국내의 자동차 제작은 짧은 기간에 상당한 생산수준을 이룩하고는 있지만 경험과 기술축적은 그 성장세를 따르지 못하고 있는 것이 사실이다. 일본의 경우와 같이 자동차 각 사의 기술 및 정보 교환이 활발하지 못하고 기초적인 설계방식에 눈을 돌릴 여유가 없었음을 인정하지 않을 수 없다. 근간에 자동차 5개사가 모여 자동차기술연구소를 설립한다는 소식이 고무적이기도 하지만 각자의 사심을 버리고 서로 협력하여 좀더 넓은 안목으로 국외로 시야를 돌려 지금이라도 국제 적인 경쟁력을 키워 나가야 할 때라 생각한다. 이러한 관점에서 국내의 상황에 적절한 설계 및 해석의 연구에 역점을 두고 활발한 연구가 이루어져야 하겠고 이에 필요한 강도해석의 기준을 설정하는 것도 시급한 과제라고 아니할 수 없다.
본 논문에서는 500kV급 composite bushing에 사용되는 FRP tube 및 금구류에 대하여 풍하중에 대한 강도안전성을 평가하였다. 제품의 평가는 유한요소법을 이용한 구조해석을 진행하였으며, 해석 결과 풍하중에 대하여 충분한 강도 안전성 및 안전율을 가지고 제품이 설계된 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 제시한 결과를 바탕으로 composite bushing은 강도안전성 측면에서 신뢰성 있는 제품으로 개발이 이루어지고 있음을 확인할 수 있으며, 향후 유한요소법을 이용한 해석을 통해 제품 개발 기간의 단축과 소비자에게 보다 향상된 품질을 보증하는데 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
풍력발전 타워용 종방향 보강 원형단면 강재 쉘에 대하여 재료 및 기하학적 비선형 유한요소법(GMNIA)으로 극한압축강도 해석을 수행하였다. 보강 쉘의 반경 대 두께비, 초기변형 형상 및 진폭, 종방향보강재의 면적 및 간격 등의 주요 설계 파라미터가 압축력을 받는 보강 쉘의 극한강도에 미치는 영향을 분석하였으며, DNV 설계기준에 의한 설계좌굴강도와 유한요소해석으로 구한 극한압축강도를 비교하였다. 기하학적 초기결함의 형상은 선형 좌굴해석으로부터 구한 좌굴모드 및 제작 과정에서 용접으로 발생하는 딤플 변형을 고려하였다. 해석 대상 보강 쉘의 반경 대 두께비는 50~200이며, 종방향보강재는 횡비틀림좌굴과 국부좌굴이 발생하지 않도록 DNV 설계기준에 따라 두께와 돌출폭을 결정하였다.
선체(船體)의 횡강도(橫强度) 부재(部材)를 설계(設計)하기 위해서는 필수적(必須的)으로 횡강도(橫强度) 해석(解析)을 수반(隨伴)하여야 하며 이에 따라 많은 작업(作業) 시간(時間) 및 계산(計算) 시간(時間)이 필요(必要)하게 된다. 선체(船體)의 횡강도(橫强度) 해석(解析)을 위해 종래(從來)에는 경사(傾斜) 처짐법을 이용(利用)한 해석적(解析的) 방법(方法)이 사용(使用)되어 왔지만 부재(部材)의 신축(伸縮)을 무시(無視)함에 따라 해(解)의 정도(精度)가 상당히 낮을 뿐아니라 층방정식(層方程式)을 표현(表現)하기가 까다로워 프로그램 구성(構成)이 어렵다. 또한 최근(最近) computer의 발달(發達)과 함께 급속도(急速度)로 발전(發展)하고 있는 유한요소법(有限要素法)을 이용(利用)하여 선체(船體)의 횡강도(橫强度) 해석(解析)을 수행(遂行)하고 있지만 아직도 구조(構造) 설계(設計) 및 최적(最適) 구조(構造) 설계(設計)를 수행(遂行)하기에는 계산(計算) 시간(時間)의 극복(克服)이 어려운 실정(實情)이다. 본(本) 연구(硏究)에서는 선체(船體)의 구조(構造) 해석(解析) 및 설계(設計)를 위해 bracket이 붙은 부분을 span point 개념(槪念)을 도입(導入)하여 처리(處理)하고, 기존(旣存)의 경사(傾斜) 처짐법에서 무시(無視)하였던 부재(部材)의 신축(伸縮)에 따른 축방향(軸方向)의 변위(變位)를 고려(考慮)하여 각 절점(節点)에서의 평형방정식(平衡方程式)으로만 해(解)를 구할 수 있도록 하고 matrix method와 결합(結合)하여 2차원(次元) 및 3차원(次元)에 대한 일반화(一般化) 경사(傾斜) 처짐법을 유도(誘導)하였으며 기존(旣存)의 경사(傾斜) 처짐법 및 유한요소법(有限要素法)과 계산(計算) 시간(時間) 및 정도(精度)를 비교하여 본(本) 해석(解析) 방법(方法)의 우수성(優秀性)을 입증(立證)하였다.
