Journal of Structure Research and Practice ISSN:3022-4241(Print) 3022-7267(Online) 한국교량및구조공학회 논문집

한국의 철근표준 KS D 3504에 따라 한국에서 생산된 철근을 대상으로 인장시험을 실시하여 총 149개의 균일연신율 실측값을 얻었고, 강종에 따른 경향을 분석하였으며 Eurocode 2와 ACI 318-19 Code의 최소 균일연신율 조건과 비교하였다. 시험편의 지름은 9.53 mm (D10)에서 57.3 mm (D57)까지의 범위로, 인장시험 결과 항복강도는 426~816 MPa의 범위를 보였으며 인장강도는 571~962 MPa의 범위를 보였다. 측정된 균일연신율 값은 철근의 항복강도와 인장강도가 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 설계기준항복강도가 600 MPa 이하로 건설현장에서 사용되고 있는 일반구조용 철근은 모두 5 %를 초과하는 균일연신율로 Eurocode 2의 최소 균일연신율 조건을 만족하였다. 내진용 SD400S 철근 시험편은 10개 모두 10 %를 초과하는 균일연신율로 Eurocode 2의 최소 균일연신율 조건인 7.5 %를 만족하였고, 설계기준항복강도 420 MPa에 대한 ACI 318-19 Code의 최소 조건 9 % 또한 만족하였다. 그러나 내진용 SD500S 철근 시험편은 10개 중 4개, SD600S 철근 시험편은 13개 중 7개가 7.5 % 미만으로 Eurocode 2의 최소 균일연신율 조건을 만족하지 못하였다. 또 SD500S 철근 시험편 10개 중 3개, SD600S 철근 시험편은 13개 중 4개가 설계기준항복강도 550 MPa에 대한 ACI 318-19 Code의 최소 조건 7 %를 만족하지 못하였다. 이 결과를 바탕으로 KS D 3504와 한국 콘크리트교 설계기준(한계상태설계법)의 개정안을 제안하였다.

본 연구는 프리캐스트 교량 바닥판 연결부에 초고성능 콘크리트(UHPC)를 적용하여 부착성능을 평가하고, 시공성과 구조적 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 기존 루프 이음 방식은 긴 이음길이를 요구하여 시공성과 구조 효율성이 저하되는 한계가 있다. 이에 UHPC를 충전재로 활용하여 이음길이를 단축하면서도 충분한 구조 성능 확보 가능성을 검토하였다. 압축강도(80, 100, 120 MPa)와 이음길이(8d_b, 10d_b, 15d_b)를 변수로 한 총 14개의 실험체를 제작하고, 4점 재하 실험을 수행하였다. 실험 결과, UHPC는 높은 압축강도와 섬유보강 효과로 인해 짧은 이음길이에서도 우수한 하중전달성능과 균열제어 능력을 확보할 수 있음을 확인하였다. 반면 Eurocode 2, 한국 도로교 설계기준, ACI 318 및 섬유보강 SUPER 콘크리트 설계지침 등 기존 기준은 UHPC의 특수한 부착거동을 충분히 반영하지 못하는 한계가 나타났다. 이러한 문제를 해결하기 위해 머신러닝 기반의 데이터 분석을 수행하였으며, 변수 영향도 분석(Random Forest 및 SHAP)과 상징회귀(PySR)를 통해 부착강도 및 정착길이 예측식을 제안하였다. 제안된 모델은 높은 예측 정확도를 보였으며, 프리캐스트 UHPC 연결부 설계의 신뢰성 향상과 효율적인 시공 계획 수립에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

