• 한국방재학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.31-38
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• 2010

본 연구에서는 교량 구조물-궤도 종방향 상호작용, 교량 구조물-차량 상호작용을 고려한 신뢰성 최적설계 방법을 제안하고, 알고리즘의 개발을 통하여 본 연구에서 제안한 방법의 효율성을 검증하였다. 구조해석 프로그램은 ABAQUS를 사용하였으며, 최적화 방법은 Automated Design Synthesis(ADS)에서 신뢰성면에서 우수한 ALM-BFGS방법을 사용하였다. 일반적으로 ALM-BFGS방법은 최적해 방향을 탐색하는데 있어 1방향 탐색을 하지 않으며 Push-Off Factor 값이 보통 0.1~0.2에서 대부분 수렴하나 본 연구에서는 'Heuristic Decision Method' 의하여 결정된 Push-Off Factor 값이 90일 때 1방향 탐색인 Golden Section Method의 적용이 필요하였으며, 알고리즘이 잘 수렴함을 확인하였다. 구조물-궤도 종방향 상호작용, 구조물-차량의 상호작용에 의한 응답을 제약조건으로 설정하여 단면 설계시 반영될 수 있도록 하였다. 본 연구는 구조물-궤도 종방향 상호작용 및 구조물-차량 상호작용을 고려한 설계기법에 대한 효율성 및 경제성을 증명하기 위하여 5${\times}$(1@50m) 2주형 강합성 거더교에 대한 최적설계를 수행하였으며, 본 연구에서 제안하는 상호작용을 고려하는 설계기법이 기존의 상호작용을 고려하지 않은 설계방법보다 경제적이며 효율적임을 확인하였다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권6호
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• pp.27-34
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• 2010

최근 친환경 운송수단인 고속철도에 대한 관심이 증가하고 있으며, 그에 따른 고속철도 교량이 많이 건설되고 있다. 하지만 기존의 일반 철도 교량에 비해 고속철도 교량은 고속주행하는 열차의 동적 하중에 의한 영향이 증가하게 되므로, 이에 대한 고려가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 고속주행하는 열차의 주행 안정성을 확보하기 위해 고속철도 교량의 구조물-궤도 상호작용 및 동적 안전성을 동시에 고려하여 설계하는 방법을 제안하였고, 제안한 알고리즘의 효율성을 입증하기 위하여 기존의 재래식 설계에 의하여 설계, 시공되어진 단순 5경간 250 m 교량을 대상으로 수치해석을 수행하여 비교하였다. 수치해석 결과, 교량-궤도 상호작용 및 교량-차량 상호작용을 동시에 고려한 최적설계가 기존의 제안된 여러 설계 방법들과 비교했을 때, 최적화의 목적함수로 설정한 생애주기비용이 가장 경제적임을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.40-48
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• 2016

본 연구는 지진이 발생할 경우 장대레일교량에 있어 레일과 상판 간의 종방향 상호작용에 미치는 영향을 검토하기 위한 것으로, 해석모델에 여러 하중조합과 함께 지진하중을 적용함으로써 대상 철도교량 레일에서의 축방향 부가응력과 레일-상판 간 상대변위의 변화를 산출하였다. 해석 결과, 본 연구 대상 철도교량의 경우 철도시설공단에서 제시하고 있는 표준응답스펙트럼을 적용할 때 레일부가응력은 대부분의 하중조합에 대해 허용기준 내의 값을 보이고 있는 반면, 레일-상판 상대변위는 공단에서 제시하는 허용기준을 초과하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 레일-상판 상대변위가 레일부가응력에 비해 상대적으로 더 허용기준을 만족시키기 어렵다는 것을 알 수 있었으며, 아울러 고베 대지진과 같은 큰 규모의 지진이 발생하면 레일부가응력과 레일-상판 상대변위는 허용기준을 충족시키지 못하므로 이에 대한 적절한 내진 대비가 필요하다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.39-46
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• 2023

이 연구에서는 차세대 고속철의 증가하는 주행속도에 따라 600 km/h 까지 10 km/h 간격으로 고속철 PSC 박스 연속교량의 교량받 침에 대한 동적거동을 수치해석하였다. 경부 고속철 구간의 40미터 단경간과 2경간 연속 PSC 박스교를 연구대상으로 프레임모형을 구성하였 으며, 38자유도의 관성질량 차량모형 및 교량과 궤도의 불규칙성을 포함한 상호작용력을 고려하였다. 주행속도별 교량받침의 종방향 변위와 누적이동거리와 변위속도를 산정하여 교량의 동적거동 추이분석과 비교하였다. 또한 마찰판의 내구성능평가를 위한 장기마찰시험 기준을 적 용하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권2호
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• pp.9-17
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• 2022