본 논문의 목적은 R.C.보 최적설계에 이산수학계획법을 적용하여 상세설계를 포함하는 실제설계의 가능성을 연구하기 위한 것이다. 이산최적문제에서 설계변수로는 단면의 총높이, 폭, 유효높이 및 길이방향철근의 단면적 그리고 전단철근의 단면적과 길이 방향철근의 절단점과 같은 상세변수 등이 고려되었다. 목적함수는 경비함수로 취했으며, 제약조건으로는 강도설계법에 의한 설계휨강도, 전단강도, 연성, 사용성, 콘크리트 덮개 및 철근간격, 복부보강 그리고 정착길이와 길이방향철근의 절단점 등에 관한 시방서 요구사항을 고려하여 문제를 형성하였다. 이산변수를 갖는 최적설계를 효율적으로 실행하기 위해 첫째단계에서 Feasible Direction Methed를 이용하여 연속최적해를 구했으며, 둘째단계에서 분기한계법(Branch and bound method)을 이용하여 이산최적해를 얻는 최적화 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘의 신뢰도를 검증하기 위해 2개의 이산설계변수를 갖는 수치예에 적용하여 도해법 및 rounde-up method와 그 결과를 비교하였고, 단순지지된 R.C.보 및 2경간연속 R.C.보에 적용하여 제안된 알고리즘의 신뢰도, 효율성 및 적용성을 입증하였다.
콘관입시험(CPT)은 의사정적상태로 수행되는 현장시험방법으로서, 각종 기초구조물의 설계와 더불어 지반조사를 위한 대표적 방법으로 널리 적용되고 있다. 본 논문에서는 콘관입시험결과를 이용하여 사질토 지반에 있어서 지반강도의 상세평가법을 제안하고자 한다. 사질토의 강도는 상대밀도와 응력상태에 따라 변하는 상태의존적 성질을 나타내고 있으나, 이러한 역학적 성질은 실험실 내에서만 측정이 가능한 상태이며, 현장강도의 경험식이나, 대표강도의 평가만이 제안되어 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 대표적 현장시험방법인 CPT를 이용하여 다이러턴시 특성 평가가 가능하며, 다양한 지반특성치가 반영될 수 있는 현장강도의 상세평가법을 제안하고자 한다. 이를 위해 실내삼축압축시험을 통해 얻어진 강도특성과 역학특성치들을 분석하였으며, 이를 토대로 수정 다일러턴시 평가법을 제안하였다. 제안된 방법의 검증을 위해 가압토조를 이용한 콘관입시험을 수행하였으며, 측정값과의 비교분석을 수행하였다.
