• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.165-171
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• 2013

동하중을 고려하는 구조해석은 전산자원과 시간측면에서 상당한 어려움이 따르기 때문에 외력을 이상적인 정하중으로 가정하는 것이 일반적이다. 그러나 정하중 조건으로 해석된 결과는 구조물의 안전설계 측면에서 충분한 신뢰를 주기 어렵다. 최근에는, 동하중의 영향을 받는 구조물의 효과적인 구조해석을 위해 동하중을 등가정하중으로 변환하는 기법이 제안되어 왔다. 이 기법은 최적화를 통해 구속조건을 만족하는 최소의 등가정하중을 구하는데, 구속조건은 임계시간의 변위를 사용하고, 등가정하중 분포 자유도는 경험적으로 선정하여 왔다. 그러나 안전설계 관점에서는 응력 구속조건을 적용하는 것이 타당하며, 경험적 자유도 선정은 몇 개의 자유도에 과도한 하중이 부과되거나 구조물의 거동에 영향력이 없는 자유도들이 선정될 가능성이 있다. 본 연구에서는 등가응력 구속조건을 고려하는 등가정하중 최적화 방법을 제안하고, 축소시스템 개념을 도입한 주자유도, 구속조건 요소 자유도, 외부하중 자유도로 구성되는 등가정하중 분포 자유도의 구성방법을 제안한다. 수치예제에서는 제안된 방법으로 구해진 등가정하중을 사용하여 등가응력을 구하고 동하중 해석 결과와 비교함으로써 제안된 방법을 통한 구조해석 방법이 구조안전성 측면에서 타당함을 보인다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.481-488
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• 2010

횡구속된 고강도 콘크리트의 역학적 거동을 예측하기 위해 보통강도 콘크리트의 구성모델을 적용할 경우 연성 거동이 과대평가된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 콘크리트 강도가 증가함에 따라 구속효과에 미치는 영향을 고찰하여 고강도 콘크리트에 적용 가능한 정확한 응력-변형률 관계가 요구된다. 따라서 이 연구에서는 횡구속된 고강도 콘크리트의 강도와 연성 거동에 양향을 미치는 변수들의 회귀분석을 통한 변수별 회귀식을 바탕으로 새로운 횡구속된 고강도 콘크리트의 구성모델이 제안된다. 횡구속된 고강도 콘크리트의 강도 및 초기강성을 나타내는 응력-변형률 곡선의 상승부는 제안된 구성모델과 잘 일치하였고 연성 거동을 나타내는 하강부 곡선은 원형 단면을 가지는 낮은 횡구속 철근의 항복강도 및 철근비일 때 과대평가되었다. 콘크리트 강도를 주요 변수로 하는 제안된 구성모델은 문헌분석을 통한 25개의 횡구속된 고강도 콘크리트 기둥의 실험적 연구와 비교 분석한 결과 콘크리트 압축강도 60~124 MPa 범위에서의 응력-변형률 곡선과 잘 일치되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.433-442
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• 2003

본 연구에서는 단조하중, 반복하중, 비례하중, 비례하지 않는 하중을 받는 콘크리트 구조물의 3차원 유한요소해석을 위한 비선형 아소성 콘크리트 모델을 개발하였다. 이 구성모델은 등가일축변형률 개념을 기초로 하여 3차원 구성관계를 세 개의 서로 독립된 등가일축 구성관계로 바꾸고 이들 통하여 콘크리트의 거동을 예측하도록 모델되었다. 일축 구성관계는 Willam-Warnke의 파괴면을 이용하여 주응력공간에서 구해진 최대 압축응력으로부터 결정되었다. 특히 중수압축을 따라 재하되는 하중에 대한 콘크리트의 비선형 특성을 예측하기 위하여 파괴면에 캡면을 도입하였다. 일축 구성관계는 Popovis와 Saenz의 모델을 근거로 하여 구속응력이 증가함에 따라 취성에서 연성으로 변화하는 현상을 묘사할 수 있도록 새롭게 유도하였다. 개발된 모델을 모델의 성능을 평가하기 위하여 여러 실험결과와의 비교를 시도하였다. 먼저 일정한 구속응력과 단조하중을 받는 실험결과와 비교하였고, 이축압축실험과 비례하지 않는 하중과 반복하중을 받는 삼축압축 실험결과와 비교하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제4권2호
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• pp.27-37
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• 2003

