• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권8호
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• pp.13-20
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• 2023

지반이상대 구간을 지나는 터널은 시공 중 또는 시공 후 지반융기, 균열, 전단 파괴 등의 이상변위 발생이 많이 보고되고 있다. 이러한 이상변위가 지속되거나 큰 경우에는 최종적으로 터널 붕괴위험의 우려가 있으며, 다양한 보강공법을 사용하여 터널 붕괴위험을 저감시키고 있다. 본 연구에서 살펴본 터널은 막장이 완전 풍화상태가 주를 이루며 부분적으로 심한 풍화상태로 분포하는 구간에 시공되었다. 시공 중 터널 내공변위를 침범하여 강지보 및 숏크리트를 재시공하였으며, 기존 설치된 flat형 인버트의 제거없이 현 상태에서 라이닝 철근 보강공법을 적용하였다. 이러한 보강공법을 적용 후 실시한 계측 자료를 바탕으로 바닥의 융기 가능성 구간에 대하여 수치해석적인 방법으로 장기변위 예측을 통해 터널의 장기적인 안정성을 검토하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권3A호
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• pp.309-316
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• 2010

이 논문에서는 인장과 압축하중에 놓은 무근 콘크리트와 철근콘크리트 구조물의 거동을 모사하기 위해 비국소화 이방성 손상모델을 제안하였다. 손상변수로써 대칭형의 이차 텐서을 사용한 연속체 손상모델에 기초한다. 콘크리트와 같은 준-취성재료에 있어 손상양상은 인장부와 압축부에서 다른 양상을 나타낸다. 이러한 두 개의 손상영역은 전체 변형률 텐서의 주변형률 성분을 손상텐서 속도에 비례하는 손상진전 법칙을 이용하여 모델링하였다. 제안된 모델의 유효성을 검토하기 위해 nooru-mohamed에 의해 실시된 이중 노치가 있는 시험체와 철근콘크리트 휨 시험체를 대상으로 해석을 수행하였다. 해석결과, 비국소화 이방성 모델은 혼합모드 파괴에 대한 균열진전을 적절히 모사할 수 있었으며 철근콘크리트 휨 시험체의 구조적 파괴에 있어서도 높은 수준의 콘크리트 손상 및 철근의 항복까지를 해석할 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제37권3호
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• pp.187-195
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• 2024

본 논문에서는 평활화 유한요소법(Smoothed finite element method)을 도입한 응력 기반 구배 탄성론(Gradient elasticity)의 2차원 경계치 문제에 대한 연구를 수행하였다. 구배 탄성론은 기존 탄성론에서는 표현할 수 없는 미소규모의 크기 의존적인 기계적 거동을 설명하기 위해 제안되었다. 구배 탄성체론에서 고차 미분 방정식을 두 개의 2차 미분 방정식으로 분할하는 Ru-Aifantis 이론을 사용하기 때문에 평활화 유한요소법에 적용이 가능하게 된다. 본 연구에서 경계치 문제를 해결하기 위해 평활화 유한 요소 프레임워크에 스태거드 방식(Staggered scheme)을 사용하여 국부 변위장과 비국부 응력장을 평활화 영역 및 요소에서 각각 계산하였다. 구배 탄성에서 중요한 변수인 내부 길이 척도의 영향을 측정하기 위해 일련의 수치 예제를 수행하였다. 수치 해석 결과는 제안한 기법이 내부 길이 척도에 따라 균열 선단과 전위 선에 나타나는 응력 집중을 완화할 수 있음을 보여준다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.515-525
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• 2007

