이 연구의 목적은 섬유의 혼입량과 종류에 따른 고강도 섬유보강 복합재료의 정적하중에서의 압축강도 및 인장거동과 비상체 하중 하에서의 충격 저항성을 조사하고자 한다. 이를 위하여 3가지 배합을 설계하였고, 압축강도, 직접인장, 그리고 고속 비상체 충돌 실험을 수행하였다. 실험결과 섬유의 혼입량은 압축강도에 비하여 인장강도에 큰 영향을 미치며, 하이브리드 섬유 사용으로 인장변형성능이 향상되는 것으로 나타났다. 강섬유의 혼입량은 충격 저항성에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 하이브리드 섬유를 사용하면 충격 저항성이 더욱 향상되는 것으로 나타났다. 다만, 단일 섬유 사용에 비하여 실험체별성능 차이가 크게 발생하는 것으로 나타났다.
본 논문에서는 교량의 합리적인 설계하중결정과 설계기준을 유도하기 위한 연구를 수행하였다. 현행의 설계기준은 하중과 부재저항의 불확실성을 합리적으로 고려하지 못하고 있어 교량의 지간길이에 따라 안전도 수준이 서로 다르게 나타나고 있다. 따라서, 본 논문에서는 교량의 일반적인 지간길이에 따라 일정한 안전도수준을 갖을 수 있는 교량의 합리적인 설계하중과 설계기준을 유도하여 제시하였다. 본 연구에서 제시한 설계하중은 우리나라 도로상의 실제 통행차량 조사자료에 근거하였으며, 이에 따른 설계기준도 진보된 개념의 하중-저항계수형식으로 유도하였다. 또한, 통행량증가에 따른 영향을 고려하기 위하여 통행량에 따른 활하중계수를 유도하였다. 본 논문에서 유도된 설계하중과 설계기준은 교량의 지간길이에 따라 일정한 안전도로수준을 나타내고 있으며, 활하중 증가에 따른 영향을 합리적으로 고려하고 있어 앞으로 우리나라 도로설계기준에 유용한 자료를 제공할 것으로 사료된다.
본(本) 연구(硏究)에서는 군용전차의 교량통과시 노후도(老朽度)를 비롯한 각종 저항(抵抗) 및 하중(荷重)관련 불확실량(不確實量)을 체계적으로 포함한 한계상태모형(限界狀態模型)을 유도하고, 실용적이며 진보된 2차(次)모멘트 신뢰성(信賴性) 이론(理論)을 사용하여 군용교량(軍用橋梁) 및 일반교량(一般橋梁)의 신뢰성(信賴性)에 기초한 안전도(安全度) 분석방법(分析方法)과 하중저항계수(荷重抵抗係數) 형식의 급수계산방법(級數計算方法)을 제안(提案)하였다. 본(本) 연구(硏究)에서 제안(提案)하는 안전도(安全度) 분석(分析) 및 내하급수(耐荷級數) 판정방법(判定方法)을 몇 개의 실제 교량에 적용하여 보았다. 본(本) 연구(硏究)의 결과 현행 재래식 허용응력개념에 의한 NATO 급수계산방법은 실내하력(實耐荷力) 판정(判定)이 아닌 명목적인 급수판정방법에 불과함을 알 수 있으며, 따라서 본 연구에서 제시(提示)한 신뢰성방법(信賴性方法)에 의한 안전도(安全度) 분석방법(分析方法)과 하중(荷重)-저항계수(抵抗係數)형 급수 계산방법이나 이에 대응하는 합리적인 허용응력법(許容應力法)에 의한 실내하급수(實耐荷級數) 계산방법(計算方法)의 도입이 시급하다고 본다.
여러 가지 형식의 지오신세틱스가 개발되고 있는데, 설계 수명에 대한 신뢰성, 화학적 생물학적 내구성, 그리고 천공(꿰뚫림)에 대한 저항성 등에 대한 문제가 있는데도 불구하고 이들의 적용 분야는 증가 추세에 있다. 토공구조물이나 차수구조물에서 천공(꿰뚫림) 저항에 대한 문제는 해결되어야 할 중요한 문제로 드러나고 있다. 본 연구에서는 차수구조에 사용되는 여러 가지의 지오신세틱스의 천공(꿰뚫림) 저항성에 대하여 모형실험을 통하여 비교 분석하였다. 지오신세틱스에 천공(꿰뚫림)을 발생시키는 기구로서 두 가지 형식의 기구와 강자갈 그리고 쇄석을 사용하였다. 연구결과에 따르면, 천공기구의 형태는 재료의 천공(꿰뚫림)저항성에 큰 영향을 끼치고, 천공(꿰뚫림)강도의 크기는 천공(필뚫림) 발생기구의 형태와 재료에 따라 불규칙적인 것으로 나타났다.
