본 연구에서는 1차항 판이론에 기반한 적층된 ACM 경사판의 기하학적 비선형 동적해석을 수행하였다. 비선형 동 적해를 구하기 위하여 Newmark 방법과 Newton-Raphson 반복법을 혼용하여 적용하였다. 본 연구에서 개발한 유한요 소 해석프로그램을 사용하여 경사각도와 적층 배열의 변화가 판의 기하학적 비선형 거동에 미치는 영향을 상세 분 석하였다. 몇 가지 수치해석 결과는 기존 연구자로부터 얻어진 결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 본 연구의 새 로운 결과는 경사 적층 구조의 경사각도와 적층 배열과의 중요한 상호관계를 보여준다. 몇 가지 수치예제는 ACM 경사 적층판을 설계하는데 필요한 가이드라인을 제시하였다.

합성형 사교는 비합성형 사교에 비해 역학적 측면에서 큰 장점을 지니고 있는 것이 사실이지만 사각이 심한 사교들의 경우 합성형 사교에 매우 큰 상판응력이 유발될 가능성이 있어 종종 이들 사교들에 대한 비합성형 설계가 검토되어지곤 한다. 본 연구에서는 동적해석이 가능한 비합성형 사교의 해석모델을 제안하고 이 해석모델들을 이용하여 사교들에 대한 비합성형의 적용 타당성을 검토하였다. 또한 주형과 상판과의 세 가지 상호작용(합성작용, 부분합성작용, 비합성작용)이 단순 판형사교들의 동적특성과 동적거동에 미치는 영향을 조사하였다. 주형간격, 사각, 상판 종횡비를 매개변수로 총 27개의 판형 사교들에 대한 일련의 연구를 수행하였다. 상판과 주형 경계면에서의 미끄러짐은 고유진동주기가 길어지는 현상을 유발하여 사교의 교축직각방향에 작용하는 전체밑면전단력의 크기를 감소시킬 수도 있지만 모드형장과 강성분포에 큰 영향을 미쳐 바람직하지 않은 사교 거동을 유발할 수도 있다. 부분합성작용의 최소 규정에 따라 설치된 전단연결재는 주형응력과 상판응력을 감소시키는 효과가 있다. 즉, 몇몇 사교의 경우를 제외하고는 전반적으로 부분합성형으로부터 구한 주형응력과 상판응력의 크기는 합성형 사교로부터 구한 관련 응력들의 크기와 유사하거나 약간 크게 나타난다.

합성형은 비합성형에 비해 역학적 측면에서 큰 장점을 지닌 것이 사실이지만 사각이 심한 사교들의 경우 합성형은 매우 큰 상판응력을 유발할 수 있기 때문에 종종 이들 사교들에 대한 비합성형 설계가 검토되어지곤 한다. 하지만 이러한 비합성형은 상판과 주형 경계면에서의 미끄러짐(slip)과 같은 구조적인 문제점을 지니고 있어 현장에 적용하기에는 다소 어려움이 있다. 본 연구에서는 사교들의 전반적인 거동에 영향을 미치는 상판과 주형간의 두 가지 상호작용(합성작용과 비합성작용) 효과를 분석하여 사각이 심한 사교들에 대한 합성형의 적용 타당성을 조사하였다. 주형간격, 사각, 상판 종횡비를 매개변수로 총 27개의 단순지지된 사교들에 대한 일련의 연구를 수행하였다. 이전 연구에서 제안된 바 있는 받침들간의 강성조정 개념을 이용하여 합성형 사교의 거동을 개선시킬 수 있는 가능성도 함께 검토하였다. 해석결과로부터 비합성 사교들보다 합성형 사교들에서 훨씬 바람직한 거동이 나타나며 받침들간의 강성조정 방법은 보다 합리적이며 경제적인 합성형 사교 및 하부구조의 설계를 가능하게 해준다.

본 연구의 목적은 평판의 모서리 둔각이 135도까지를 갖는 재료적 비선형 경사평판을 해석하기 위해 C°-계층적 평판요소를 개발하는 것이다. 기하학적 변환을 통해 경사진 경계조건은 직각좌표계의 좌표변환을 이용하여 해결할 수 있다. 여기서, 경사경계는 경사진 변 전체 또는 경사교량의 교좌위치와 관련된 몇 개의 선택지점만을 고려할 수 있게 하였다. 이 목적을 위해 경사교량의 교좌장치의 이동방향을 설명할 수 있도록 1차 전단변형을 갖는 Reissner/Mindlin 평판이론에 기초를 둔 5-자유도 경사평판요소가 정식화되었다. 한편, 평판의 극한내하력을 추정하기 위해 von-Mises 항복기준에 기초를 둔 소성유동법칙을 갖는 증분소성이론이 채택되었다. 또한, ADINA 소프트웨어에 의한 h-version 모델과 제안된 p-version 모델을 사용하여 경사각, 경계조건과 하중의 변화에 따른 영향을 조사하였다. 해석결과는 이론값과 문헌에 보고된 수치해석값과 비교되었다. 자유도 수에 따른 정확도를 비교기준으로 한다면, 본 연구에서 제안된 해석모델은 지금까지 개발된 가장 효율적 도구의 하나라고 할 수 있다.