콘크리트 구조물의 노후화가 진행됨에 따라 유지관리의 중요성이 커지고 있으나, 보수 후 조기 재열화 문제가 지속적으로 발생하고 있다. 이는 주로 염화물 등 열화 원인이 완전히 제거되지 않은 채 보수가 이루어지기 때문이다. 본 연구는 콘크리트 구조물의 장기공용성 확보를 위해 국제 보수 지침(EN 1504, ACI 546R-14)과 열화범위 산정 관련 최신 연구 동향을 고찰하였다. 국제 지침들은 체계적인 상태 평가를 통해 잠재적 열화 영역까지 포함하는 정확한 열화범위 산정을 강조하고 있으며, 이를 위해 전위 매핑 등 비파괴 검사 기법의 활용을 권장한다. 또한, 현장 실증 연구와 확률론적 예측 모델 연구를 통해 합리적인 보수 범위 설정 방안과 최적의 보수 전략을 분석하였다. 연구 결과, 열화부의 완전한 제거와 철저한 바탕면 처리가 보수 성공의 핵심 요인임을 확인하였으며, 장기적인 관점에서 예방적 보수 전략이 경제적이고 효과적일 수 있음을 시사한다. 본 연구는 국내 콘크리트 보수 공사의 품질 향상과 장기공용성 확보를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

본 연구에서는 노후 콘크리트 구조물에 대한 효율적인 보강 및 건전성 모니터링 기술 개발을 목적으로, 카본(carbon textile, CT) 및 유리 섬유 직조물(glass textile, GT)이 보강된 직조물 보강 시멘트 복합재료(textile reinforced cementitious composites, TRCCs)의 일축 인장 및 압축 하중에 따른 전기역학적 거동을 조사하였다. 인장 하중 하에서 카본 섬유 직조물이 보강된 인장 시험체(CT-T)의 초기 및 최종 균열 시점 전기저항 변화율(fractional change in electrical resistivity, FCR)은 각각 –3.35%~–94.47% 그리고 –57.1%~15.33%로 편차가 크게 발생하였는데, 이는 인장 하중이 증가에 따라 카본 섬유 직조물 내 필라멘트들의 단계적 인발(telescopic pullout), 전단 인발(shear slip), 직조물의 가교 작용 등에 복합적으로 영향을 받으면서 전도성 경로가 불연속적으로 변형되었기 때문이다. 압축 하중 하에서도 CT의 파단 시점 FCR(93.53%~475.00%)은 직조물 내 필라멘트의 국부 좌굴 및 전단변형에 따른 전도성 네트워크가 불규칙한 변동으로 매우 불규칙한 거동을 나타냈다. 반면, 유리 섬유 직조물을 보강한 시험체(GT-T)는 유리 섬유 직조물이 매트릭스 내부 전도성 경로에 미치는 영향이 적어 인장 하중에 의해 파단될 때의 전기저항률 급증 거동만이 확인되었다. TRCCs의 전기역학적 거동은 보강된 직조물의 전기전도도 및 계면 거동에 따라 크게 변화하는 것이 실험을 통하여 확인되었으며 CT가 자가센싱 용도로 사용에 적합하였다. 추후 TRCCs의 전기역학적 거동 분석을 통하여 외부 하중 하에서 직조물-매트릭스 파괴 모드를 구분 가능할 것으로 기대된다.

와이어 기반 교량 하면 점검 기술은 복수의 와이어를 이용하여 횡방향 트러스를 교량 하면에 접근시키고, 교축 방향으로 이동시키며, 횡방향 트러스 상부에 설치된 영상 수집 로봇(로보캠)을 통해 양질의 교량 하면 영상을 자동으로 수집하는 방법이다. 본 연구에서는 시스템의 통합과 기능 개선을 위하여 기존 부재에 대한 개선안과 새로운 기능이 부여된 부부재를 제안하고, 이들 부재를 제작하였으며, 전체 시스템을 실제 교량에 적용하여 현장 적용성을 판단하였다. 현장 적용 결과, 교량 상부에 설치된 와이어 윈치를 이용하여 교량 하면에 위치한 횡방향 트러스를 최대 약 6 mm의 높은 제어 정밀도를 갖고 운용할 수 있음을 확인하였다. 단, 본 시스템을 실제 교량 점검에 투입하기 위해서는 윈치 설치용 부재의 개발 및 로보캠 시스템과의 통합 테스트가 필요하다.

