지표투과레이더(GPR)를 이용하여 콘크리트 구조물을 조사하는 과정에서, 전자기(EM)파는 일반적으로 굴절률이 다른 다층 매질을 통해 전파된다. 그러나 굴절을 고려하는 기존의 영상 초점화(image-focusing) 방법은 두 층의 경우로 제한되어 있는 경우가 많고, 종종 전파 경로(propagation path)에 대한 근사를 활용하여 다층의 경우에서는 정확도가 저하될 수 있다. 본 연구는 평면 형태의 다층 매질에서 전자기파의 굴절을 고려하는 개선된 지연합(delay-and-sum) 알고리즘(DSA)을 제안한다. 제안된 DSA는 두 층의 경우에 대한 제약과 전파 경로 근사에 의존하는 기존 방법의 한계를 모두 해결함으로써, 세 층 이상이 포함된 경우에서도 고정확도의 영상 초점화를 가능하게 한다. 이를 위해 평면 다층 매질에 대해 파 전파 경로를 정식화하고, 해당 굴절 경로의 수치 해(numerical solutions)를 반영하도록 DSA를 개선한다. 개선된 DSA의 유효성은 아스팔트 포장 도로와 콘크리트 구조에 대한 수치 시뮬레이션, 그리고 철근콘크리트 시편에 대한 GPR 조사로 검증하였다. 그 결과, 기존의 DSA에 비해 영상 초점화 품질이 유의하게 향상됨이 확인되었다.

상업용 지표투과 레이더(ground penetrating radar, GPR)가 콘크리트 구조물의 내부 이미지를 얻기 위해 널리 사용되고 있다. 하지만 상업용 GPR 장비는 고정된 설계인자로 인해 특정 상황에 최적화된 탐사와 최신 기술 접목이 어려워 다양한 목적에 맞춤화 가능한 레이더 장비 개발이 필요하다. 이 연구에서는 콘크리트 구조물 내부를 탐사하기 위한 계단 주파수 연속파(stepped frequency continuous wave, SFCW) 레이더를 개발하기 위해 수치 시뮬레이션 및 실험 연구를 수행하였다. 먼저 SFCW 레이더의 설계인자가 구조물 내부 이미지 품질에 미치는 영향을 분석하기 위해 콘크리트 내 철근에 대한 SFCW 레이더 탐사를 수치적으로 시뮬레이션하였다. SFCW 레이더의 주요 설계인자인 주파수 대역, 안테나 간격, 합성 거리, 빔폭이 시뮬레이션 변수로 고려되었다. 시뮬레이션 결과로 B-scan 데이터를 획득하였으며, 이어서 B-scan 데이터에 대해 이미지 포커싱을 진행하였다. 포커싱 이미지로부터 철근 위치에서의 방위방향 및 거리방향 해상도를 측정하였으며, 이를 비교하여 주요 설계인자의 영향을 분석하였다. 이를 바탕으로 SFCW 레이더 시스템을 구성하고 장비 운용 전략을 수립하였다. 구성된 장비를 검증하기 위해 철근 콘크리트 시편에 대한 내부 탐사 실험을 수행하였다. 최종적으로 개발된 SFCW 레이더를 이용하여 콘크리트 구조물 내부를 적절히 탐사할 수 있음을 확인하였다.

• 충격 하에서 RC 보의 처짐에 영향을 미치는 도메인 기반 특성들이 확인되었다 • 추중(落重) 충격 시험을 통해 처짐을 좌우하는 핵심 특성으로 휨 강성이 확인되었다 • 도메인 기반 ML 모델이 처짐 예측에서 기존의 모델을 능가하였다 • SHAP로 식별된 특성을 사용하는 설계용 간소화 공식을 제안하였다 최대처짐은 차량 충돌이나 낙석과 같은 저속 충격 시나리오에 노출되는 철근콘크리트(RC) 부재의 충격 저항성을 평가하는 핵심 지표로 널리 사용되어 왔다. 처짐을 예측하기 위해 경험식, 스프링-질량(spring-mass) 및 에너지 기반 방법 등 다양한 방법들이 제안되어 왔다. 그러나 이러한 방법들은 동적 재료 거동, 파괴 양상 및 충격 하중 전달에 관한 단순화된 가정에 기반하므로, 폭넓은 충격 시나리오에 대한 적용성이 제한된다. 이에 대한 대안으로 기계학습(ML)이 등장하였으나, 기존 대부분의 ML 모델은 RC 부재의 기본적인 기하 및 재료 특성만을 고려하는 경향이 있어 해석 가능성이 낮고 구조역학과의 일관성이 약하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구는 충격 하중과 구조 저항을 모두 나타내는 물리적으로 의미 있는 변수들을 통해 도메인 지식을 반영한 ML 모델을 제안한다—구체적으로 충격 에너지, 충격 모멘텀, 정적 휨 내력, 휨 강성이다. 그중 휨 강성은 처짐과의 강한 연관성에도 불구하고 선행 연구에서 간과되어 왔다. 휨 강성에 대한 도메인 지식을 확장하고 이를 ML 모델에 적용하기 위해, 강성 수준이 서로 다른 RC 보에 대해 6회의 추중 충격 시험을 수행하였으며, 그 결과를 문헌 기반 157건의 데이터셋과 결합하였다. 모델 성능 평가 결과, 도메인 지식을 통합하는 것은 예측 정확도와 모델 투명성 모두를 유의미하게 향상시켜, 기존의 ML 및 경험식을 능가하는 것으로 나타났다. 또한 실제 적용을 고려하여, ML 분석을 통해 중요도가 높게 식별된 변수들에 기반한 회귀 공식을 제안하였다.

