층 철골모멘트골조 예제 적용을 통해 검증한다. 예제 적용을 통해 철골모멘트골조의 보-힌지 붕괴모드를 유도하기 위해 요구되는 기둥-보 강도비를 평가한다. 패널존에 대한 3가지 모델링 기법을 각각 적용하여 모델링 조건에 따른 휨강도비 영향이 추가적으로 검토된다.

본 연구에서는 변위기반 성능설계 개념에 의해 기존 철근콘크리트 기둥과 콘크리트에 강재를 매입한 SRC 합성기둥에 대하여 최대 설계지진 가속도에 대한 내진성능개선의 성능설계을 비교하였다. SRC 합성기둥은 구조물의 강도를 증가시킬 뿐 아니라 연성도를 증가시키는 효과가 있다. SRC 합성기둥의 단면은 H형 강재와 원형의 중공 강관을 매입한 형태로 구성되어 있다. SRC 합성기둥에 대한 P-M상관도와 단면 공칭휨모멘트를 분석하고 이를 바탕으로 SRC 합성기둥에 대한 설계 변위 추정을 위해 변위기반 내진 설계 알고리즘을 제시하였다. 성능기반설계에 의한 성능개선설계를 위하여 목표성능변위 및 설계지진가속도 조건에 대해 직접변위 기반 설계방법 및 변위계수법에 의한 내진성능개선 설계 방법을 제시하였다. SRC 합성기둥은 기존 RC 기둥과 비교하여 성능개선 설계 결과 변위 연성비 및 변위성능에서 크게 개선된 성능설계 결과를 나타내었다.

현행 내진설계기준에서 RBS-B 접합부는 오직 중간모켄트골조(IMF) 시스템에서만 사용이 허용된다. 본 연구는 현행설계규준에 따라 설계한 RBS-B 접합부를 갖는 철골 모멘트골조 시스템의 내진성능평가를 수행하였다. 이를 위하여 층수(3층, 6층, 9층), 경간너비(6m, 9m), 내진설계범주(SDC C_{max}, SDC C_{min})으로 구성된 12개의 RBS-B접합부를 갖는 철골모멘트골조 건물을 설계하였고 RBS-B 접합부의 비선형 이력거동을 잘 모사하는 접합부 모델을 개발하였다. 설계된 대상골조는 ATC-63에 의해 개발된 내진성능평가방법에 따라 내진성능평가를 수행하였다. 또한 본 연구는 저자가 이전연구에서 제안한 새로운 설계법에 따라 설계된 IMF 시스템의 내진성능평가를 수행하였다. 그 결과 현행규준에 따라 설계한 몇 개의 대상골조가 적절한 붕괴여유비를 보유하지 못하였다. 반면에 새로운 설계절차에 따라 설계된 대상골조는 적절한 붕괴여유비를 보유하였다.

본 논문에서는 비선형 지진격리교량의 최적 설계 방법을 제시하였다. 최적설계를 위한 목적함수로는 교각과 지진격리장치의 파괴확률을 고려하였으며, 상충하는 두 목적함수를 동시에 최적화하는 다수의 해를 효율적으로 검색하고자 유전자 알고리즘에 기반한 다목적 최적화기법을 도입하였다. 또한, 최적화 과정에서 요구되는 다수의 비선형 시간이력해석을 수행하지 않고도 교량의 확률적 응답을 효율적으로 예측할 수 있는 추계학적 선형화 방법을 접목하였다. 제시하는 방법의 효율성을 검증하기 위한 수치 예로서 실제 교량인 남한강교를 고려하였고, 제안하는 방법과 기존 비선형 시간이력해석을 이용한 생애주기비용 기반 설계법을 각각 적용하여 내진성능을 비교하였다. 내진성능을 비교한 결과, 제시하는 방법이 기존의 비용에 기반한 최적설계보다 우수한 성능 및 경제성을 보임을 검증하였다. 또한, 다양한 지진하중에 대해서도 제안된 방법이 보다 개선된 성능을 보임을 확인하였다.

