• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
• /
• pp.306-306
• /
• 2020

횡월류위어(side weir)는 하천의 수위가 한계수위 이상으로 상승할 경우 본류로부터 저류지나 분수로(distributary channel)로 흐름을 전환하기 위하여 사용하는 수공구조물로 강변저류지나 off-line저류지의 유입부에 흐름방향과 평행하게 설치되어 유량관리 및 전환, 홍수통제, 에너지 소산, 수위조절, 일정 유량의 취수 및 분배, 초과 홍수량의 전환 등의 목적으로 이용되는 구조물이다. 횡월류 위어의 월류 흐름은 일반위어와 같이 위어마루부 직각방향으로 흐르지 않고 본류 흐름특성에 따라 비스듬하게 유입된다. 이러한 흐름특성으로 횡월류위어 월류량은 본류의 하폭, 흐름특성, 위어길이 및 설치위치 등에 따라 각기 다르게 산정된다. 현재 국내에서 진행된 횡월류위어 흐름특성에 관련된 연구는 대부분 직선수로에 집중되어 있으며 사행하천의 흐름특성에 따른 연구는 부족한 실정이다. 금회 연구에서는 3차원 상용프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 사행하천구간 유입부 설치위치 특성에 따른 횡월류 위어 유입흐름 특성을 분석하였다. 사행하천 구간 횡월류위어 설치위치에 따른 3차원 흐름해석을 위해 AUTO CAD 프로그램을 이용하여 수로길이 30m, 수로폭 2m의 구형 사행수로를 구성하였고, 횡월류위어 유입부 위치를 20°~120°로 변화시키며 수치모형실험을 수행하였다. 해석결과 수로흐름은 유입부 설치각이 작을수록 상·하류 수위차가 작아지며 유속이 감소하며 설치위치각이 클수록 수로내 평균유속은 증가하는 것으로 확인되었다. 유입부 설치각이 작을수록 방류량이 증가하여 수로내 흐름분리현상 증가하였고 이로인한 지체현상이 발생하는 것으로 확인되었다. 본 연구로 사행하천구간에 횡월류위어가 설치된 경우, 월류량과 수리학적 흐름특성을 해석할 때 3차원 수치모형실험이 유용한 해석도구로 이용될 수 있음이 확인되었다. 이후 수치모형실험이 수공구조물 설계 및 해석 시 참고자료로 이용 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
• /
• pp.250-250
• /
• 2021

횡월류위어(side weir)는 하천의 수위가 한계수위 이상으로 상승할 경우 본류로부터 저류지나 분수로(distributary channel)로 흐름을 전환하기 위하여 사용하는 수공구조물로 강변저류지나 off-line저류지의 유입부에 흐름방향과 평행하게 설치되어 유량관리 및 전환, 홍수통제, 에너지 소산, 수위조절, 일정 유량의 취수 및 분배, 초과 홍수량의 전환 등의 목적으로 이용되는 구조물이다. 횡월류 위어의 월류 흐름은 일반위어와 같이 위어마루부 직각방향으로 흐르지 않고 본류 흐름특성에 따라 비스듬하게 유입된다. 이러한 흐름특성으로 횡월류위어 월류량은 본류의 하폭, 흐름특성, 위어길이 및 설치위치 등에 따라 각기 다르게 산정된다. 현재 국내에서 진행된 횡월류위어 흐름특성에 관련된 연구는 대부분 직선수로에 집중되어 있으며 사행하천의 흐름특성에 따른 연구는 부족한 실정이다. 금회 연구에서는 3차원 상용프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 사행하천구간 유입부 설치위치 특성에 따른 횡월류 위어 유입흐름 특성을 분석하였다. 사행하천 구간 횡월류위어 설치위치에 따른 3차원 흐름해석을 위해 AUTO CAD 프로그램을 이용하여 수로길이 30m, 수로폭 2m의 구형 사행수로를 구성하였고, 횡월류위어 유입부 위치를 20°~120°로 변화시키며 수치모형실험을 수행하였다. 해석결과 수로흐름은 유입부 설치각이 작을수록 상·하류 수위차가 작아지며 유속이 감소하며 설치위치각이 클수록 수로내 평균유속은 증가하는 것으로 확인되었다. 유입부 설치각이 작을수록 방류량이 증가하여 수로내 흐름분리현상 증가하였고 이로인한 지체현상이 발생하는 것으로 확인되었다. 본 연구로 사행하천구간에 횡월류위어가 설치된 경우, 월류량과 수리학적 흐름특성을 해석할 때 3차원 수치모형실험이 유용한 해석도구로 이용될 수 있음이 확인되었다. 이후 수치모형실험이 수공구조물 설계 및 해석 시 참고자료로 이용가능할 것으로 사료된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제7권3호
• /
• pp.131-136
• /
• 2004

본 연구에서는 경계요소법을 이용하여 투과 저면위의 불투과성 잠제에 의한 투과율을 수치해석 하였다 해석기법으로는 유체와 투과성 영역을 동시에 해석할 수 있는 파압함수를 사용하였으며, 이론적으로 간단히 하기 위해, 투과성영역내의 파랑의 운동은 선형소산계수와 부가질량계수를 도입하여 정식화하였다. 투과 해저면 위를 진행하는 파랑은 진폭이 감쇠하면서 진행하는 것을 알 수 있었다. 그리고 투과율은 전체적으로 불투과 저면에 비해 투과 저면에서 작아지는 것을 알 수 있었으며, 잠제의 폭과 높이의 변화에 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.