본 연구에서는 지진 시 안정성 향상을 목적으로 벽돌의 상단면에 쐐기형 돌출부를 형성하여 인접 벽돌과의 맞물림 작용이 가능하도록 개발된 형상결합 내진벽돌을 이용한 조적 벽체의 내진성능을 평가하기 위한 기초 연구로 개별 벽돌 압축시험, 프리즘 압축시험, 및 대각선 인장시험을 수행하여 조적 벽체의 압축 및 전단 거동을 분석하였다. 실험은 일반 벽돌과 형상결합 벽돌을 각각 사용해 제작된 시험체에 대해 동시 수행하였으며, 이를 통해 형상결합 벽돌의 일반 벽돌 대체 가능성과 현장 적용 가능성을 평가하였다. 시험 결과, 형상결합 내진벽돌 자체의 압축강도는 일반 벽돌 보다 우수하였으나 개별 벽돌들을 결합한 조적 벽체의 압축강도와 전단강도는 오히려 일반 벽돌에 비해 크게 저하되는 것으로 나타났다. 이는 벽돌 간 결합제로 모르타르가 아닌 접착제를 쐐기형 돌출부를 중심으로 도포하는 결합 방식에 기인하는 것으로 판단된다. 따라서 형상결합 벽돌의 실용화를 위해서는 접작체 도포 방식의 개선과 더불어 철근 배근 등을 통한 추가적인 압축 및 전단 저항 성능 확보 방안이 요구된다.

지표투과레이더(GPR)를 이용하여 콘크리트 구조물을 조사하는 과정에서, 전자기(EM)파는 일반적으로 굴절률이 다른 다층 매질을 통해 전파된다. 그러나 굴절을 고려하는 기존의 영상 초점화(image-focusing) 방법은 두 층의 경우로 제한되어 있는 경우가 많고, 종종 전파 경로(propagation path)에 대한 근사를 활용하여 다층의 경우에서는 정확도가 저하될 수 있다. 본 연구는 평면 형태의 다층 매질에서 전자기파의 굴절을 고려하는 개선된 지연합(delay-and-sum) 알고리즘(DSA)을 제안한다. 제안된 DSA는 두 층의 경우에 대한 제약과 전파 경로 근사에 의존하는 기존 방법의 한계를 모두 해결함으로써, 세 층 이상이 포함된 경우에서도 고정확도의 영상 초점화를 가능하게 한다. 이를 위해 평면 다층 매질에 대해 파 전파 경로를 정식화하고, 해당 굴절 경로의 수치 해(numerical solutions)를 반영하도록 DSA를 개선한다. 개선된 DSA의 유효성은 아스팔트 포장 도로와 콘크리트 구조에 대한 수치 시뮬레이션, 그리고 철근콘크리트 시편에 대한 GPR 조사로 검증하였다. 그 결과, 기존의 DSA에 비해 영상 초점화 품질이 유의하게 향상됨이 확인되었다.

상업용 지표투과 레이더(ground penetrating radar, GPR)가 콘크리트 구조물의 내부 이미지를 얻기 위해 널리 사용되고 있다. 하지만 상업용 GPR 장비는 고정된 설계인자로 인해 특정 상황에 최적화된 탐사와 최신 기술 접목이 어려워 다양한 목적에 맞춤화 가능한 레이더 장비 개발이 필요하다. 이 연구에서는 콘크리트 구조물 내부를 탐사하기 위한 계단 주파수 연속파(stepped frequency continuous wave, SFCW) 레이더를 개발하기 위해 수치 시뮬레이션 및 실험 연구를 수행하였다. 먼저 SFCW 레이더의 설계인자가 구조물 내부 이미지 품질에 미치는 영향을 분석하기 위해 콘크리트 내 철근에 대한 SFCW 레이더 탐사를 수치적으로 시뮬레이션하였다. SFCW 레이더의 주요 설계인자인 주파수 대역, 안테나 간격, 합성 거리, 빔폭이 시뮬레이션 변수로 고려되었다. 시뮬레이션 결과로 B-scan 데이터를 획득하였으며, 이어서 B-scan 데이터에 대해 이미지 포커싱을 진행하였다. 포커싱 이미지로부터 철근 위치에서의 방위방향 및 거리방향 해상도를 측정하였으며, 이를 비교하여 주요 설계인자의 영향을 분석하였다. 이를 바탕으로 SFCW 레이더 시스템을 구성하고 장비 운용 전략을 수립하였다. 구성된 장비를 검증하기 위해 철근 콘크리트 시편에 대한 내부 탐사 실험을 수행하였다. 최종적으로 개발된 SFCW 레이더를 이용하여 콘크리트 구조물 내부를 적절히 탐사할 수 있음을 확인하였다.