교량 열화의 장기 예측에는 기계학습 모델이 널리 사용된다. 그러나 XGBoost와 같은 트리 기반 모델은 학습 데이터 범위를 벗어나면 예측값이 일정 수준에서 수렴하여 지속적인 열화를 포착하지 못하는 근본적인 외삽 한계를 보인다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 단조성 제약을 적용한 Deep Lattice Network(DLN) 모델을 개발하였다. 공용년수, 염화물, 교통량 등 주요 변수에 단조성 제약을 적용하여 외삽 구간에서도 물리적으로 타당한 예측을 보장하였다. 고결함도 데이터의 희소성 문제를 해결하기 위해 균형잡힌 데이터 증강을 적용하여 학습 데이터를 확대하였다. DLN 모델은 대다수의 교량이 D등급에 도달할 것으로 예측한 반면, XGBoost는 예측값 포화로 인해 극히 일부만 도달할 것으로 예측하였다. 데이터 증강은 예측 오차를 크게 감소시키고 희소 고결함도 구간의 테스트 샘플 수를 대폭 증가시켜 예측 성능을 현저히 개선하였다. 본 연구는 단조성 제약과 균형잡힌 데이터 증강의 결합이 교량 열화 예측에서 외삽 문제와 불균형 데이터 문제를 효과적으로 해결하여 현실적인 장기 유지관리 계획 수립의 가능성을 제시하였다.

경기도 포천시에 설치된 포천 Y형 출렁다리는 비대칭 Y자형 구조로, 관광객들의 편의를 증진하기 위해 설계되었다. 비대칭 교량의 구조적 안정성을 확보하기 위해서 중앙부의 이중 구조 및 중앙부에서의 연속적인 케이블 구조가 적용되었으며 정밀 구조검토를 통하여 주요 부재들의 안정성을 확인하였다. 또한 정밀한 시공 관리를 보장하기 위해 글로벌 위성항법시스템(GNSS) 및 AIoT센서 등 혁신적인 기술이 적용되었다.

진동 기반 구조물 건전성 모니터링(SHM)은 구조물 상태 진단에 필요한 모드 정보(고유진동수 등)를 통해 제공한다. 하지만 가진 조건 등 외부 조건에 따라 일부 모드들이 시간에 따라 누락되어 결측되는 문제가 존재한다. 이러한 잦은 결측치는 탐지 성능을 저해하는 주요 원인 중 하나이다. 본 연구에서는 결측치가 발생하는 실제 환경에서도 주성분 분석(PCA) 기반 구조물 이상상태 탐지의 신뢰성을 향상시키는 기초 연구를 수행하였다. 이를 위해 PCA 적용 전 결측치를 보간하는 방법(KNN, MICE)과 PCA 알고리즘 자체 내에서 결측치를 처리할 수 있는 방법을 비교하였다. 다양한 결측률 및 결측치 유형에 대한 수치 실험을 상기 방법론들의 성능을 평가하였으며, 그 결과를 토대로 향후 연구 방향을 제시하였다.

유네스코(UNESCO) 세계지질공원인 한탄강 협곡은 독특한 주상절리 지형으로 인해 교량 건설에 큰 제약이 따른다. 본 연구는 이러한 환경적 제약을 극복하기 위해 설계 및 시공된 연장 201 m의 하이퍼볼로이드 케이블-네트 보도교인 ‘두루미 보도교’ 사례를 고찰한다. 제안된 구조는 입체적인 기하학적 형상과 내부 장력의 상호작용을 통해 기하강성을 확보하며, 별도의 외부 내풍 케이블 없이도 우수한 공탄성 안정성을 제공한다. 또한 원형 링 빔 가설을 위한 ‘피딩 공법(feeding method)’과 단계별 형상 관리 과정을 상세히 기술한다. 본 사례는 지형적 난조건을 가진 장경간 보도교 설계 및 시공의 실무적 대안을 제시한다.

