• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.86-93
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• 2023

반복하중을 받는 철근콘크리트 부재는 이력거동이 진행됨에 따라 강성과 강도의 저하 그리고 핀칭현상 등으로 인하여 에너지소산 능력이 감소된다. 그러나 지침서 「철근콘크리트 건축구조물의 성능기반 내진설계를 위한 비선형해석모델, 2021」에서는 각 부재별로 모든 이력단계별 단일한 에너지소산계수를 산정하도록 하고 있어 이력단계에 따른 에너지소산능력의 감소를 고려할 수 없을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 반복하중을 받는 일반보에 대한 기존 실험결과와 비선형시간이력해석 결과를 비교하여 이력단계에 따른 에너지소산계수를 고찰하였다. 에너지소산계수는 비선형시간이력해석 결과로 구한 이상화된 탄소성거동 에너지 소산량에 대한 실제 실험체의 에너지소산량의 비로써 산출하였다. 기존 실험결과는 1회 Cycle을 각 이력단계별로 산정하여 에너지소산계수를 도출하였으며, 지침서 내 비선형모델링 과정을 토대로 에너지소산계수를 도출하였다. 기존 실험연구에선 각 이력단계(Y-L-R)를 설정하여 에너지소산계수를 구하였으며, 에너지소산계수는 Y-L구간 0.36, L-R구간 0.28로 나타났고, 지침서 에너지소산계수는 0.31로 나타났다. 이는 지침서의 에너지소산계수 산정식이 철근콘크리트 부재의 에너지소산능력의 감소를 나타내지 못하는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.203-212
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• 2008

본 연구에서는 다양한 배근상세를 갖는 짧은 연결보 (short coupling beam)의 주기거동특성과 에너지소산 메커니즘을 연구하였다. 주기하중을 받는 연결보의 수치해석을 위하여 비선형트러스모델 (nonlinear truss model)을 사용하였다. 수치해석 결과, 일반적인 수직 수평배근상세를 갖는 연결보는 핀칭이 심한 주기곡선을 보이며 거의 에너지를 소산하지 못하였다. 반면 대각배근상세를 갖는 연결보는 핀칭이 없는 안정적인 주기거동을 보이며 많은 에너지를 소산하였으며, 연결보의 에너지소산은 취성재료인 콘크리트보다 주로 대각 방향으로 배치된 철근에 의하여 발생됐다. 이러한 분석 결과를 토대로 대각철근의 변형률 이력을 사용하여 연결보의 에너지소산량을 예측할 수 있는 간편한 평가식을 개발하였다. 검증을 위하여 제안된 평가식과 실험으로 구한 연결보의 에너지소산량을 실험 결과와 비교하였다. 그 결과, 제안된 평가식은 배근형태, 전단경간비, 비탄성 변형 크기 등 다양한 설계변수의 영향을 고려하여 전단경간비가 1.25이하인 짧은 연결보의 에너지소산량을 비교적 정확히 예측하였다. 제안된 에너지소산량 평가 방법은 철근콘크리트구조물 및 부재의 성능 기초 내진평가/설계에 손쉽게 활용될 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.594-605
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• 2003

핀칭은 철근콘크리트 부재의 주기거동 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 휨지배를 받는 철근콘크리트 부재에 대하여 핀칭거동의 특성과 에너지 소산능력을 연구하기 위하여 수치해석 연구를 실시하였다. 기존의 실험연구와 수치해석 결과를 분석한 결과, 전단거동과 무관한 휨핀칭이 압축력을 받는 부재에서 일어난다는 사실이 밝혀졌다. 그러나 일정한 철근 배근형태와 철근양을 갖는 부재들은 압축력의 영향에 의하여 주기거동의 형상이 변하더라도 재하된 압축력의 크기와 관계없이 일정한 에너지소산능력을 갖는다. 이는 콘크리트는 압축력이 증가함에 따라서 그 영향력이 증대되지만 취성재료로서 에너지 소산능력에 큰 영향을 미치지 않으며, 주로 철근에 의하여 에너지 소산이 일어난다는 사실을 가리킨다. 따라서 실제 재하되는 압축력의 크기에 관계없이 단순 휨을 받는 단면에 대한 해석을 통하여 휨지배 부재의 에너지 소산능력을 계산할 수 있다. 이러한 연구결과에 근거하여 에너지 소산능력과 감쇠보정계수를 평가할 수 있는 실용적인 방법과 설계식을 개발하였으며, 기존의 실험결과와의 비교를 통해 검증하였다. 이 제안된 방법은 일반적인 설계변수를 이용하여 에너지소산능력을 정확히 평가할 수 있으므로, 설계실무에서 편리하게 사용할 수 있다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.1-11
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• 2006