본 연구에서는 지하구조물의 내진 설계를 위한 수정된 응답변위법을 제안하였다. 먼저 기존 응답변위법의 적용성을 검증하기 위해서 매설심도와 지반조건을 변수로 하여 국내의 특성이 반영된 경우에 대한 해석을 수행하였으며 정밀 동적 해석의 결과와 비교하였다. 최대휨모멘트 및 상대 변위를 비교한 결과, 응답변위법의 정확도에 영향을 크게 미지는 속도응답스펙트럼과 지반반력계수 산정의 필요성이 확인되었다. 따라서 국내의 실정에 맞도록 수정된 속도응답스펙트럼과 새로운 지반반력계수 산정식 제안을 위한 방법을 고찰하였다. 제안된 응답변위법의 타당성 및 적용성을 검증하기 위하여, 지반의 조건 및 구조물의 크기 매설심도, 기반암의 위치를 변화시키면서 해석을 수행하였다. 응답변위법의 해석결과와 정밀 동적 해석법의 결과를 비교ㆍ분석하여 국내 지하구조물의 내진 설계를 위한 응답변위법의 적용 가능성을 검증하였다.

면진격리 고무베어링의 설계법을 수정하여 구조물의 성능점 예측을 위한 간편한 해석방법을 제안하였다. 이러한 적용이 가능한 것은 구조물이 지진력의 작용으로 인하여 손상을 입게 되면 구조물의 항복 후 강성은 연화되고, 이로 말미암아 구조물의 동적 특성이 장주기화 하기 때문이다. 제안된 해석법이 기존의 방법에 비하여 우월한 것은 능력스펙트럼법이 요구하는대로 보유능력곡선과 요구량스펙트럼을 가속도-변위 좌표계로 치환하지 않고서도 비교적 정확한 성능점을 예측할 수 있다는 것이다. 제안된 방법의 타당성은 문헌에서 보이는 정확한 값과의 비교에 의하여 입증하였다.

본 연구에서는 구조물의 설계방법에 국한되어 있는 직접 변위설계법을 응용하여 기존 구조물의 성능점을 산정하는 방법에 관하여 연구하였다. 개발된 방법을 이용하여 단자유도 구조물의 주기, 항복 후 강성비, 요구되는 탄성강도에 대한 항복강도비 등의 설계변수를 변화시키며, 지진 하중에 대한 응답을 구하고 그 결과를 분석하였다. 또한 10층 철골 골조의 내진성능 평가에 적용하였다. 제안된 방법의 정확성을 검증하기 위하여 기존의 내진성능 평가방법인 능력스펙트럼법과 시간이력해석법에 의한 결과와 비교하였다. 제안된 방법은 능력스펙트럼법과 동일한 결과를 보였으며 시간이력해석 결과와도 비교적 잘 일치하였다.

교량의 내진설계에 있어서 일반적인 중.소지간의 교량에 적용하도록 규정법 단일모드 스펙트럼 해석법은 비교적 작은 규모의 단순교량에 적용되는 있는 간단한 내진설계방법에며 국내외를 통틀어 가장 많이 사용되는 방법이다. 그러나 최근에 들어서부터 구조형상이 복잡해지고 지간이 길고 교각고가 높은, 규모가 큰 비정형 교량이 많이 시공되고 있으며 이러한 경우에는 교량의 안전과 경제적, 효율적인 설계를 위해서 반드시 다중모드 스펙트럼 해석법이나 입력지진파에 의한 시간이력해석에 의해서 검토되는 것이 바람직하다.다중모드 스펙트럼 해석법의 경우에는 교량의 형식, 경간의 수, 교각의 강성, 인접교각과의 상대적 강성 및 상부구조의 지지조건 등에 따라서 같은 유형의 교량이라 하더라도 진동응답은 각기 다르기 때문에 일률적인 규칙을 적용하는데에는 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 도로교량에 대한 효율적인 내진설계가 이루어지기 위해서, 교량이 진동응답 및 특성을 파악할 수 있는 3차원 동적해석 프로그램을 작성하여 내진해석이 용이하게 이루어질 수 있도록 하였으며, 후처리 프로그램을 사용하므로써 동적해석프로그램에 의한 결과를 곧바로 내진설계에 반영할 수 있도록 하였으며, 후처리 프로그램을 사용하므로써 동적해석프로그램에 의한 결과를 곧바로 내진설계에 반영할 수 있도록 하였다. 또한 교량의 형식, 규모, 지지조건 등의 변화에 따른 동적 해석결과로부터 적절하고 효율적인 내진설계의 기준을 제시하였다.