본 연구에서는 LRB 받침을 갖는 플레이트 거더교를 해석 대상 교량으로 하고 편구배별 곡선반경과 사각을 해석변수로 하여 교량 받침의 반력에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 지진파로는 El-Centro 지진 기록과 인공지진파를 각각 교축방향과 교축직각방향으로 적용 하고 3D 해석을 수행하였다. 해석결과, 곡선교 내측과 예각부에서 부반력이 발생될 가능성이 높은 위치로 나타났으며, 또한, 교축 직각방향으 로 지진이 작용하였을 때가 또한 가능성이 높은 조건으로 해석되었다. 그 이외에도 직선교보다는 곡선교이면서 곡률반경이 작고 사각이 작을 수록 부반력의 발생 가능성이 높은 것으로 나타났다. 따라서 교량의 부반력 발생여부는 지진파의 종류 및 교량의 편구배, 곡선반경, 사각 등을 종합적으로 고려하여 검토하여야 할 것으로 판단된다.

To evaluate the possibility of negative reaction at seismic isolation bearings subject to seismic load, seismic records of El-Centro and artificial earthquake wave were applied to a single-plate girder bridge with various analytical parameters of curvature radii and skew angles. It is found that seismic analysis using those parameters should be carried out to prevent negative reaction at support.

도로의 진출입로나 인터체인지에 널이 적용되고 있는 곡선교는 곡선반경, 사각 및 받침 간격 등에 따라 직선교보다 복잡한 거동을 나타낸다. 특히 상부구조물의 휨과 비틀림에 의해 솟음현상이 발생할 수 있고, 예각부 받침에는 부반력이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 곡선교에서 교량의 곡선반경, 받침간격 및 사각이 부반력에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 이를 위해 RAMP에 적용 가능한 지간(L)이 50m인 단경간의 강박스거더 곡선교를 대상으로 3차원 격자구조 모델을 이용하여 해석적인 방법으로 지점반력을 산출하였다. 부반력은 교량의 평면형상, 구조계의 형성, 받침의 조건 등에 의해 그 크기가 결정 되므로 매개변수는 곡선반경, 사각 및 받침간격으로 하였으며, 도로교설계기준에 제시된 하중조합에 의해 발생되는 반력의 크기를 계산하였다. 수치해석한 결과에 의하면 부반력은 곡선반경, 받침간격 및 사각이 작을수록 크게 발생하는 것으로 나타났으며, 사각 60˚ 일때 곡선반경 250m 이하에서는 받침간격에 관계없이 항상 부반력이 발생하였고, 사각 75˚일 때 곡선반경 180m에서는 θ/B가 0.27 이하, 곡선반경 250m에서는 θ/B가 0.32 이하에서 부반력이 발생하지 않았으며, 사각 90˚ 일 때 곡선반경 130m에서는 θ/B가 0.38 이하 일 때와 곡선반경이 180m 이상일 때 부반력이 발생하지 않았다. 이상의 결과로부터 설계변수인 곡선반경, 받침간격 및 사각이 곡선교에서 부반력 발생과 밀접한 관계가 있음을 확인하였고, 곡선교의 설계시 설계변수들의 상호관계를 적절히 설정하면 부반력이 발생하지 않는 구조계로 설계가 가능함을 알 수 있었다.

연속교의 교대부와 교각부에 설치되는 받침 용량은 통상적으로 각 지점에 작용하는 최대수직반력의 크기에 따라 결정되며 교각부에 더 큰 용량의 받침이 위치한다. 본 연구에서는 지진격리장치가 적용된 세 가지 받침배치에 따른 사교의 지진거동 변화를 비교･분석하여 연속 사교의 지진성능 향상 가능성을 검토하였다. 기존 받침배치(Case A)를 기준으로 교각부에 설치되는 납고무받침(LRB)의 수평강성에 변화를 주어 세 가지 받침배치(Case A, Case B, Case C)를 선정하였다. 납고무받침 자체의 감쇠효과가 고려된 hybrid response spectrum을 이용한 응답스펙트럼 해석을 수행하여 총 36개의 연속 플레이트 거더 사교들의 지진거동을 조사하였다. 해석결과 교대부에 설치된 LRB와 유사한 수평강성 또는 작은 수평강성을 가진 LRB를 교각부에 설치할 때 훨씬 바람직한 사교의 지진거동이 유발되었다. 즉, 교각부에 설치되는 LRB의 수평강성 변화는 사교의 고유진동주기를 길게 하고 모드형상에 변화를 유발시켜 전체밑면전단력과 교각부에서의 최대밑면전단력 그리고 거더에 걸리는 응력을 크게 감소시킨다. 비록 하부구조의 유연성이 증가할수록 받침배치 변경에 따른 지진거동의 긍정적인 효과가 다소 감소되지만, 10m 미만의 교각 높이를 가지면서 지진격리받침(LRB)이 설치된 연속 플레이트 거더 사교의 경우 제안된 받침배치는 지진성능 향상을 가져온다.

본 연구에서는 강상자형 사교의 윤하중분배계수에 관련된 외국 설계규준들(AASHTO, AASHTO LRFD)의 문제점을 파악하고, 윤하중분배계수에 영향을 미치는 주요변수에 대한 평가를 수행하였다. 또한 다양한 강상자형 사교의 모델에 대한 유한요소해석을 수행하였으며, 그 결과를 바탕으로 회귀분석을 이용하여 강상자형사교의 윤하중분배계수를 산정하는 식을 제안하였다. 본 연구 제안식의 적용 시 기존 설계규준식의 문제점을 보완할 수 있고, 강상자형사교의 설계시 구조해석에 소요되는 시간을 절약할 수 있어, 그 타당성 및 실용성을 확인할 수 있었다.