본 연구에서는 삼축 조건하에서 지오셀-흙 복합체의 응력-변형 거동과 지오셀에 의한 강도증가를 고찰하였다. 연구를 위하여 직경 50mm, 높이 100mm인 시료 중앙에 직경 50mm, 높이는 각각 35, 50, 70mm인 연성의 모형셀을 넣고 3개의 밀도 변화에 따른 일련의 삼축시험을 수행하였다. 시험결과 지오셀의 구속은 모래의 등가점착력을 유발시키는 것으로 나타났으나 점착력은 지오셀 재료의 특성에 관계되는 것으로 나타났다. 기존의 지반보강재에 의한 강도증가가 등가점착력의 유발만 나타난 것과는 달리 본 연구에서 사용된 탄성의 고무지오셀 재료는 등가점착력의 유발뿐만 아니라 내부마찰각도 증가시키는 것으로 나타났다. 지오셀-모래 복합재의 강도를 쌍곡선 모델에 적용시킨 결과 지오셀 복합재료의 거동이 일반 흙과는 거동이 다르므로 적용된 설계하중 범위에서의 첨두강도 결정이 거동을 묘사하는데 중요한 것으로 인식되었다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2011년도 추계학술논문집 2부
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• pp.471-474
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• 2011

본 연구에서는 신뢰성과 효율성을 보장하는 축소기법을 기반으로 비행체 윙의 최적화 기법을 제안한다. 본 연구에서 사용하는 축소기법은 주자유도 기반으로 시스템을 구축하기 때문에, 구조물의 거동에 대해 지배적인 자유도를 잘 선정하는 것이 매우 중요하다. 잘 구성된 축소시스템은 최적화 과정에서 반드시 필요한 민감도 계산에서도 정확한 결과를 제공한다. 본 연구에서는 주자유도 선정을 위해 기존연구에서 신뢰성이 검증된 2단계 축소방법을 사용하였고, IRS에 의해 최종시스템을 구축하였다. 수치예제에서는 구속조건으로 부과되는 등가응력, 고유치 및 민감도는 모두 축소시스템 기반으로 구해지며, 최종적으로 제안된 기법을 통해 구속조건을 잘 만족하면서 목적함수에 대한 최적 결과를 얻을 수 있음을 보인다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.143-150
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• 2007

본 연구에서는 카본시트튜브로 구속된 원형기둥에 반복 횡하중을 가하여 기둥의 휨내력을 평가하는 실험을 수행하였다. 중립축을 기준으로 압축 및 인장측 단면의 모멘트를 이용하여 공칭모멘트를 계산하는 등가응력블록계산법을 소개하였다. 또한 실험결과를 분석하여 횡 하중에 대한 거동을 예측할 수 있는 회귀식을 마련하여 실험결과와 비교하였다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권2호
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• pp.45-49
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• 2008

본 논문에서는 미국 AISC-LRFD기준에서 제시하고 있는 웨브 변단면 I형 보의 탄성 좌굴강도 산정식을 고찰하였다. 미국 AISC-LRFD 기준의 기본 개념은 웨브 변단면 보를 가장 작은 단면과 동일한 크기를 가지면서 길이가 다른 등가 일정단면보로 대치하는 것이다. 또한 비지지 구간에 작용하는 응력 구배와 이웃한 보의 횡방향 구속효과를 고려하기 위하여 수정계수(B)를 적용하고 있다. AISC-LRFD 기준에 제시된 수정계수(B)와 유한요소해석결과와의 비교를 통해 본 논문에서는 수정계수(B)를 산정하기 위한 재 정의된 방법을 제안하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.59-68
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• 2009

온도 및 수분의 영향에 의하여 발생한 콘크리트 포장 슬래브의 컬링(curling)과 와핑(wraping)의 비틀림 거동은 자중이나 마찰력 등에 의하여 구속되며 이로 인하여 응력이 발생된다. 슬래브 내부의 온도 변화에 의해 발생한 응력은 상용 구조해석 프로그램으로 쉽게 계산할 수 있지만 습도 차이에 의하여 발생되는 응력은 기존 프로그램으로는 계산하기 어렵다. 따라서, 슬래브의 거동에 미친 습도의 영향이 등가의 온도로 환산되어 구조해석에 입력값으로 사용된다면 보다 정확하게 환경하중에 의한 슬래브의 거동을 예측할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 콘크리트 슬래브를 현장에 시공하여 환경하중에 의해 발생된 변형률을 장기적으로 측정하였으며 실내에서 측정된 콘크리트 시편의 열팽창 계수를 사용하여 열변형률을 추출하였다. 나머지 변형률인 건조수축변형률을 추가적인 열변형률이라고 가정하고 이를 열팽창 계수로 나누어 줌으로써 건조수축과 등가의 영향을 갖는 가상의 온도가 계산되었다. 자중이나 마찰력 등이 고려되도록 기존 건조수축 모형을 수정하였으며, 이를 이용하여 슬래브 상부와 하부 상이에 발생한 건조수축의 차이를 등가의 온도차이로 환산할 수 있는 모형을 개발하였다. 보다 정확한 응력계산을 위하여 압축변형률의 지속적 증가에 따른 인장응력 감소에 관한 추가적인 연구가 이어질 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제19권2호
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• pp.158-166
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• 2009