이 논문에서는 에너지 소산장치가 장착된 사장교의 지진 취약도 해석 방법을 제시하고 에너지 소산장치의 장착 및 주탑-보강형 연결 조건에 따른 지진 취약도 변화를 살펴본다. 입력지반운동, 에너지 소산장치 특성값 및 사장교 강성 모형에 확률 변수를 도입하여 불확실성을 고려하고 에너지 소산장치의 비선형 이력거동을고려하여 시간이력 해석을 수행한다. 해석결과의 회귀분석을 통한 최대 응답과 입력지반운동 세기(intensity) 사이의 관계식으로부터 취약도 해석을 위한 소요 역량(demand)을 수립한다. 역량(capacity)에 해당하는 한계상태는 주탑 하부의 전단력, 보강형의 교축방향 변위, 케이블 장력의 변동량 그리고 강주탑의 좌굴이 고려된다. 해석 예제로서 강주탑 사장교인 제 2 진도대교 모형에 대하여 취약도 해석을 수행하였다. 취약도 해석결과 에너지 소산장치의 사용을 통하여 구속 또는 비구속 연결조건시 높은 손상확률을 보이던 한계상태에 대하여 그 손상확률을 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1323-1327
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• 2006

일반적으로 화력발전소는 원활한 원료 및 냉각수의 공급과 환경적인 요인으로 인해 내륙보다는 해안에 위치하고 있다. 발전소의 안정성을 확보하기 위해서는 고열의 발전기를 냉각하는 냉각설비들이 반드시 필요하며 이를 위해 취수로를 통한 냉각수의 원활한 공급이 이루어져야 한다. 이러한 냉각수 공급은 대용량 펌프에 의해 이루어지며, 취수로 구조물의 형상 및 냉각수의 흐름조건에 따라 성능과 수명이 좌우된다. 특히 해안에 위치하는 지리적 여건상 직접취수가 많으며 이러한 경우 유사가 취수로에 유입되어 펌프 흡입 시 균열과 임펠러 마모 등을 유발시켜 펌프의 안전에 악영향을 미치게 된다. 따라서 취수로에 유사의 퇴적을 유도하는 침사지를 설계하게 되며 Hydraulic Institute Standards(1998)에서는 허용설계유속을 0.2 m/s 이하로 정하고 있다. B 발전소는 직경 3 m의 대형 취수관로 3개를 통해 매우 빠른 유속으로 취수로에 유입되는 냉각수 계통 구조물을 가지고 있어 침사지 내 유속이 허용기준을 초과하였다. 본 연구에서는 침사지내 유속을 만족시키기 위해 다양한 에너지 소산 구조물 설계방안을 제시하였다. 각 설계방안에 따른 흐름 특성 및 유속 분포를 파악하고 common bay 내에서의 난류특성을 분석하여 비교.검토하였다. 수리모형실험 결과를 통해 각각의 설계방안에 따른 침사지의 효율을 평가하였으며 최적의 에너지 소산 구조물에 대한 설계방안을 제안하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.449-453
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• 2010

본 논문에서는 점성 및 감쇠가 있는 단자유도 구조물의 등가감쇠비를 효율적으로 구하는 방법을 제시하였다. 건물에 설치된 마찰감쇠기는 외력의 크기에 따라 정지와 운동의 상태를 반복하여 외부 입력에너지를 소산시키기 때문에 외력과 응답관계가 비선형이다. 마찰감쇠기가 설치된 단자유도 건물은 마찰감쇠기외에 점성감쇠가 동시에 존재하므로 해석적인 정해를 구하기가 어렵다. 등가감쇠비를 산정하기 위해서 첫째, 점성과 마찰감쇠가 있는 단자유도계 건물의 자유진동 정해를 통하여 변위응답과 가속도 응답특성을 분석하였다. 둘째, 자유진동의 경우 응답이 멈출 때까지 소산에너지식을 이용하여 등가점성감쇠비를 구하였다. 셋째, 조화가진 일 때는 수치해석을 통하여 마찰력비 $F_r$에 따른 응답 특성을 알아보았다. 넷째, 조화가진의 경우 에너지 균형식을 바탕으로 등가점성감쇠비를 유도하였다. 등가점성감쇠비는 변위응답비의 영향을 받으므로 응답을 알아야만 구할 수 있다. 건물 응답의 진동수 특성은 협소영역(narrow band)이므로 고유진동수에 의해 지배된다고 가정하여 등가점성감쇠비를 구하였다. 마지막으로, 유도한 자유진동과 조화가진의 등 가점성감쇠비를 이용한 등가선형운동방정식의 해를 비선형 수치해석 한 결과와 비교하여 검증하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.602-605
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• 2011

