본 연구는 CSDP-선체 CAD 시스템 개발'4' 세부과제의 일환으로 수행되었으며 세부과제는 선체 구조 설계 기능을 전산화하기 위한 목표를 설정하고 CSDP 연구사업의 첫해년도부터 지금까지 4년간 수행하였다. 1차년도('88년∼'89년)에는 그 당시까지 단편적으로 개발된 구조설계 프로그 램을 통합하여 살물선 중앙부에 대해 선급규정에 의한 종강도 부재의 배치 및 치수결정 프로그 램을 개발하였다. 2차년도('89년∼'90년)에는 1차년도의 연구결과를 힁부재 및 힁격벽 부재까지 확장하여 살물선 중앙부의 종강도 부재, 힁격벽 부재의 배치 및 치수결정 프로그램을 개발하여 살물선 중앙부의 구조설계를 지원하는 프로그램을 완성하였다. 3차년도('91년∼'92년)에는, 이 중선각 유조선에 대한 관심이 고조되고 있는 바, 동 세부과제에서도 조선소의 요구에 따라 대상 선박을 살물선에서 이중선각 유조선으로 확장하고, 기존의batch방식을 대화식으로 교체하여 선급규정(DnV, L1oyd)에 의한 종강도 부재의 설계 기능과, 간이 해석에 의한 대화식 이중선각 유조선 중앙부의 구조배치 및 치수결정 기능을 갖는 프로그램(ISSMID_T)을 개발하였다. 당해 연도인 4차년도에는, 3차년도까지 개발한 프로그램의 기능, 성능을 보완 확장하였고, 또한 조선 전용 선체 CAD시스템(AUTOKON)과의 Interface도 삼성중공업과 공동으로 개발하였다.
본 연구의 목적은 평면 트러스의 단면치수 및 형 상 최적화 알고리즘을 개발 하는 것이다. 본 연구에 적용된 최적화 기법은 무제약 축차선형화기법(SUMT)의 extended penalty method와 다변수(多變數)를 가지는 직접탐사법인 Hooke & Jeeves method이다. 상기(上記) 언급된 두 방법은 단면최적화와 형상최적화 과정의 각 단계에서 반복적 다 최적설계 과정에서 최종의 최적값이 구해질 때까지 단면최적화와 형상최적화 과정이 반복적으로 상호작용하게 된다. 트러스의 형상최적화에 관한 기존의 연구문헌에서는 최적화의 설계변수로서 부재의 단면적과 절점좌표를 사용하였다. 이렇게 할 경우, 압축재의 좌굴특성을 제대로 반영하기 어려우므로 한정된 조건으로 좌굴특성을 부여하게 되어 보다 실제적인 최적설계에 많은 제약을 가져오게 되므로 본 연구에서는 부재의 실제치수와 절점좌표를 최적화의 설계 변수로 취하게 되므로 부재치수의 변화에 따른 좌굴특성의 변화를 최대한 반영할 수 있다.
고층 대형 건축물에 사용되는 기둥 보 등의 단면치수가 큰 Precast Concrete 부재는 제조과정에 있어서 외부에서의 가열뿐만 아니라, 시멘트수화열의 축척에 의한 내부에서의 온도 상승도 작용되기 때문에, 단면치수가 비교적 작은 벽, 밑바닥 등의 Precast Concrete 부재와는 다른 온도이력을 나타낸다고 생각할 수 있다. 이에 본 연구는 Precast Concrete적용을 위한 고강도 매스콘크리트 부재의 강도특성을 검토하기에 앞서, 온도이력특성을 밝히는 것을 목적으로 했다. 단면치수가 큰 Precast Concrete 모의부재의 단면치수, 단위시멘트량, 양생조건이 가각 다른 Precast Concrete 부재를 제조할 때의 온도이력특성을 총괄적으로 검토하여 분석하였다.