차세대 고속철은 주행 속도가 점점 증가하므로 이를 반영한 고속철 차량 통과교량에 대한 새로운 주행 안정성의 평가가 요구된다. 이를 위하여 현재 공용 중인 경부 고속철 구간의 대표 교량형식인 PSC (Pre-stressed Concrete) 박스거더 교량을 대상으로 관성질량을 고려한 38-자유도 차량과 궤도 불규칙성과 상호 작용력을 반영하여 모형화하였으며, 고속철 차량 주행속도 별로 동적 수치해석을 수행하여 주행 안정성을 평가하였다. 수치해석을 통해 단순교와 2 경간 연속교의 최대 수직 변위와 DAF (Dynamic Amplification Factor; 동적확대계수)를 산출하여 동적 안정성 여부를 판단하였으며, 또한 주행 속도 별 최대 수직 변위를 추정하기 위한 3차 다항 회귀 분석식을 제안하였다. 대표적인 주행 속도와 횡 단면 위치 별 수직 변위 차이를 비교하고, 종 방향 최대 면틀림을 분석하였다. 또한, 고속철 차량의 교량통과 중 교량의 수직변위에 대한 가속도 영향선과 각 항목 간의 연관성을 분석하여 주행 안정성을 평가하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.583-603
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• 2023

최근 기계식 터널 굴착기술의 발전과 수압을 받는 해저철도 터널의 특성 상 쉴드TBM 공법이 해저철도 터널 설계 및 시공에 널리 적용되고 있다. 해저철도 터널은 일반적인 지중응력상태에서 거동하지 않고 외부 수압이 상시재하되는 상태이며 지진 시 지진파의 증폭에 의한 영향을 받게 된다. 특히 연약지반, 연약토사-암반 복합지반, 단층파쇄대 등 다양한 지반조건 하에서 작용하는 지진하중은 터널 변위 및 지보재 응력의 급격한 변화를 초래하여 터널 안전성에 큰 영향을 미친다. 또한 지진하중의 주기특성, 지진파형, 최대가속도 등의 재하조건에 따라 지반 및 터널의 동적 응답이 달라지며 이는 지반조건과 결합하여 더욱 복잡한 지반-터널 구조물계의 거동을 보여주게 된다. 본 연구에서는 해저철도 터널의 동적거동 평가를 위하여 수압을 고려하여 지반-터널 구조물계 전체를 유한차분해석 기법으로 모델링 하고 상호 지진 시 구조물 응답을 분석하였다. 해저철도 터널의 지진 시 동적 거동에 영향을 미치는 주요 인자는 지반조건과 지진파이므로 가상 지반조건에 따라 총 6가지의 해석 Case를 설정하였다. 가상 지반조건은 해석 대상영역의 지반이 모두 토사(풍화토)인 경우(Case-1), 모두 암반(경암)인 경우(Case-2), 터널 진행방향(종방향)으로 토사와 암반의 복합지반인 경우(Case-3), 암반 내 폭이 상대적으로 좁은 파쇄대(w = 2.0 m)를 터널이 통과하는 경우(Case-4), 터널 진행방향(종방향)으로 연약토사와 암반의 복합지반인 경우(Case-5), 암반 내 폭이 상대적으로 넓은 파쇄대(w = 10.0 m)를 터널이 통과하는 경우(Case-6)으로 구분하여 각각 모델링을 수행하였다. 해석 결과 지진에 의한 수평변위는 지반물성 증가에 따라 커지는 경향을 나타내었으나 주변 지반의 구속효과와 강성 세그먼트로 결합된 쉴드터널 구조물의 특성으로 인하여 다소 억제되는 경향도 함께 관찰되었다. 세그먼트의 부재력은 변위 발생 경향과는 달리 지반 강성이 약할수록 현저히 증가하는 경향을 나타내었으며 오히려 변위 억제 효과에 따른 부재력 증가가 뚜렷하게 관찰되는 특성을 확인하였다.