본 논문에서는 마찰감쇠기가 설치된 건물이 붕괴하중을 받을 때의 에너지소산능력을 고려하여 등가감쇠비를 유도하였다. 마찰감쇠기는 주로 지진과 같은 수평하중에 대한 에너지를 소산하기위해 설치된다. 마찰감쇠기를 대각 가새형으로 설치하면 수평하중에 대한 저항력뿐 만아니라 수직하중에 대한 저항성능도 발휘된다. 건물에 설치된 마찰감쇠기는 외력의 크기에 따라 정지와 운동의 상태를 반복하여 외부 입력에너지를 소산시키기 때문에 외력과 응답관계가 비선형이다. 건물은 고유의 점성감쇠를 가지므로 마찰감쇠기가 설치된 건물은 마찰과 점성감쇠를 동시에 고려해야하므로 해석적인 정해를 구하기가 어렵다. 에너지 평형을 이용하여 등가감쇠비를 구하고 운동방정식을 등가선형화하면 쉽게 저항 성능을 파악할 수 있다. 우선 건물에 영향을 미치는 것은 감쇠이므로 감쇠의 영향력을 마찰력비, ${\gamma}_c$로 나타내었다. 둘째, 정해를 마찰력비로 표현하여 유도하고 응답특성을 파악하였다. 셋째, 에너지 균형식을 통해 등가감쇠비를 산정하였다. 마지막으로 등가감쇠비를 검증하기 위하여 등가감쇠비를 이용하여 등가선형화한 응답과 실제 마찰감쇠기를 설치하여 비선형 수치해석한 결과와 비교, 검증하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.566-577
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• 2002

비선형 정적해석법과 같은 발전된 지진 해석 및 설계방법은 강도, 연성도, 에너지 소산량으로 대표되는 철근콘크리트 부재의 주기거동을 정확하게 예측하는 것이 필요하게 되었다. 그러나 현재, 에너지 소산량의 평가는 정확하지 못한 경험식을 사용하거나 실무적으로 사용하기 어려운 실험이나 정교한 수치해석에 의존하고 있다. 본 연구에서는 주기하중을 받는 휨지배 철근콘크리트 부재의 주기거동특성을 연구하기 위하여 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 또한 압축력, 철근비, 배근형태 등이 주기거동에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 이러한 연구를 토대로 주기거동에 의한 에너지 소산량을 산정할 수 있는 약산법을 개발하였으며, 실험 및 수치해석 결과와의 비교를 통해 검증하였다. 본 연구에서 제안한 방법은 현재사용되고 있는 경험식보다 더 정확하게 철관콘크리트 부재의 에너지 소산능력을 평가할 수 있으며, 실무에 쉽게 적용할 수 있다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.433-436
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• 2010

본 논문에서는 파일형 선박충돌 방호공에 선박이 충돌하였을 때 방호공의 거동을 해석하였다. 방호공의 구조는 상부슬래브, RCP 말뚝 및 이를 지지하는 지반은 비선형 지반스프링으로 모델링 하였다. 상부슬래브 8절점요소로 모델링 하였으며 철근과 콘크리트로 구성되어있다. RCP 말뚝은 철근망과 충진콘크리트로 구성되어있으며 충돌 시 파괴거동을 표현할 수 있는 Damaged Plasticity로 모델을 사용하였고 Shell 요소로 모델링 하였다. 선박충돌 시 선박의 강성에 따른 거동 특성을 파악하기 위해 선박을 강체모델과 실제모델에 대한 해석을 수행하였다. 선박과 교량의 충돌은 정면충돌로 고려하였으며, 충돌속도는 3.3m/sec로 가정하였다. 선박과 방호공과의 충돌 해석은 비선형 해석 프로그램인 ABAQUS/Explicit을 이용하여 수행하였으며, 이를 통하여 선박 충돌 시 방호공의 에너지 거동을 분석하였다. 해석결과 선박의 강성이 커질수록 슬래브의 변형 및 소산 에너지량이 커지는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제3권4호
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• pp.23-32
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• 1999

본 연구에서는 반복하중을 받는 H형강보 접합부의 거동을 실험적인 방법으로 조사하였다. 본 연구의 목적은 H형강보 접합부의 이력거동에 강제의 특성과 스캘럽의 형태가 주는 영향을 조사하는 것이다 5개의 접합부 시험체를 제작하여 반복하중을 재하면서 실험을 수행하였다. 보 접합부에서의 하중-회전변형 곡선을 얻었으며 접합부의 변형능력과 에너지 소산능력을 상호 비교하였다. 강재가 SS400인 시험제는 충분한 변형능력과 에너지소산능력을 보였으나 강재가 SM490인 시험체는 취성적인 파괴를 보였으며 변형능력이 작았다. 접합부 스캘럽의 형태는 접합부의 거동에 영향을 주지않았다.