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

본 연구에서는 전기저항 측정을 기반으로 콘크리트 표면 균열의 깊이와 보수 후 충전도(crack repair level, CRL)를 평가하기 위한 최적 전극 적용 방안을 도출하기 위해 전기장 해석을 수행하였다. 전기장 해석은 COMSOL Multiphysics의 Electric Currents interface를 사용하여 수행되었으며, 부착식 전극과 매립식 전극 조건에서 균열 상태에 따른 균열 부위 전기저항 변화를 조사하였다. 해석 변수로는 외부 전극과 내부 전극 사이 거리, 내부 전극 간 거리, 부착식 전극의 길이, 매립식 전극의 매립 깊이, 균열 깊이 및 CRL이 고려되었다. 해석 결과, 균열 부위 전기저항은 균열 발생에 따라 증가하고, CRL이 증가함에 따라 감소하였다. 부착식 전극은 전류가 콘크리트 표면부에 집중되어 균열 발생에 따른 전기저항 변화가 크게 나타났으므로 균열 깊이 평가에 유리하였다. 반면, 매립식 전극은 전류를 콘크리트 내부로 유도할 수 있어 보수 후 높은 CRL 구간에서도 전기저항 변화를 비교적 민감하게 감지할 수 있었으며, CRL 평가에 적합한 것으로 나타났다. 균열 깊이 평가를 위한 최적 부착식 전극 조건은 외부 전극과 내부 전극 사이 거리 10 mm, 내부 전극 간 거리 10 mm, 전극 크기 5×10 mm²로 도출되었다. 또한 CRL 평가를 위한 최적 매립식 전극 조건은 외부 전극과 내부 전극 사이 거리 10 mm, 내부 전극 간 거리 10 mm, 그리고 균열 깊이와 동일한 전극 매립 깊이로 도출되었다.

본 연구는 한국도로공사 정밀점검･진단 데이터 7,327건으로 교량 결함도지수(Defect Index, DI)의 고결함 표본이 희소한 조건에서 부재별 재구성 및 외삽 지향 평가 문제를 다루었다. D등급 임계값(DI ≥ 0.49) 표본이 2건에 불과해 직접 회귀가 식별되기 어려우므로, 전체 1개와 부재별 10개의 총 11개 타깃을 동시 모형화한 뒤 비음수 최소제곱(Non-negative Least Squares, NNLS) 가중평균으로 전체 지수를 합성하는 부재별 분해-통합 프레임워크를 제안하였다. 훈련 데이터로만 적합한 NNLS 통합식은 검증･테스트에서 상관계수 0.886–0.952, 외삽 평가에서 0.965의 재구성 정합성을 보였으며, 가중치 합 0.982로 세부지침 가중합 구조와 정합하였다. 시설물 단위 군집 부트스트랩과 Bonferroni 다중비교 보정(유의수준 0.05/4) 하의 4종 보강 기법 검정에서 가우시안 노이즈 증강은 사전 가설과 반대로 노이즈 미적용 조건이 유의 우세였고(R² 차이 +0.194, 단측 p < 0.001), TDL과 신뢰도 기반 자기 학습 역시 가설을 지지하지 않았으며, GC-TabDDPM은 5개 시드 모두 일관된 개선 방향(Wilcoxon 단측 p = 0.03125)을 보였으나 보정 임계치 미통과로 제한적 개선 경향으로 해석하였다. 본 재구성 결과는 전 구간 외삽 예측 정확도의 직접 증거라기보다 부재-전체 결함도지수 간 통합식의 전이성과 평가 가능성을 검토한 결과로 해석되어야 한다. 동일한 NNLS 가중치를 신경망 예측 부재값에 적용한 전 구간(end-to-end) 경로의 외삽 평가 데이터 상관계수는 0.68(MAE 0.024)로, 통합식의 정합성과 예측 단계의 정확도 사이에 분명한 간극이 존재한다. 본 연구의 기여는 부재 단위 외삽을 통한 평가 경로 확보, NNLS 분해-통합 프레임워크, 시설물 단위 누설 통제 평가 프로토콜, 그리고 4종 보강 기법의 보수적 통계 검정으로 요약된다.

본 연구에서는 GMR(Giant Magneto-Resistance) 센서 기반 와전류 계측을 이용하여 알루미늄(Al6061-T6) 시편의 국부 소성변형 위치와 정도를 비파괴적으로 추정하는 기법을 제안하였다. 국부 소성변형은 피로균열의 시작점이 되어 구조물의 급격한 파괴로 이어질 수 있으므로 정확한 추정은 구조 안전성 확보에 필수적이다. 기존 픽업 코일의 낮은 민감도를 극복하기 위해 GMR 센서를 적용하였으며, 소성변형률과 와전류 상대 위상 변화율의 관계를 1차 선형 함수로 이론적으로 유도하였다. 0 %, 1 %, 3 %, 5 %, 10 %의 소성변형률을 가진 Al6061-T6 시편을 인장시험을 통해 제작하여 실험 검증을 수행한 결과, 국부 소성변형의 위치를 성공적으로 식별하였으며 상대 위상 변화율과 소성변형률 사이에 = 0.9864의 높은 선형 관계가 도출되었다. 또한 2 % 및 7 % 소성변형률 시편에 대한 블라인드 테스트에서 각각 1.350 %와 0.742 %의 절대오차로 소성변형 정도를 추정할 수 있음을 확인하였다.