우리나라의 경우 한정적인 대지조건으로 인해 고층 건축물의 수요가 증가하고 있으며 세계 각국을 포함한 국내의 지진 피해를 토대로 기존의 내진설계 기준은 강도설계법에서 성능기반설계법으로 적용되고 있다. 여기서 지진하중에 대응하는 구조물의 목표 성능수준을 각 부재의 비선형특성에 기반하여 만족하도록 설계하는 성능기반설계법 중에서도 목표성능수준을 변위에 맞추어 주어진 목표변위 이내로 응답이 제어될 수 있도록 설계하는 변위기반설계법을 다룬다. 특히 특수전단벽체 적용 연구자료를 구축하기 위해 두께 200mm를 갖는 22층 철근콘크리트 전단벽체구조에 대해 변위기반설계법을 토대로 내진성능 개선을 위한 내진성능 평가를 실시하고자 한다.

세계적으로 지진과 같은 자연재해로 인한 대규모 피해가 증가하고 있다. 다양한 연구를 통하여 건물에 대한 내진성능은 확보되었으나, 비구조요소의 내진성능 확보 미흡으로 인하여 인명 피해 및 경제적 손실이 발생하고 있다. 비구조요소는 구조물에 설치되는 위치가 다양하고, 구조물의 위치에 따라 발생하는 진동특성이 다르므로 구조물의 위치별 응답스펙트럼이 필요하다. 또한 구조물의 형식과 구조물이 설치되는 위치에 따라 구조물에 발생하는 응답스펙트럼이 다르게 발생한다. 따라서 응답스펙트럼의 선정이 중요하므로 비구조요소에 작용하는 응답스펙트럼을 도출할 수 있는 명확한 방법이 필요하다. 본 논문에서는 응답스펙트럼을 도출하는 방법을 제안하였으며, 제안한 방법으로 국내에서 발생 가능한 지반응답스펙트럼과 구조시스템을 선정하여 구조해석을 수행하였다. 또한, 간단한 수식으로 응답스펙트럼을 도출하는 방법을 제안함으로서, 비구조요소의 내진시험에 필요한 응답스펙트럼을 생성할 수 있도록 하였다.

This study examined the validity of the level of the earthquake load defined in the Korea specification for the tower crane which utilized the equivalent static load. The specification on the structure and performance of tower crane defined that the earthquake load should be considered as a horizontal load corresponding to 15 % of a crane self weight. However, this definition did not reflect the vibration characteristic including frequencies of the tower crane. Thus, it is necessary to carry out a study on the earthquake behavior of tower cranes that reflected the dynamic characteristic of earthquake loads and tower cranes. it was thought that the level of earthquake load defined in equivalent static analysis for the tower crane did not reflect the structural behavior of the tower crane correctly by overestimating the response from tower crane.

본 논문에서는 역강성법을 비좌굴 가새골조시스템의 내진설계에 적용하여 목표 변위를 만족시키는 비좌굴 가새의 단면적을 산정하였으며, 기존 연구와 비교하여 타당성을 검토하였다. 본 설계 방법은 개념이 직관적이고 적용이 간편하며, 고차모드 고려가 가능하고 각 층의 연성도를 개별적으로 조절할 수 있는 장점이 있다. 각 모델에 본 설계법을 적용한 결과, 전반적으로 목표변위 증가에 따라 가새 단면적이 감소하지만 층수와 연성도의 증가에 따라 일부층에서 오히려 가새 단면적이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 항복 후 강성비의 변화가 단면적에 끼치는 영향은 가새의 항복 후 강성비가 작은 경우 더 민감한 차이를 보이는 것으로 나타났다.