• 대한토목학회논문집
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• 제29권2A호
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• pp.131-143
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• 2009

지진하중과 같은 횡하중에 대하여 교량구조물의 아칭작용은 교대 사이의 상부구조에 의해 발생하며 이를 상부구조의 저항능력이라고도 한다. 교량구조물의 아칭작용의 크기는 경간의 수에 영향을 받으며 또한 상부구조, 교대와 교각의 연결조건 및 상부구조와 하부구조의 강성비에도 영향을 받는다. 프리캐스트 콘크리트 상자형 교량의 비탄성 지진응답에 대한 아칭작용의 영향을 분석하기 위하여 경간수에 따른 두 가지 종류의 예제교량(교량 SB와 교량 LB), 교각의 높이의 배열에 따른 세가지 종류(대칭, 비대칭)의 교량, 상부구조와 하부구조의 연결조건에 따른 세가지 교량(형식 A, B, C)등에 대한 구분을 조합하여 18가지 종류의 예제구조물을 작성하였으며, 이 예제구조물들에 대하여 역량스펙트럼해석, 비탄성 시간이력해석을 수행하여 지진응답을 비교하여 아칭작용의 영향을 분석하였다. 아칭작용의 영향(최대변위의 감소와 저항능력의 증가)은 교량 SB(short bridge)의 경우가 교량 LB(long bridge) 보다 크게 나타났으며 대칭교량의 경우가 비대칭교량에 비하여 크게 나타남을 알수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.302-309
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• 2017

이론적 연구를 통하여 말뚝지름과 말뚝설치간격, 성토재의 내부마찰각 그리고 성토고가 성토지지말뚝의 아칭효율에 미치는 영향을 살펴보았다. 성토지지말뚝 상부의 성토체에 발생하는 아치모델에 대하여 아칭효율을 계산함에 있어 아치의 천정부파괴 및 말뚝캡에 작용하는 하중계산을 통한 아칭효율이 같게 되는 임계 상대간격비를 구할 수 있는 식을 제시하였으며 설계에 유용하게 쓰일 것으로 판단된다. 본 연구에서 수행된 계산결과에 따르면 상대간격비가 작은 경우는 말뚝캡에 작용하는 하중을 통해 계산되는 아칭효율이 설계를 지배하게 됨을 알 수 있으며 상대간격비가 커질수록 아치의 천정부파괴에 의한 아칭효율이 설계를 지배함을 알 수 있다. 말뚝중심간 설치간격에 대한 말뚝지름의 비를 나타내는 ${\beta}$값이 커질수록 말뚝 캡에 작용하는 하중에 의해 계산되는 아칭효율이 설계를 지배하게 되는 임계 상대간격비가 작아짐을 알 수 있었는데 ${\beta}$값이 0.5인 경우 임계 상대간격비는 0.35이며 ${\beta}$값이 0.2인 경우 임계 상대간격비는 0.85이었다. 계산결과에 따르면 Rankine 수동토압계수($K_p$)가 클수록 임계 상대간격비는 작아져서 $K_p$가 5인 경우 임계 상대간격비는 0.23이었으며 $K_p$가 2인 경우 임계 상대간격비는 0.85이었다. 말뚝캡이 성토지반에 대해 차지하는 면적비가 9%인 경우 아칭효율은 54%이었으며 성토재의 수동토압계수가 3인 경우 아칭효율은 61%이었는데 두 경우 모두 말뚝캡에 작용하는 하중에 의해 계산되는 아칭효율이 지배하는 상대간격비가 0.5보다 큼을 알 수 있어 실제적인 설계에 적용될 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.127-136
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• 2004

강성옹벽에 작용하는 주동토압의 크기와 분포형태에 영향을 미치는 아칭효과는 옹벽의 안정성과 옹벽 단면의 결정에도 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 평행이동하는 강성옹벽의 경우에 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과가 옹벽에 작용하는 토압과 전도모멘트, 옹벽의 안정성, 그리고 옹벽의 단면에 미치는 영향을 규명하기 위하여 아칭효과를 고려해서 토압을 산정하는 백(2003a)의 제안식과 Coulomb의 토압이론으로부터 얻어진 결과들을 서로 비교하였다. 연구결과 $\phi$와 $\delta$의 크기에 관계없이 아칭효과를 고려했을 때의 주동토압이 Coulomb 토압보다 컸으며, 옹벽에 작용하는 전도모멘트도 아칭효과를 고려했을 때가 고려하지 않았을 때보다 큰 것으로 나타났다. 그리고 토압에 의해 옹벽의 각 위치에 유발되는 전단력과 모멘트을 비교한 결과 아칭효과를 고려했을 때의 전단력과 모멘트가 아칭효과를 고려하지 않았을 때보다 컸으며, 아칭효과의 고려 유무에 따라 옹벽에 유발되는 전단력의 차이와 모멘트의 차이는 옹벽의 저면으로부터 옹벽 높이의 0.02-0.08배되는 위치에서 최대가 되었다. 따라서 Coulomb의 토압이론에 근거해서 평행이동하는 강성옹벽을 설계하면 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과로 인해 옹벽이 활동과 전도파괴에 대하여 불안정할 수 있다. 그리고 옹벽의 단면은 옹벽에 작용하는 전단력과 모멘트를 지지하기에 충분하지 않을 수 있으며, 이러한 옹벽 단면의 부족은 옹벽의 상부보다는 하부에서 심각하게 된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권12호
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• pp.67-74
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• 2012