인도 바바 원자력 연구소(BARC)에서는 조만간 540 MWe급 중수로(PHWR) 원자로건물의 1/4 축소모형에 대한 시험을 수행할 예정이다. 본 연구의 목적은 이러한 PHWR 격납건물 시험 모형의 극한 상태 거동을 평가하는 것이다. 해당 PHWR 원자로건물은 부착식 텐던 시스템을 갖춘 프리스트레스트 콘크리트 구조물이며, 구조물 내부 표면은 에폭시로 코팅되어 있다. 본 구조물은 돔 부위의 증기발생기 관통부 2개와 더불어 실린더 벽체의 main airlock(MAL), fuelling machine air lock(FMAL) 및 emergency air lock(EAL) 배럴 관통부를 포함하고 있으며, 0.142 MPa의 설계 내압을 갖도록 설계되었다. 본 연구에서는 PHWR 원자로건물을 3차원 유한요소모델로 이상화하였으며, 구조적 파괴를 예측하기 위해 재료의 비선형성을 고려하였다. 본 논문은 고압 상태에서 격납구조물의 구조적 파괴 모드를 제시하고, 이에 대한 해석 결과를 요약하여 보여준다.

최근 이상기후로 인해 전세계적으로 하천 제방 유실, 해안침식으로 인한 해안 사구의 유실, 도로사면 및 절개지 붕괴, 산사태 등이 잇따라 발생하고 있으며, 국가의 경제가 휘청거릴 만큼 그 피해가 막대해지고 그 발생빈도가 계속적으로 증가하여 이로 인한 인명과 재산의 피해가 심각한 문제로 부각되고 있다. 그러나 홍수, 산사태 등에 대하여 안전하게 제방과 사면을 보호할 수 있는 공법이 확립되지 않아 선진국 조차도 이로 인한 자연재해를 천재지변으로 위로하며 손을 놓고 있는 상황이다. 기존에 사용되고 있는 구조용 옹벽블록이나 호안블록들은 튼튼한 기초를 전제로 하여 시공되므로 기초를 할 수 없는 지역이나 기초가 붕괴되는 경우에는 사용 할 수 없는 공법이 대부분이며, 재난이 발생하는 지역은 아예 기초를 시공할 수 없는 지역이 대부분이므로 기존의 토목공법들을 사용하기 어렵기 때문에 재난 발생지역의 환경특성에 맞는 공법의 개발이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구는 입체결합이 가능한 자립식 옹벽블록의 실험적 성능을 평가하여 자연 재해로부터 안전하게 인류의 생명과 재산을 지킬 수 있는 새로운 개념의 공법을 정립해 나아가는데 목적이 있다. 리사이클 친환경재료를 사용하여 기존 옹벽블록대비 10 %이상 증가된 강도확보와 pH(수소이온농도지수) 수치를 중성내지 약알칼리성 범위인 7-8 수준으로 저감 조절함으로써 동식물 생육에 적합한 재료배합을 도출하여, 안전성을 확보할 수 있는 자립식옹벽블록의 단면을 설계하고 실험적 성능을 평가하여 CDP모델의 해석과 비교 분석하였다.

격납건물 포스트텐셔닝 시스템(CPTS)의 긴장 순서는 콘크리트의 압축 변형으로 인한 탄성단축이 최소화하도록 결정된다. 비부착식 텐던시스템의 경우, 덕트와 텐던 사이의 마찰손실이 발생하여 텐던별로 응력분포가 달라지는 현상이 발생하므로 마찰손실을 정확히 구현할 수 있는 모델링 방법과 절차의 개발이 필요하다. 텐던과 덕트 사이의 슬립-마찰 거동은 접촉 비선형으로 구현할 수는 있으나, 골률마찰계수를 임의로 조정해야 하는 문제와 긴 연산시간의 문제로 인해 상용원전 격납건물의 해석기술로 적용하기가 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 마찰손실 평가식에 따라 텐던별 응력분포를 산정하고, 텐던 모델의 절점 사이의 (-)온도 조정을 통해 텐던별 응력분포를 구현할 수 있는 해석방법과 절차를 개발하였다. 또한, 국내 상용원전 격납건물 텐던의 긴장순서 최적화 방안을 제안하고, 유한요소모델과 개발한 텐던 긴장력 도입 방법을 적용하여 안전성을 분석하였다. 이 해석을 통해 개발한 비부착식 텐던의 긴장력 도입방법의 적합성과 실용성을 확인하였으며, 격납건물의 해석결과로 나타난 응력 상태가 KEPIC SNB의 허용응력 기준을 만족함을 확인하였다. 참고로, 본 연구에서 수행한 결과를 국내 상용원전 격납건물 텐던의 현장 긴장작업절차에 반영할 경우 공사기간의 단축이 가능하다.