본 연구는 주거용 고층 건물에서 폭넓게 사용되고 있는 플랫플레이트 구조에서 장방형 기둥-슬래브 접합부를 대상으로 실시한 4개의 실험 결과를 분석한 것이다. 이 연구의 목적은 지진하중과 같이 반복적으로 작용하는 횡하중에 대하여 기둥 단면의 형상비 (${\beta}_c=c_1/c_2$=횡하중과 나란한 방향의 기둥 단면의 크기/횡하중과 직교 방향의 기둥 단면의 크기)에 따른 접합부의 이력 거동을 비교 평가한 것이다. 기둥 단면의 형상비는 $0.5{\sim}3\;(c_1/c_2=1/2,\;1/1,\;2/1,\;3/1)$으로 선정되었고, 기둥 또는 슬래브 위험단면의 둘레 길이 $(b_o)$가 일정하지 않을 경우 공칭 수직 전단력 $(V_c)$의 크기기 변화하여 중력 전단력비의 차이가 발생하기 때문에 기둥 양변의 크기를 동시에 변화시켜서 $b_o$가 일정해 지도록 기둥 단면의 크기를 결정하였다. 그리고 슬래브 휨 철근비와 중력 전단력비 $(V_g/V_c)$ 등 접합부의 이력 거동에 영향을 줄 수 있는 다른 영향 인자들은 일정한 조건으로 계획하여 기둥 형상비의 영향을 고찰할 수 있도록 하였다. 일정 수직하중과 반복횡하중이 작용하는 슬래브_기둥 접합부의 실험을 통해서 뚫림전단파괴 양상과 균열 패턴, 철근 및 콘크리트의 변형률, 접합부의 강도와 강성, 그리고 변형 능력 등을 기둥 형상비 변수에 따라 분석하였다. 또한, ACI 318-05 설계기준의 편심 전단응력 모델에 의한 전단응력을 실험 결과와 비교하여 평가하였고, 실험 결과에 기초하여 휨과 전단에 의한 접합부 불균형모멘트 전달비율에 대한 검토를 하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.275-283
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• 2012

초고층 건축물의 선행 코어 후행 슬래브 접합부, 지하 연속벽과 바닥구조의 접합부, 임시 개구부 등 신구 콘크리트 접합부의 철근 이음을 위하여, 다수의 커플러를 전단키가 있는 얇은 강판에 설치한 철근 이음용 매립 강판이 최근 개발되었다. 이 공법을 사용한 접합부의 구조 성능을 검증하기 위하여, 벽체-슬래브 접합부에 대한 반복하중 실험을 실시하였다. 비교를 위해 기존에 사용되는 굽힌 철근 박스를 이용한 접합부와 이음이 없는 접합부도 함께 실험하였다. 실험 결과 철근 이음용 매립 강판을 사용한 접합부는 이음이 없는 접합부와 동일하게 [인장철근 항복]-[충분한 휨변형]-[압축 콘크리트 압괴] 후 압축 철근의 좌굴로 파괴되었다. 따라서 설계에서 가정한 충분한 연성 거동을 확인할 수 있었다. 반면, 굽힌 철근 박스를 사용한 접합부의 경우, 탄성구간에서는 철근 이음용 매립 강판과 유사하게 거동하였으나, 측면 피복 콘크리트가 빨리 탈락되었으며, 슬래브 상하부면의 겹침이음 구간에 부착 균열이 다수 발생하였다. 최종적으로 이음 없는 실험체 및 철근 이음용 매립 강판을 사용한 실험체에 비해 강도와 변형능력이 저하되었다. 또한 굽힌 후편 철근을 겹침이음한 실험체가 철근 이음용 매립 강판을 적용한 경우에 비해 강성 저하가 빠르게 진행되었다. 굽힌 후편 철근의 탄성계수는 직선 철근에 비해 낮고, 완전한 직선으로 펼 수 없기 때문에 인장력을 받으면서 일부 구간이 펴지므로 접합부의 강성을 저하시킨 것으로 판단된다. 2종류의 철근 지름(D13, D16)과 강종(SD300, SD400)에 대해, 철근이음용 매립 강판을 적용한 접합부는 공칭 강도를 충분히 상회하였다. 그러나 굽힌 후 편 철근을 사용하면 강종이 높을수록 그리고 지름이 굵을수록 휨강도가 저하되었다. 따라서 굽힌 후 편 철근의 사용에 주의가 필요하다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권5호
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• pp.485-496
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• 2013