본(本) 연구(硏究)는 강구조부재(鋼構造部材)의 안정성수준(安全性水準)을 LRFD에 의해 검토(檢討)하였다. 그리고, 우리 현실(現實)을 고려(考慮)한 목표신뢰성지수(目標信賴性指數)(${\beta}_0$)를 설정(設定)하여 이에 대한 저항(抵抗) 및 하중계수(荷重係數)를 방법(方法)으로 계산(計算)하였으며, 각(各) 도로교시방서(道路橋示方書) 공칭안전율(公稱安全率)과 이들 계산(計算)된 계수(係數)를 비교분석(比較分析)하였다. 강구조부재(鋼構造部材)의 저항(抵抗) 및 하중효과(荷重効果)에 대한 불확실량(不確實量) 산정(算定)은 Galambos-Ravindra 및 SGST의 하중(荷重) 및 저항(抵抗) 불확실량(不確實量) 해석방법(解析方法)에 따랐다. 그 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1) 현(現) 강구조부재(鋼構造部材)에 대한 목표신뢰성지수(目標信賴性指數)(${\beta}_0$)는 우리의 현실(現實)을 고려(考慮)하여 ${\beta}_0=3.5$가 적절(適切)하다. 2) 1)에 대한 강도설계(强度設計) 방정식(方程式)에 공칭저항(公稱抵抗) ${\phi}^{\prime}$, 공칭하중계수(公稱荷重係數) ${\gamma}^{\prime}$는 아래와 같다. a) 양연지지판(兩緣支持板): ${\phi}^{\prime}=0.75$, ${\gamma}_D{^{\prime}}=1.04$, ${\gamma}_L{^{\prime}}=2.08$ b) 편지지판(片支持板): ${\phi}^{\prime}=0.82$, ${\gamma}_D{^{\prime}}=1.04$, ${\gamma}_L{^{\prime}}=2.08$.
국내 기초구조물에 대한 하중저항계수설계법 개발의 일환으로 신뢰성에 기반한 항타강관말뚝의 저항계수를 산정하였다. 국내 정재하시험 및 지반조사 자료를 수집, 분석하여 측정 지지력 확인이 가능한 57개 자료에 대해서 선단부 N치 50을 기준으로 두 그룹으로 분류하였다(N<50, $N{\geq}50$). 구조물기초설계기준에서 제안하고 있는 두 가지 정역학적 설계공식에 대해서 대표 측정지지력과 설계지지력을 비교함으로써 저항편향계수를 평가하였다. 저항편향계수의 통계특성을 이용하여 일차신뢰도법 및 몬테카를로 시뮬레이션에 의한 엄밀한 신뢰성 분석을 실시하였다. 신뢰성 분석 결과 및 국내 말뚝기초의 설계, 시공 실무 특성을 종합적으로 고려하여 목표 신뢰도지수를 결정하였다. 무리말뚝의 여용성을 적용할 수 있는 경우 2.0, 2.33, 무리말뚝의 여용성을 적용할 수 없는 경우 2.5의 목표 신뢰도지수를 결정하였고, 일차신뢰도법 및 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하여 저항계수를 산정하였다.
신뢰도기반 교량설계기준에서 적용할 수 있는 새로운 종류의 차량활하중계수를 제시한다. 현재 사용하고 있는 차량활하중계수 1.8에 대한 적절성을 차량활하중의 재현주기와 교량설계수명에 기초하여 분석하였다. 중력방향하중 지배 한계상태에 대한 목표신뢰도지수 3.72는 적절한 논거 없이 너무 높게 설정된 값이며, 이에 상응하는 하중계수 1.8은 100년 설계수명 교량에서 재현주기 약 670만년 정도에 해당하는 활하중 파괴점을 나타내는 무의미한 값이라는 것을 보였다. 설계 풍속이나 지반가속도와 동일한 재현주기를 차량활하중에도 적용하면 차량활하중계수는 1.15 정도가 되고 목표신뢰도지수는 한계상태를 지배하는 하중에 따라서 2.0 혹은 2.5에 해당하게 된다. 제안한 목표신뢰도지수에 대한 전체 하중-저항계수 조합은 최적화에 의하여 산정하였다.