철근콘크리트 뼈대구조와 같이 설계변수가 과다하고, 제약조건식이 복잡한 구조물의 최적화를 위하여는 구조물을 여러개의 부분구조물로 분할하여 최적해를 구하는 분할법이 많이 사용되고 있다. 그러나 기존의 분할법에 의한 최적화는 구조해석과정과 고정된 부재력에대한 단면설계변수의 부분최적화 과정만으로 이루어지기 때문에, 최적해를 구하려면 반복적인 재해석과정만을 수행하지 않으면 안된다. 따라서 본 연구에서는 다단계분할법에 의하여 철근콘크리트 뼈대구조의 최적화 문제를 3단계로 형성하고, 분할된 부분최적화문제의 최적화시 전체구조의 강성 및 부재력 변화가 반영되어 부분 구조물의 결합을 유지시킬 수 있는 최적화 알고리즘을 제안하였다. 최적화 문제에서 설계변수로는 단면의 크기, 철근량, 모멘트 재분배율등을 취하고,목적함수는 경비함수, 제약조건으로는 강도설계법에 의한 부재강도, 시방서의 요구사항등을 고려하여 문제를 형성하였다. 본 연구에서 개발한 다단계 최적화과정의 첫째 단계에서는 탄성해석에 의하여 재분배모멘트의 설계공간을 형성한다. 이 때 부재력변화량추정(forece approximation technique)에 의하여 단면치수의 변화에 따른 부재력의 변화를 제약조건식 내에 포함시킬 수 있도록 하였다. 둘째 단면에서는 첫째 단계에서 구한 부재력변화량추정이 포함된 제약조건식 내에서 무제약최소화기법에 의하여 단면치수를 최적화하도록 하였다. 셋째 단계에서는 재분배 모멘트를 최적화하였으며, 이 때 재분배모멘트의 변화에 따른 단면설계 변수의 변화는 둘째 단계에서 구한 설계민감도(design sensitivity)를 이용하여 반영시키도록 하였다. 제안된 알고리즘을 1층 2경간 및 2층 1경간 뼈대구조에 적용하여 알고리즘의 타당성과 효율성을 입증하였다. 따라서 본 연구의 알고리즘은 철근 콘크리트 뼈대구조의 최적설계에 안정성있게 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
As a part of the research on existing structures of private homes from Joseon Era. Focusing on one hundred twenty five-purlin houses, the current study investigated the features and characteristics of the house structure from style, size, proportion and roof pitch, and measurements of key parts, and developed the following conclusions. Most are single-houses (89, 83%), and among them, there are 47 single front-terrace houses (39%), which is the highest number. The sizes of lower house structure do not differ greatly depending on the vertical structure, and single rear terrace house and double-house have relatively larger side sizes. The size of upper structure is larger in double-houses compared to other vertical structures, indicating a relatively higher roof. The cross-section measurement of major parts show that double-houses are larger than single-houses by 3cm in pillar, 3-4.5cm in crossbeam length, and 4.5cm in crossbeam width. However, Janghyeo width was consistent at 7.5 to 10.5cm, maintaining uniformity regardless of vertical structure of the houses. In addition, the cross-section measurements decreased from sixteenth to nineteenth century, with the size of pillar size decreasing the most. The result that the Janghyeo width is not related to the house structure house confirmed that the Janghyeo width was kept consistent regardless of the size of the house structure.
교량 구조물의 안전성(신뢰성) 평가는 중요한 작업으로서, 교량 구조물의 안전성은 부재 단면의 저항과부재에 작용하는 외부하중에 의해서 결정된다. 부재의 강도는 부재를 구성하는 재료의 강도, 부재의 치수 및 단면으 저항을 계산하는 산정식등에 내재하는 오차등으로 인해서 공칭저항과 실제값과는 많은 차이가 발생하며, 교량 구조물에서 발생하는 사하중 모멘트는 해석변수와 단면 자중에 의한 하중변수에 의해서 영향을 받는다. 본 연구에서는 사하중효과의 부재 저항의 확률특성을 결정하기 위한 신뢰성 연구를 수행하기 위해서 이들 기본변수들에 대한 확률특성을 실측 및 실험자료를 통해서 우선적으로 평가하였다. 이들을 구성하는 각 기본변수들의 확률특성은 기존 연구결과 및 본 연구의 현장 실측 자료를 hd해서 결정하였다. 본 연구의 교량의 안전도 평가 및 교량의 신뢰성 해석을 합리적으로 수행할 수 있는 유용한 토대를 제공하는 것으로 사료된다.