기존건물의 지하층과 인접하여 굴착 시 양단벽체 토사의 마찰로 발생하는 아칭효과는 굴착벽체에 작용하는 토압을 경감시키게 된다. 본 논문에서는 굴착깊이에 대한 배면폭의 비와 벽마찰각의 변화에 따른 아칭효과의 변화를 다양한 조건에서 수치해석을 통하여 살펴보았다. 수치해석 모델은 원심모형시험결과를 바탕으로 검증하여 적용하였으며, 아칭에 의한 토압경감 효과는 굴착깊이에 대한 배면폭의 비가 작고 벽마찰각이 커짐에 따라 증가함을 알 수 있었다. 이와 같은 아칭 현상은 기존의 아칭이론 중 Handy(1985)가 제안한 이론식을 통하여 가장 정확히 묘사 가능함을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.455-468
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• 2013

최근 비개착공법으로 지하차도 시공 시 강관을 지반에 압입한 후 강관자체를 철근과 모르타르로 보강하는 다양한 일체형 파이프루프 공법이 적용되고 있다. 이러한 일체형 파이프루프 공법은 상재하중에 대해 지보강성 효과를 발휘하여 콘크리트 지하차도 구조물에 작용하는 응력을 한층 감소시킬 것으로 예상된다. 또한 아칭효과에 의해 주변지반의 연직방향 및 수평방향의 토압이 변화하게 된다. 본 연구에서는 일체형 파이프루프 시공에 따른 주변지반의 토압 분포 특성을 분석하고, 일체형 파이프루프 내측에 시공되는 콘크리트에 작용하는 토압을 분석하기 위하여 유한차분 수치해석을 통해 파이프루프의 체결 특성을 모델링하고 응력 및 변위거동을 분석하였다. 지반과 구조물의 경계에 인터페이스 요소를 도입하여 지반구조물의 상호작용을 분석하였다. 분석 결과, 본체 콘크리트 구조물에 작용하는 연직토압은 파이프루프의 강성과 아칭 작용에 의해 원상태의 연직토압보다 큰 폭으로 감소하여 작용하는 것을 확인하였다. 지하차도 구조물의 단면 설계 시 설계하중에 대해 이러한 아칭작용에 의한 연직토압의 감소를 고려한다면 경제성을 보다 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권8호
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• pp.193-203
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• 2004

표면이 거친 강성옹벽의 경우 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과로 인해 옹벽에는 비선형의 토압분포가 작용하며, 아칭효과가 비선형의 토압분포에 미치는 영향은 옹벽의 변위 형태에 따라 달라진다. 따라서 강성옹벽에 작용하는 주동토압의 크기와 비선형의 토압분포를 정확하게 산정하기 위해서는 옹벽의 변위형태에 따라 달라지는 뒷채움재에 서 발생하는 실제적 인 파괴면 형상과 아칭효과를 고려해야만 한다. 따라서 본 연구에서는 강성옹벽이 저점을 중심으로 회전하는 경우에 뒷채움재에서의 아칭효과와 비선형의 파괴면 형상을 고려함으로써 비선형의 주동토압을 산정할 수 있는 토압산정식을 제안하였다. 이 과정에서 토압산정식이 수학적으로 복잡해지는 것을 피하기 위하여 뒷채움재에서 발생하는 비선형의 파괴면 형상은 4개의 직선으로 구성되는 가상의 파괴면으로 대체하였다. 그리고 제안식으로부터 구한 예측치를 기존의 모형시험 결과와 비교한 결과 제안식은 만족스런 토압 예측치를 제공하는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제7권6호
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• pp.1271-1276
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• 2006