2001년 9.11테러로 인한 미국 세계무역센터 및 미국 국방성 펜타곤이 붕괴된 이후, 전 세계적으로 충돌, 폭발 등의 극한하중에 의한 테러가 빈번하게 발생하고 있으며, 극한하중에 의한 구조물의 거동에 대한 사회적 불안감은 더욱 증가되고 있다. 그러나 지금까지의 사회기반시설구조물에는 폭발 및 충돌 등과 같은 극한하중에 대한 방호 및 방재개념을 설계에 고려하지 못하고 있는 실정이며, 원전격납건물, 가스탱크, 교량, 터널 등에 널리 사용되는 프리스트레스트 콘크리트 구조물에 대한 극한하중 연구는 전 세계적으로 미흡하다. 충돌과 같은 극한하중은 집약된 에너지의 급작스런 방출로 인한 높은 충돌압력을 형성하므로, 극한하중의 특성 및 전파 메커니즘을 이해하는 것이 필요하다. 그러므로 이 연구에서는 이방향 비부착 프리스트레스트 콘크리트 패널의 충돌저항성능을 비교검토하기 위하여, $1400mm{\times}1000mm{\times}300mm$의 철근콘크리트(RC), 프리스트레스 텐던으로만 보강된 콘크리트(PS), 프리스트레스 텐던과 철근으로 보강된 콘크리트(PSR, 일반적인 PSC) 시편을 제작하였다. 실험 조건에 맞춰 14 kN의 추를 10 m, 5 m, 4 m 높이에서 낙하하는 예비 실험과 3.5 m 높이의 본 실험으로 구성하여 충돌하중에 대한 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 실험적 평가를 수행하였다. 또한, 충돌실험을 위한 기본적인 실험 구성 및 계측시스템을 구축하였다. 충돌 저항성능은 균열형상, 손상면적, 에너지 흡수, 처짐, 변형률, 가속도 등의 충돌에 의한 계측데이터를 이용한 거동분석 뿐만 아니라, 충돌 후 잔류구조성능 실험을 수행하여 이방향 비부착 프리스트레스트 콘크리트 패널의 충돌저항성능을 검토하였다. 본 실험은 향후 국내외 프리스트레스트 콘크리트에 대한 충돌 방호설계 및 충돌해석 등 관련 연구분야의 기초자료가 될 것이라고 판단되는 바이다.

• 터널과지하공간
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• 제32권6호
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• pp.491-501
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• 2022

벤토나이트는 고준위 방사성 폐기물 처분장의 완충재 및 뒷채움재의 주재료로 고려되고 있다. 처분환경에서 벤토나이트는 열-수리-역학-화학적 복합적 거동을 겪게 된다. 본 연구는 제작된 수화거동 실험용 셀을 사용하여 수화 조건에서 벤토나이트의 거동 특성을 X선 단층촬영 기술을 이용하여 평가하고자 하였다. 플라스틱재료로 만들어진 원통형 셀은 상부의 탈착식 캡을 이용하여 시료 상부에 수직응력을 가하거나 팽윤압을 측정할 수 있도록 제작하였다. 수화실험은 건조밀도 1.4 g/cm³, 함수율 20%의 조건으로 제작된 경주 벤토나이트 블록시료로 수행되었다. 샘플의 직경은 27.5 mm, 높이는 34 mm 이며, 수화 실험 중 0.207 MPa의 일정한 압력으로 물을 주입하였으며, 7일 동안 수화실험을 지속하였다. 하루 동안 수화 과정을 거치면서 벤토나이트가 팽창하여 셀 내부의 공간을 채우는 것을 확인하였다. 또한, 샘플의 X선 CT값의 히스토그램 분석을 통해 수화 과정 초기의 샘플 밀도 증가와 이후 점진적인 밀도 감소가 발생함을 평가할 수 있었다. 평균 CT 값, CT값의 표준 편차, CT값 변화량에 대한 분석을 통해 샘플의 수화 과정에 대한 자세한 정보를 확인할 수 있었다. 즉, 수화 시작 후 2일 동안 시료 하부 및 상부 영역은 밀도가 감소하고 중간 영역은 밀도가 증가하였다. 그 후 수화가 진행되면서 샘플의 각 위치에서의 밀도 변화는 초기 샘플의 밀도와 비교할 때 그 차이가 점차 감소함을 확인하였다. 샘플 내 균열의 형성과정과 이후 감소되는 현상도 X선 단층촬영에 의해 확인되었다.

• 자원환경지질
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• 제56권4호
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• pp.421-433
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• 2023

