본 논문에서는 행렬응축기법 및 부구조기법을 이용하여 가변형 입체 복합 공간 구조물을 효율적으로 해석할 수 있는 해석기법을 제안하였다. 최근 구조공학의 발전과 더불어 다양한 사회적 경제적 요구에 의해 가변형 입체 복합 공간 구조물에 대한 연구가 진행되고 있다. 가변형 입체 복합 공간 구조물은 많은 구조부재가 필요 하며, 부재 수가 많아짐에 따라 각 절점이 가지는 자유도수가 크게 증가하여 초기 해석 과정에서 많은 시간이 요구된다. 또한 구조물이 변경되는 경우에는 변경되는 부분의 강성의 변화에 따라 전체 구조물의 강성이 변경되므로 이에 따른 전체 구조물의 재해석 과정이 필요하다. 이러한 점에서 구조물의 자유도수를 줄여주는 행렬응축기법과 반복적인 해석과정을 줄여주는 부구조기법은 가변형 입체 복합 공간구조물을 효율적으로 해석 할 수 있는 방법이 될 수 있다. 본 논문에서는 행렬응축기법과 부구조기법을 이용하여 가변형 입체 복합 공간 구조물을 효율적으로 해석할 수 있는 해석기법을 제안하고, 이를 토대로 구체적인 알고리즘을 작성하였다. 또한 알고리즘을 구체화시켜 가변형 입체 복합 공간 구조시스템에 적합한 구조해석 프로그램을 개발하여 예제 구조물에 대하여 구조해석을 수행하였으며, 구조해석 결과를 상용프로 그램의 구조해석 결과와 비교하여 해석기법에 대한 정확성 및 효율성을 검토하였다.
달걀낙하시험시 사용되었던 안정한 형태에서 아이디어를 얻어 구조물의 형상을 결정하게 되었다. 사이트의 가장 큰 특징인 수변공간을 유지하는 동시에 활용하는 방안으로 띄운 구조를 적용하였다. 리조트 시설인 공간의 특성에 따라 대공간구조를 사용하여 긴 스팬을 최대한 이용하는 반면 지반에 전달되는 연직하중을 최소한으로 하고자 하였다. 이 구조물은 서울이라는 거대한 도심의 중심에 위치하는 휴식공간인 동시에 랜드마크가 될 것이다.
도시공간은 도시민의 안정적인 경제/문화/기타 활동 유지를 위해 개발 및 관리되어진다. 최근 도시공간 내에 존재하는 다양한 형태의 구조물에 대한 안전에 많은 관심이 쏠리고 있는 상황에서 이러한 도시 구조물에 대한 신속 정확한 형태학적 특성 분석이 요구되고 있다. 그러나 이러한 도시 구조물에 대한 모니터링에 대한 관심에 못지 않게 주변의 다양한 식생이나 피복에 대한 분석에 대한 요구가 증가하고 있다. 따라서 이 연구에서는 도시공간내 존재하는 다양한 식생의 피복을 분석하기 위해 NIR 방사 자료를 활용하는 기초적 연구를 통해 근적외선 방사자료를 통한 피복분석을 효과적으로 실시하였다.
쾌적한 지상공간의 삶을 위하여 전세계적으로 지하공간 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 그 규모도 점차 대형화하고 었는 추세이다. 하지만 밀집한 상부 구조물에 대한 피해 우려와 기존 지하공간과의 간섭 등으로 인하여 새로운 지하공간 건설 시 많은 주의가 필요한 실정이다. 천층에 굴착되는 터널의 경우, 굴착으로 인한 상부 구조물의 피해를 최소화하기 위하여 구조물 하부 및 터널 주변지반의 보강이 필수적이나 그 적정범위에 대한 기준은 마련되어있지 않은 설정이다. 본 논문에서는 직경 20 m의 대단면 터널이 구조물 하부에 시공되는 경우에 대해서 수치해석을 실시하여, 터널과 구조물간의 수직 및 수평이격거리에 따른 구조물 피해정도를 조사하였고 보강이 필요한 경우에는 각각의 경우별로 최적의 보강범위를 제시하였다. 본 논문에서 다룬 지반조건에 대한 해석결과, 수직이격거리가 0.50(D 터널등가직경)인 경우에는 수평이격거리가 0D에 근접하면서부터 보강이 필요한 것으로 나타났으며, 수직이격거리가 0.75D인 경우에는 터널이 구조물 하부에 위치할 때 보강이 필요하였다. 또한 수직이격거리가 1D 이상인 경우에는 수평이격거리에 상관없이 보강이 필요 없는 것으로 나타났다. 구조물 기초지반 보강범위는 갚이 7 m, 폭은 구조물 전제를 포함하여 터널 측벽에서 5 m 벗어난 곳까지이다. 상황에 따라 적절한 보강공법을 선택하였을 경우, 이와 같은 보강범위는 구조물 안정에 충분한 것으로 나타났다.