해상풍력 터빈 설계를 위해서는 유의파고와 풍속에 대한 신뢰성 있는 관측이 필수적이며, 이를 위해 두 변수를 동시에 계측하는 해양 기상 부이 자료가 필요하다. 그러나 대부분의 해양 기상 부이는 관측기간이 상대적으로 짧아 극한 해양환경 조건을 신뢰성 있게 추정하는 데 한계가 있다. 본 연구에서는 환경등고선에 기반한 결합분포 접근법을 적용하여, 관측기간에 따라 극한 해양환경 조건의 변화를 비교·분석하였다.

영종대교 현수교는 도로와 철도 병용의 3차원 자정식 현수교로서 일반교량과는 다른 독특한 구조적 특성을 가지고 있으며, 설계기법의 유효성 검증, 환경 및 하중영향 검토, 구조안전 및 재난관리를 위하여 구조건전도모니터링 시스템(Bridge Health Monitoring System, SHMS)이 구축되어 운영되고 있다. 영종대교는 2000년 12월에 도로부가 준공되었고, 공용중 2004년에 철도레일 설치로 사하중이 증가하였고, 2014년 KTX운행 등 사용환경의 변화를 겪었다. 장기간 계측결과를 근거로 공용중 사용환경 변화에 따른 행어장력특성, 밴드볼트 축력 저하 특성, 장기 형상거동변화특성 등을 규명하였다. 또한 현수교의 동특성 분석을 통하여 구조건전도지수와 평가기준을 수립하였고 평가결과, 구조건전성을 확보하고 있는 것을 확인하였다.

최근 기후변화로 인한 산불의 대형화에 대응하기 위해, 본 연구는 조건부 생성적 적대 신경망을 활용한 신속하고 확률론적인 산불 확산 예측 모델을 제안한다. 제안된 모델은 FARSITE 시뮬레이션을 통해 구축된 대규모 데이터셋을 학습하여 물리 기반 모델의 정밀함과 딥러닝의 연산 속도를 동시에 확보하였다. 실험 결과 본 모델은 기존 오토인코더 기반 모델에서 나타나는 확산 경계의 모호성 및 과소예측 문제를 극복하고 선명한 화재 형상을 생성하였으며 물리 기반 시뮬레이션 대비 획기적인 예측 속도를 달성하였다. 또한 앙상블 기법을 도입하여 불확실성을 정량화하고 다양한 확산 시나리오를 제공함으로써 현장 지휘관의 의사결정을 효과적으로 지원할 수 있음을 확인하였다. 본 연구는 생성형 AI 기술이 실시간 산불 방재 시스템의 핵심 요소로 활용될 수 있음을 시사한다.

본 논문은 홍콩 응옹핑 마을(Ngong Ping Village)을 대상으로, 산악 지형 및 불교적 상징성과의 조화를 고려한 원형 고가 산책로의 개념 설계를 제안한다. 제안된 산책로는 불교의 윤회 사상을 상징하는 원형 기하를 채택하여, 이용자에게 연속적인 공간적 경험을 제공하도록 계획되었다. 보행자의 이용 편의성을 확보하기 위하여 스프레드시트 기반의 경사 최적화 과정을 통해 산책로의 종단 기울기를 조정하였으며, Grasshopper를 활용한 파라메트릭 3차원 모델링 시스템을 구축하여 설계 변수 변화에 따른 형상을 신속하고 유연하게 반영할 수 있도록 하였다. 또한 산책로의 일부 구간에 적용된 공간 아치(spatial arch) 지지 곡선 교량에 대해서는 MIDAS Civil을 이용한 구조해석을 수행하여 구조적 적용 가능성을 검토하였다.