본 연구는 19세기에 중건된 조선시대 창경궁의 내전 전각을 대상으로, 지붕가구를 구성하는 주요 부재들의 치수계획을 고찰하고 서까래의 물매를 결정하는 요소를 분석하여 궁궐건축 내전 전각에 있어서 지붕가구계획의 기법을 밝히고자 하였다. 창경궁 내전 전각의 지붕가구를 형성하는 주요 부재의 치수계획은 다음과 같다. 먼저 평주의 길이는 궁궐지의 기록과 일치하였으며 고주의 계획치수는 촌(寸)단위까지 사용하였다. 영춘헌과 같이 평주의 길이가 촌단위까지 치목되어질 때 고주의 길이는 완척으로 계획되어 평주와 고주 사이에 형성되는 장연의 물매는 일정한 값을 갖는 것으로 판단된다. 한편 초익공 부재는 대체로 1.2척(尺)의 높이를 가지며 이익공의 경우에는 0.8척으로 초익공보다 0.4척 정도 작게 나타났다. 한편 장혀의 단면 폭은 0.3척으로 규모에 관계없이 일정하며, 다만 단면 높이의 경우 0.6~0.7척으로 대별된다. 도리의 직경은 1척을 기준으로 0.1척을 가감(加減)하였으며, 장연의 직경은 전각의 규모에 따라 0.5~0.6尺의 사이에 있는 것으로 나타났다. 한국 전통목조건축 지붕가구의 형성에서 서까래의 물매결정은 먼저 장연의 물매를 정한 후, 건물의 전체 높이를 결정하는 종도리의 높이를 정하고, 중연을 걸기 위해 동자주의 위치와 높이를 조정하는 방식으로 지붕가구를 계획하는 것으로 파악되었다. 특히 장연 물매는 건물 규모에 따라 특별히 정해진 값이 있는 것이 아니라 전면 평주높이와 포작의 구성 등에 따라 자연스럽게 결정된 것으로 추정된다. 그리고 중연을 사용하는 경우 중연물매의 결정방식은 양통 어칸을 등간격으로 분할한 후, 동자주의 위치 또는 길이를 조정하는 방법을 사용하였던 것으로 추정할 수 있다.
내구성과 관련하여 구조부재의 수축문제가 목구조에서는 커다란 관심사가 되고 있다. 특히, 목재 소재를 적극 활용하는 전통공법에서는 짜맞춤 부위, 부재와 벽 등에서 발생하는 건조수축에 의한 갈라짐 등의 결함이 더욱 문제시되고 있다. 또한, 최근 기둥-보 공법에서 많이 사용되고 있는 국내산 낙엽송 집성재의 이용에 있어서도 함수율변화로 인한 수축과 팽윤에 대한 검토를 행할 필요성이 제기되고 있다. 낙엽송 소재와 접착층수를 달리한 낙엽송 집성재의 시험편에 대해 다양한 함수율상태에서의 치수변화율을 살펴보았다. 건조수축에 의한 치수변화 억제효과는 3층 이상의 접착층을 가지는 시험편에서 그 효과가 현저함을 알 수 있었다. 그리하여, 소재를 사용할 경우 최종사용조건에 맞추어 건조를 충분히 행하거나, 구조부재로 집성재를 이용함으로써 건조수축 문제를 어느 정도 해결할 수 있는 것으로 판명되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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