최근 구조물 계측분야에서 구조물의 동적 변위응답 측정에 관한 연구가 주목을 받고 있다. 본 연구는 이와 같은 동적 변위데이터의 활용도를 넓히고자 구조안전도 평가를 위한 방법론 제시를 목표로, 동적 변위데이터를 활용하여 부공간 시스템 식별법이 적용된 구조물 물리량 추정기법을 개발하였다. 진동 변위 데이터로부터의 상태공간모델을 추정하기 위한 부공간 시스템 식별 이론과 시스템의 물리량을 도출하기 위한 물리해석 기법을 제시하였고 실험적 검증을 위해 동적 실험을 수행하였다. 3자유도 철골 구조물을 제작하여 진동대를 활용해 지반 가진하여 각 층의 변위 데이터와 진동대의 가속도 데이터를 계측하였다. 계측된 데이터를 활용해 이산화 된 상태공간모델을 생성하였고 정밀도 파악을 위해 상태공간방정식을 통한 전산 해석을 수행하였으며, 철제 구조물의 상태공간모델로부터 층강성을 추출하였다. 또한 상태공간모델로부터 추출된 층강성을 기준으로 5가지의 기둥강성 보강 및 손상 시나리오를 설정하여 매 시나리오별 층강성 변화율을 추출하였으며 동일한 조건의 보강 및 손상의 경우, 강성 변화가 높은 일치율을 보이는 것을 확인하였다.
트러스형 공간 구조물은 무주의 대공간을 덮을 수 있는 장점과 구조적 성질이 동일한 등가 연속체 쉘 로 치환하여도 비교적 정확한 해를 얻을 수 있다는 장점으로 인해 21세기 첨단 구조물의 한 장인 초대형 구조물 분야에 많이 활용되고 있으며, 효율적인 부재의 이용과 대량생산의 가능성으로 인해 많은 발전을 해 왔다. 그러나 이러한 쉘 형태의 공간 구조물은 구조 거동의 특성상 주로 구조안정문제가 구조설계에서 해결해야하는 핵심적인 기술력이 되며, 이를 어떻게 해결하여야 할 것인가의 문제는 아직도 많은 연구자들에게 난제로 남아 있다. 즉, 연속체 쉘 구조의 원리에서 긴 경간을 얇게 만들면, 뜀좌굴과 분기좌굴같은 불안정 거동이 나타나게 되며, 이러한 쉘형 구조 시스템에서 구조 불안정 문제의 특징은 초기 조건에 매우 민감하게 반응한다는 것이고, 이런 문제들은 수학적으로 비선형 문제에 귀착하게 된다. 따라서, 본 논문에서는 공간 프레임형 구조물의 불안정 현상을 살펴보기 위하여, 다양한 파라메타중 초기불완전량과 rise-span 비가 트러스 구조물의 불안정 현상에 미치는 영향을 알아보고자 하며, 이를 위해 1-자유절점 공간구조물, 2-자유절점 공간구조물, 다-자유절점 공간구조물을 예제로 채택하여 불안정 거동을 살펴보고자 한다.
오늘날 과학과 경제 성장의 급속한 발달로 인해 많은 시설들이 건설되어 왔으며, 그 중에서 구조물들은 기술의 발달 및 제한적 공간의 효율적 사용으로 인하여 대형화 및 고층화가 가속되고 있는 실정으로 인해, 많은 구조물의 안전성 문제가 대두되고 있다. 특히, 과거의 노후화된 구조물은 유지 관리에 많은 인력과 예산이 필요하며, 구조물의 안전 상태를 손쉽게 모니터링 할 수 있는 기법의 개발은 시급하다고 할 수 있다. 그러므로, 구조물의 유지 관리 시스템은 구조물을 보다 효율적으로 관리하여 구조물의 내구성과 안전성을 증가시키며, 구조물 거동 시스템은 효율적인 유지관리 차원을 위한 경제적, 기술적인 결정체라 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 위성을 이용한 GPS 측량방법으로 보다 경제적이고 정확한 자료를 취득하고, 구조물의 안전 상태가 자동 모니터링 되는 구조물 거동 경보 시스템을 개발하였다. 이렇게 개발된 구조물 거동 시스템은 구조물 거동의 절대 변위를 측정하여 구조적 변형,손상 감지등을 지속적으로 모니터링 함으로써 신뢰성과 안전성을 증진시킬 수 있을 것으로 기대된다.
좁은 면적을 효율적으로 이용하고자 현대의 구조물들은 더욱 고층화 및 대형화가 되어가고 있는 추세이며, 이러한 구조물들에 대한 안정성 및 유지관리의 효율적인 자료관리가 시급한 실정이다. 또한, 구조물의 안정성에 관여된 여러 가지 요소들을 보다 종합적이며 효율적인 자료의 관리가 뒷받침이 되어야 보다 정확하고 경제적인 유지관리가 이루어질 것이다. 따라서, 본 연구에서는 구조물의 안전진단의 자료를 기초로 하여 효율적이며 조직적인 자료관리를 위하여 GIS를 적용하여 구조물의 유지관리 시스템 구축에 대한 효용성에 대하여 연구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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