원자력발전소의 사용후핵연료(Spent Nuclear Fuel: SNF)에 대한 최종처분은 지하 심부의 지질학적 저장소에서 이루어진다. 사용후핵연료를 감싸는 금속처분용기는 주철과 구리 등으로 제작되어 방사성핵종을 장기간 격리할 예정이며, 공학적방벽과 천연방벽으로 구성된 다중방벽처분시스템에 의해 보호를 받도록 설계된다. 지하 심부의 환경(심층처분환경)은 점차 무산소의 환원환경으로 바뀌게 되며, 이러한 환경에서 구리처분용기의 부식을 일으킬 수 있는 유력한 물질 중 하나는 황화물이다. 황화물에 의한 응력균열부식은 구리처분용기의 안정성을 크게 저하시켜 처분장의 장기안전성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 심층처분환경에는 황산염이 다양한 형태로 존재 또는 유입될 수 있으며, 황산염환원미생물에 의해 황화물로 전환되어 구리처분용기의 부식에 기여할 수 있다. 완충재와 뒤채움재의 유력한 후보물질인 벤토나이트에는 주로 석고(CaSO₄)와 같은 산화형태의 황산염 광물이 포함되어 있다. 심층처분환경 내에 미생물이 생장할 만한 공간이 있고 유기 탄소 등 전자공여체가 충분히 공급된다면 미생물 활동에 의해 황산염이 황화물로 환원될 수 있다. 하지만 근계영역에서 생성된 황화물과 지권으로부터 유입되는 황화물 중 대부분은 완충재에 의해 차단되어 극히 일부만이 처분용기에 도달할 것이다. 처분환경에서 존재가능한 황화철 광물 중 하나인 황철석은 용해과정에서 황산염을 발생시켜 구리처분용기의 부식에 기여할 수 있다. 하지만 황철석의 극히 낮은 용해도로 인해 산화 생성물의 양은 매우 적을 것이고 포화된 벤토나이트의 낮은 수리전도도로 인해 처분용기로 산화 생성물의 이동은 제한될 것이다. 우리는 심층처분환경에서 황산염의 존재와 환원 그리고 황화물과 황철석의 형성 및 거동 특성 등에 관한 주요 연구 사례 등을 종합적으로 분석, 정리하였고, 고준위방사성폐기물 처분장의 장기안전성에 대한 황산염과 황화물의 영향을 이해하고자 하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.319-326
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• 2009

정(井)자형 H형강을 강축의 수직 방향에 대해 띠판으로 연결한 조립보를 수평버팀대로 사용하면 구조적으로 약축 방향의 세장비를 줄여 구조 효율을 높일 수 있으며 또한 이를 구조물 지하 골조의 일부로 사용하여 시공성을 개선시킬 수 있다. 이 시스템의 H형강이 서로 만나는 교차 부분에는 콘크리트가 채워지고 그 사각형 가운데는 철근콘크리트 기둥이 위치하게 된다. 보-기둥 접합부의 뚫림 전단거동은, 사변을 구속하고 있는 H형강에 의해 전단균열에 의한 방사변형이 구속되어지며, H형강이 접합부를 충분히 구속할 수 있는 경우 하중 전달이 효과적으로 이루어지고, 일반적인 경우의 뚫림 전단강도보다는 더 큰 내력을 가지게 된다. 이 현상을 확인하기 위하여 구속 여부와 기둥면에서 구속 H형강까지의 거리를 변수로 하여 실험하였다. 실험 결과는 콘크리트구조설계기준을 준용하여 얻은 식과 비교하였고, 제안된 식을 통하여 계산된 결과는 실험을 통해 얻은 뚫림 전단강도와 비슷한 결과를 나타냈다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제9권4호
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• pp.119-126
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• 2005

본 연구의 목적은 풍하중 또는 지진하중 작용시 면외거동을 하는 구조물의 안전성을 확보하기 위하여 비보강 콘크리트 조적조 벽체의 휨인장강도를 평가 분석하는 것이다. 비보강 콘크리트 조적조 벽체의 휨인장강도는 실물 크기의 시험체에 대한 총 327개의 결과를 이용하였으며, 각각의 경우에 대한 휨인장강도의 통계값을 얻었다. 휨인장강도는 콘크리트 조적조 형태, 모르터 형태 및 등급, 인장응력 방향에 따라 13개 그룹으로 분류하였으며, 각각에 대한 평균휨인장강도와 변동계수를 구하였다. 휨인장강도를 구하기 위하여 벽체에 적용된 하중은 균일분포하중 및 집중하중 형태이며, 벽체가 균열될 때의 최대하중을 측정하여 휨응력공식으로 극한휨인장강도가 계산되었다. 평균휨인장강도는 콘크리트 조적조의 형태, 모르터의 형태 및 등급 등에 따라 1,564 kPa~363 kPa 범위로 분포한다. 이에 비하여 국내의 콘크리트블록 조적조 구조기준에서 허용휨인장응력은 모르터 등급 및 인장응력방향에 따라 294 kPa~74 kPa로 낮은 값을 고시하고 있다. 본 연구에서 평가 분석한 휨인장강도값은 국내 구조기준에서 고시한 값 보다 약 5배 정도 큰 값이므로 국내의 기준값은 상향 조정되어야할 것이다. 본 연 구에서 도출한 휨인장강도값을 토대로 국내에서 비보강 콘크리트 조적조 구조물에 적용할 수 있는 허용기준치를 모르터 등급 및 인장응력방향에 따라 추후 세부적으로 설정할 수 있을 것이다.