섬유강화폴리머(FRP) 보강 철근콘크리트(RC) 구조물은 보강효과가 충분히 발휘되기 전에 보강재의 탈락으로 보강효과의 상실 및 구조부재의 갑작스러운 파괴를 야기할 수 있다. 현재 FRP 보강보의 박리파괴강도는 설계지침에서 제시된 보강재의 탈락변형률에 근거하여 무보강 RC보와 동일한 강도해석법을 적용하고 있다. 그러나, 각 설계지침에 따라 FRP 보강재의 탈락변형률이 달리 제시되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 유리섬유강화폴리머(GFRP)로 보강된 RC보의 박리파괴 휨 강도 실험을 통해 각 설계기준에서 제시된 보강재 탈락변형률에 의한 박리파괴강도를 비교 평가하였다. 또한, 보강재 탈락에 의한 파괴는 콘크리트의 압축변형률이 극한변형률에 도달하기 전에 발생하므로, 본 연구에서는 재료의 비선형 응력분포를 고려한 해석을 수행하였다. 그리고, GFRP 보강 RC보의 설계 박리파괴강도 산정 시 강도설계법에 의해 산정된 무보강 RC보의 극한휨강도와 유사한 안전율을 나타낼 수 있는 강도식을 제시하였다.
현존하는 매립형 합성기둥의 한계상태설계법은 합성재로서의 단면과 재료의 성능을 정의하는 설계식에 비논리적이며 모호한 부분을 내포하고 있다. 본 연구는 기존의 설계식을 제정하는데 사용한 과거의 연구자료를 조사하며 비논리적이며 모호한 점들을 분석하였다. 즉, 합성단면으로서의 항복강도와 탄성계수의 환산, 좌굴강도를 산정하는데 영향을 주는 설계식에서 단면2차모멘트 대신에 단면적의 사용. 강재 단면과 콘크리트 단면의 단면2차반경 중에서 큰 값의 적용등을 분석하였다. 본 연구는 기존의 설계식을 개선하며 두 가지 방법의 설계식을 제안하였으며 이 방법들은 실무 설계에 곧바로 적용될 수가 있다.
현재 구조해석의 컴퓨터 응용과 건축설계도면작성의 컴퓨터 응용이 개별적으로 개발되는 경우가 많은데 한꺼번에 모든 시스템을 일련으로 연결하는 것은 쉬운 일이 아니므로, 우선 구조해석의 자료를 그대로 이용할 수 있는 골조도면작성의 컴퓨터 응용프로그램을 개발함으로써 앞으로 건축설계도면작성 프로그램과 연결도 고려할 수 있다고 본다. 본 CAD시스템은 현재에는 국내에서 통용되고 있는 건설부 규준에 의거하여 개발되었고, ACI의 극한강도 설계법으로 sub-program을 수정하여 이용할 수 있겠다.
유한요소법을 이용하여 적용범위가 제한되고 부정확한 기존의 설계방법을 대치할 수 있는 새로운 철근 콘크리트 슬래브 설계법을 제시하였다. 제시된 방법을 이용하면 어떠한 기하형태의 슬래브 시스템에 대해서도 정확하고 효율적인 설계결과를 얻게된다. 슬래브 설계에 사용되는 등매개 판요소는 적분에 소요되는 계산기간을 절감할 수 있도록 매우 효율적으로 유도되었다. 슬래브 철근의 설계는 강도설계법을 이용하였고, 시방서 최소 철근량과도 비교하였다. 해석결과 모멘트와 설계철근량은 컴퓨터 그래픽을 이용하여 일목요연한 등고선으로 도시하여 설계편의를 제고시켰다. 등매개 판요소의 정확한 전단력을 이용하여 전단에 대한 적절한 검토도 할 수 있게 하였다. 철근과 콘크리트의 균열을 고려한 비탄성 처짐계수법을 개발하여 사용하중하의 처짐을 적합하게 계산할 수 있도록 하므로써 슬래브의 사용성도 검토할 수 있도록 하였다. 개구부가 있는 원형 슬래브 예를 들어 비정형 슬래브 설계에도 제시하는 방법이 손쉽게 적용될 수 있음을 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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