국내 교량 안전등급 데이터는 신뢰성의 한계와 등급 분포의 불균형 문제로 인해 인공지능 기반 예측 모델의 성능 확보에 어려움이 존재한다. 이 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 데이터 신뢰성 향상과 안전등급 관련 주요 인자의 확보에 중점을 둔 전처리 절차를 수행하고, 표 형식의 데이터 생성이 가능한 Conditional Tabular Generative Adversarial Networks(CTGAN) 기반 합성 데이터 기법을 도입하였다. 정밀안전점검 및 진단 결과를 반영하도록 하여 안전등급 결과를 개선하고, 유지관리 이력 및 환경 특성을 고려한 변수를 추가하여 교량 안전등급 데이터를 구축하였다. 교량의 안전등급 데이터의 경우 전통적 샘플링 기법을 통해 불균형 분포를 해결하기 어렵기 때문에, CTGAN 기반 합성 데이터 기법을 적용하여 소수 클래스의 분포를 실제 데이터와 유사한 형태로 재현하고, 다수 클래스의 본래 분포를 유지하여 데이터의 손실 없이 학습 데이터의 균형을 확보하였다. 따라서, 이 연구는 CTGAN 기반 샘플링이 교량 안전등급과 같이 범주형 및 수치형 변수가 혼재되고 불균형 분포인 데이터에서 효과적인 대안이 될 수 있음을 제시하였으며, 향후 교량 안전등급 예측과 같은 유지관리 의사결정 모델의 성능 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이 연구는 조립식 교량 바닥판 설치 시 크레인 운영을 최적화하기 위해 설계된 건설 디지털 트윈(CDT) 시스템의 개발을 제시한다. 제안된 시스템은 이전의 CDT 프레임워크를 기반으로 하여 기존의 절대 좌표계 기반 방법에 내재된 복잡성과 측량 의존성을 극복하기 위해 상대 좌표계와 자동 탐색 알고리즘을 도입하였다. 상대 좌표계는 현장 구조물을 참조하여 공간 관계를 직접 정의하여 직관적이고 효율적인 건설 환경 설정을 가능하게 한다. Unity 엔진을 사용하여 구현된 CDT 시스템은 그리드 기반 최적화 모듈을 통합하여 최적의 크레인 위치를 자동으로 식별하고 실시간으로 인양 작업을 시뮬레이션하여 작업 타당성과 안전성을 검증하였다. 현장 적용 결과, 시스템이 크레인 재배치 빈도와 전체 작업 시간을 크게 줄여 건설 효율성을 향상시키는 데 효과적임을 확인하였다. 이 연구는 데이터 기반 의사결정을 지원하고 추가 측량 과정 없이 실제 건설 현장에 쉽게 배포할 수 있는 실용적이고 확장 가능한 디지털 트윈 솔루션에 기여하였다.

이 논문은 2025년 IABSE Young Engineers Colloquium East Asia and Germany in Tokyo에서 제안된 시부야 스크램블 교차로 상부 환형 보행교의 개념 설계 과정을 제시한다. 본 연구의 목적은 도시 맥락과 추상적 개념을 학부 수준의 구조공학 지식을 활용하여 구조적으로 구현 가능한 교량 형식으로 발전시키는 방법을 보여주는 데 있다. “함께 묶다”라는 의미를 가진 Moyai 개념을 바탕으로, 도시･자연･인간의 조화를 곡선 삼각형 링 형상으로 표현하였다. 제안된 교량은 경사 아치와 행어 케이블로 지지되는 3경간 곡선 거더와, 중앙 링-케이블 시스템에 의해 상호 결속되어 전도에 저항하는 구조 형식을 갖는다. MIDAS Civil을 이용한 3차원 뼈대 해석과 반복적 선형해석을 통해 케이블-아치 시스템의 초기 평형 상태를 추정하였으며, 이를 통해 제안 형상의 구조적 실현 가능성과 교육적 활용성을 확인하였다.