Hoek-Brown 암석에서 응력에 의해 발생되는 균열의 전파특성을 수치해석적으로 분석하기 위한 기초연구로서 탄성균열의 균질화 기법이 제안되었다. 균열의 개시조건으로 Hoek-Brown 경험식이 이용되었고, 균열의 방향 탐색을 위해 임계면법이 이용되었다. 균열물질과 무결암으로 구성된 대표체적에 대해 체적평균 응력 및 변형률 개념을 적용하여 균열과 신선암의 역학적 특성을 균질화시킴으로써 등가 이방성매질의 구성관계식을 유도하였다. 제안된 균질화모델을 포트란 코드로 작성하여 상업유한요소 코드인 COSMOSM에 이식하였다. 제안된 수치해석모델의 적합성을 검증하기 위하여 2차원 평면변형률조건에서 수치 일축압축시험을 실시하였다. 모델 상하부 가압면의 구속조건을 달리한 2가지 해석모델을 선정하여 구속조건이 일축압축시험편의 변형 및 파단면 형성형태에 미치는 영향이 분석되었다. 균열의 균질화를 고려한 수치 일축압축시험 결과는 실제 실험에서 발생되는 형태와 유사한 변형거동 및 파단면 형성 특성을 잘 나타내었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권5호
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• pp.5-19
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• 2019

암반으로 구성되어 있는 급경사($65^{\circ}{\sim}85^{\circ}$)비탈면이 장기간 안정한 상태로 유지되고 있는 자연현상을 고려할 때, 설계 및 초기 시공 단계에서 위와 유사한 지반 상태로 이루어진 깎기 암반비탈면에 대해 1:0.5(발파암 경사 기준)보다 급한 경사를 적용할 수 있을 것이다. 급경사로 설계 가능한 양호한 연속체 암반비탈면의 안정성을 검토하는 과정에서, 설계실무 측면에서 범용적인 암반강도정수 산정방법이 필요하게 되었다. Hoek 등(2002)이 수정 보완하여 발표한 Hoek-Brown 파괴기준과 GSI분류는 불연속구조의 영향을 충분히 고려한 암반특성화 시스템으로 평가되었으며, 응력변화에 따라 등가 Mohr-Coulomb 강도정수(등면적법)를 산출하는 방법을 제안하였다. 비탈면에서는 등가 M-C 강도정수가 최대구속응력(${{\sigma}^{\prime}}_{3max}$ 또는 수직응력)변화에 따라 민감하게 변화하므로 실무적으로 활용하기에 어려운 점이 있다. 이 연구에서는 양호한 연속체 암반비탈면에 대해 최대구속응력 범위이내에서 범용적으로 적용할 수 있는 강도정수산정방법(등각분할법)을 H-B 파괴기준을 응용하여 제안한다. 등각분할법 강도정수(A)의 타당성 및 적용성을 평가하기 위해, 연구대상 암반비탈면을 기존 실시설계 현장 인근에 있는 급경사 비탈면에서 암석종류별(화성암, 변성암, 퇴적암)로 선정하고, Hoek이 제시한 등가 M-C 강도정수(등면적법)들과 비교 분석하였다. 등면적법 및 등각분할법 등가 M-C 강도정수는 기본적인 자료인 기존 실시설계 현장의 실내 암석 삼축압축시험과 연구대상 암반비탈면의 불연속구조의 특성조사(Face Mapping)를 통해 RocLab 프로그램(H-B 파괴기준을 기본으로 전산화된 지반정수 산정 소프트웨어)을 활용하여 산정하였다. 산정된 등면적법 등가 M-C 강도정수는 상호 연동되어 점착력과 내부마찰각이 아주 크거나($45^{\circ}$ 이상) 작게 나타났다. 등각분할법 등가 M-C 강도정수는 등면적법 등가 M-C 강도정수의 중간 정도이며, 내부마찰각은 $30^{\circ}{\sim}42^{\circ}$의 범위를 보인다. 연구대상 암반비탈면의 등각분할법 강도정수(A)와 기존 실시 설계 현장에서 연구대상 암반비탈면과 유사한 암반상태(동일 등급 RMR)에 적용한 강도정수(B)와 비교 분석하고, 이 지반정수들로 적용한 비탈면 안정해석(한계평형해석과 유한요소해석) 결과를 통해 제안한 등각분할법의 적용성을 간접적으로 평가하였다. A와 B의 강도정수 차이는 10% 정도이다. 한계평형해석 결과(우기 기준), A적용 안전율(Fs)=14.08~58.22(평균 32.9), B적용 안전율(Fs)=18.39~60.04(평균 32.2)이며, 각 동일한 암석종류에 따라 상호 유사하게 나타났다. 유한요소 해석 결과, A적용 변위=0.13~0.65mm(평균 0.27mm), B적용 변위=0.14~1.07mm(평균 0.37mm)으로 매우 유사하다. H-B 파괴기준을 응용하여 등각분할법으로 산출한 지반 정수를 실무적인 전단강도로 적용할 수 있는 적용성 평가에서 유의미한 결과를 확인할 수 있었다.