지간 3m인 4종류의 파형강판 암거에 대하여 토피고를 1m에서 6m까지 1m씩 증가시켜 가며 부(-)아칭효과 발현 시 파형강판 암거에 작용하는 연직하중을 수치해석을 통해 구해보았다. 수치해석결과를 통해 볼 때 돌출형으로 파형강판 암거를 설치하더라도 부(-)아칭효과에 의해 암거 상단면에 작용하는 연직하중의 크기는 대체로 상재하중과거의 유사함을 알 수 있었다. 또한, 말뚝기초로 지지되는 파형강판 암거에 있어서 부(-)아칭효과 발현 시 수치해석을 통해 구한 연직하중값은 지간의 2배 정도 이하의 토피고에 있어서는 말뚝기초가 없는 경우와 거의 비슷한 값을 보였으며 그 이상의 토피고에 대해서는 지지구조물의 영향을 받아 말뚝기초가 없는 경우보다 약간 크게 나타났고 이러한 경향은 파형강판의 휨강성이 클수록 뚜렷하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.181-189
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• 2003

일반적으로 강성 옹벽에 작용하는 주동토압은 Rankine이나 Coulomb의 토압이론에 의하여 계산되며, 이들 이론에서는 옹벽에 작용하는 주동토압이 삼각형으로 분포한다고 가정한다. 그러나 많은 실험결과들은 벽면이 거친 강성 벽체에 작용하는 주동토압은 Rankine과 Coulomb 이론에서 사용된 가정과는 달리 비선형으로 분포한다는 것을 보이고 있다. 그리고 이러한 비선형의 토압분포는 옹벽의 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과 때문으로 알려져 있다. 몇몇 연구자들은 강성벽체의 뒷채움재에 발생하는 아칭효과를 고려한 주동토압 산정식을 제안하였다. 그러나 이들 제안식들은 몇가지 점에서 문제점을 갖고 있다. 따라서 본 연구에서는 평행이동하는 강성벽체에 작용하는 주동토압의 크기와 비선형 분포를 정확히 예측할 수 있는 새로운 토압산정식을 제안하였으며, 이 제안식에서는 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과의 영향이 고려되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.143-155
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• 2007

원형수직구 벽체에 작용하는 토압은 축대칭 아칭효과로 인하여 평면변형조건의 벽체에 작용하는 토압보다는 작으며, 원형수직구 흙막이벽이나 라이닝 등의 설계를 위해서는 벽체에 작용하는 토압의 정확한 산정이 필요하다. 따라서, 수평 및 연직방향 아칭효과에 의한 토압감소를 고려하고 수직구 벽체 반경에 대한 높이의 비로 정의되는 벽체형상비의 영향을 합리적으로 고려한 토압산정식이 제안되었다. 또한, 모래지반에서 모형실험에 의한 토압이 분석되었다. 제안된 토압산정식에 의한 토압은 벽체반경이 증가하여 벽체형상비가 감소함에 따라 평면변형조건의 토압과 정확히 일치하였으며, 모형실험에 의한 토압분포와 근사한 경향을 나타내었다.

• 한국철도학회논문집
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• 제12권2호
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• pp.276-284
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• 2009

최근 연약지반에서 급속시공과 엄격한 침하억제가 필요한 경우가 빈번해짐에 따라 성토지지 말뚝공법이 이에 대한 해결책으로 대두되고 있다. 특히 토목섬유로 보강한 성토지지 말뚝 공법의 경우 경제성 및 안정성 측면에서 효용성이 커서 전 세계적으로 활발히 적용되고 있다. 그러나 성토지지말뚝에서의 하중전달작용은 매우 복잡하여 아직까지 이에 대한 완전한 파악이 이루어지지 않은 상태이다. 특히 토목섬유의 보강 목적 및 효과에 대한 이해는 매우 부족한 상태로, 지반의 아칭효과에 의한 말뚝 지지효과를 보조하기 위한 수단으로서 토목섬유의 보강효과를 간주하고 있다. 본 논문에서는 3차원 유한요소해석을 이용한 변수연구를 통해 토목섬유의 보강효과를 구명하였다. 해석 결과의 분석을 통해 토목섬유의 보강 정도가 증가함에 따라 성토하중이 말뚝으로의 집중하는 작용이 지반의 아칭효과에서 토목섬유의 인장효과로 전이되는 현상을 발견하였다. 이는 토목섬유가 일방적으로 말뚝으로의 하중 전달 작용을 향상시킨다는 기존의 인식과는 상반된 결과이다 최종적으로는 기존 설계방법과 수치해석으로 산정된 설계변수의 비교를 통해 기존 설계방법의 문제점과 개선 방안을 제시하였다.