최근, 테러 및 전쟁과 관련된 폭발사고가 빈번히 발생하고 있으며, 특히 도심지에서는 이러한 폭발사고로 인해 인명피해 뿐 아니라 주요 시설물에도 큰 손상이 가해져 제2차, 3차의 피해가 발생하게 된다. 폭발사고에 대하여 인명 및 시설물을 안전하게 보호하기 위해서는 기본적으로 구조물에 가해지는 폭발하중 효과에 대한 이해가 필요하다. 폭발하중은 매우 빠른 시간 내에 콘크리트 구조물에 큰 압력으로 작용하는 하중이므로 변형률 속도와 구조물의 국부적인 손상을 고려하여 동적응답을 평가해야 한다. 일반적으로, 콘크리트는 다른 건설재료에 비해 상대적으로 높은 폭발저항성을 가진 재료이지만, 일반강도 콘크리트는 충격 및 폭발하중에 대하여 충분한 저항성능을 가지지 않는다. 그러므로 방호설계에서는 고에너지 흡수력과 높은 파괴저항성을 지니는 새로운 재료의 개발이 필요하다. 본 논문에서는 최근 활발하게 연구 중인 초고강도 콘크리트(UHSC)와 Reactive Powder Concrete(RPC)에 대한 방폭성능을 평가하고자 한다. UHSC와 RPC는 강도 및 성능향상, 부재의 치수 및 중량 감소, 내진저항성 향상과 같은 장점들로 인해 초고층건물 및 초장대교량에서 사용되어지고 있다. 또한 UHSC와 RPC는 9.11테러와 같은 테러 및 충격하중에 의한 사회주요시설물의 방호설계에 적용할 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 폭발하중에 대한 UHSC 및 RPC 구조물의 거동을 파악하기 위하여 $1.0m{\times}1.0m{\times}150mm$의 슬래브 구조물 시편을 제작하여 폭발실험을 수행하였으며, 폭발파의 특성 뿐만 아니라 최대 및 잔류 변위와 철근과 콘크리트 표면에서 변형률을 측정하여 구조물의 거동을 분석하였다. 또한 손상 및 파괴모드를 각 시편별로 측정하였다. 본 실험을 통해 UHSC 및 RPC가 일반강도콘크리트에 비해 폭발저항성이 높은 것으로 분석되었다.
토목구조물 설계에 있어서 가장 보편적으로 사용되고 있는 도로교에 대한 하중계수에 기초한 최적신뢰성해석모델을 제안하고, 또 총기대비용 최소화원칙에 기인한 최적하중-저항계수 및 최적 공칭안전율에 대한 이론적 근거를 제시하는 것이 본 연구의 주요내용이다. MFOSM과 AFOSM을 포함하는 주요 2차 모멘트신뢰성 이론을 비교분석함으로써 AFOSM의 근사식과 대수정규포근사식을 본 연구에서 제안하는 최적신뢰성 및 설계규준의 유도에 사용함이 적절하다는 것을 알 수 있었다.
풍속의 확률분포를 고려한 통영생산기지 LNG 하역설비인 Unloading arm의 신뢰성해석을 수행하였다. 기상대의 풍속 관측기록을 이용하여 풍속의 극치분포를 추정하였으며 구조물에 가해지는 풍하중은 풍속과 풍압계수를 적용한 분포하중으로 고려하였다. 하역설비는 판요소와 입체요소를 이용하여 모델링하였고 지면접촉부는 접촉요소를 이용하여 압축력에만 저항하도록 하였다. 신뢰성해석을 위해서 주요부위의 최대응력을 표현하는 응답면을 구하였으며 이 값이 허용응력 및 항복응력을 초과하는지의 여부를 신뢰함수로 정의하여 파괴확률을 구하였다. 또한, 재료강도의 저하가 파괴확률에 미치는 영향을 파악하기 위하여 민감도 분석을 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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