• 콘크리트학회지
• /
• 제7권5호
• /
• pp.172-178
• /
• 1995

콘크리트는 타설시부터 수많은 미세균열을 가지고 있으며, 이러한 미세균열등이 성장하고 전파되어 결국에는 콘크리트가 파괴된다. 이러한 일련의 과정을 손상이라 한다. 손상은 주로 2차 텐서로 표현되며 균열은 연속체적 현상으로 취급된다. 본 논문에서는 손상의 특성을 유효응력개념과 함께 등가탄성에너지법을 이용하여 나타내었으며, Helmholtz 자유에너지와 소산 포텐셜을 이용하여 손상모델의 손상전개와 구성방정식을 유도하였다. 구성방정식은 콘크리트의 탄성, 이방성 손상과 소성의 영향을 포함하도록 하였다. 두 가지 형태의 유효접선강성텐를 사용하였는데, 하나는 탄성-손상의 영향에 의한 것이며 다른 하나는 소성-손상의 영향에 의한 것이다. 모델을 검증하기 위하여 일축과 이축의 하중을 받는 콘크리트 요소에 대하여 유한요소해석을 하였으며 그 결과를 실험결과와 비교하였다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제53권1호
• /
• pp.1-13
• /
• 2020

높은 레이놀즈수를 갖는 공학적인 흐름을 예측하는 가장 일반적인 방법은 여전히 벽함수를 이용하는 난류모형에 근거한 RANS 수치모의이다. 최근 벽근처의 점성영역 관계식과 벽에서 떨어진 대수영역 관계식을 혼합하여 개발된 일반화된 벽함수들은 두 영역사이의 난류량과 유속이 부드럽게 천이하도록 한다. 이 연구는 난류운동에너지(TKE), 에너지 소산율, 비소산율, 와점성에 대해서 적용 가능한 벽함수들을 조합하여 일련을 수치 모의를 수행하여 널리 이용되고 있는 난류모형들의 성능과 수렴 특성을 분석하였다. 이 연구 결과는 RNG k-𝜖 모형의 경우 첫번째 계산격자가 완충층에 놓이게 될 때는 반복 계산시 작은 허용오차를 이용하여 주의 깊게 적용을 하여야 안정된 해를 구할 수 있음을 보여준다. 표준 k-𝜖과 RNG k-𝜖 모형은 TKE와 와점성에 대해서 적용 가능한 벽함수들 중 어느 것을 선택하여 적용하더라도 수치모의 결과가 민감하게 반응하지 않는 것으로 나타났다. 한편, k-ω SST 모형의 경우 TKE에 대해서는 kL-벽함수 그리고 와점성에 대해서는 nutUB-벽함수를 이용하여야 정확하고 안정된 경계 조건 설정을 보장할 수 있다. 레이놀즈수 155,000조건에서 적용한 후방계산흐름 수치모의 결과 격자 해상도에 상관없이 약 13% 정도 재부착 거리를 과소평가하는 모형을 제외하고 나머지 적용한 난류모형들 모두 적절히 세밀한 해상도의 격자에서 양호하게 재부착거리를 잘 예측하는 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제26권6호
• /
• pp.523-535
• /
• 2014

현 내진기준의 근간인 역량설계법(capacity design)에 의할 때, 중심가새골조의 내진설계는 기둥 및 보부재는 탄성부재로, 가새부재는 반복적인 인장과 압축을 통해 지진에너지를 소산하는 비탄성 부재로 설계되어야 한다. 가새부재는 에너지를 소산하는 과정에서 기둥부재에 추가적인 축력을 유입시키므로, 이 추가 축력을 고려하여 기둥부재를 탄성설계해야 한다. 현행 기준은 중심가새골조의 기둥부재 설계시 전층의 가새가 동시에 인장항복 및 좌굴하는 가장 보수적인 상황을 가정하여 기둥의 축력을 산정하거나 특별지진하중에 대해 기둥을 설계하는 방법을 제안하고 있다. 그러나 전층의 가새가 동시에 좌굴할 가능성은 희박하며, 특별지진하중에는 시스템 초과강도라는 경험적이고 우회적인 요소가 도입되었다는 한계가 있다. 이와 같은 문제점을 극복하기 위한 몇몇 선행 관련 연구들 역시 가새의 좌굴을 명시적으로 고려하지 못하였을 뿐더러 역학적 근거도 희박하다. 최근에 행해진 연구 중에서 역 V형 중심 가새골조를 대상으로, 기존의 기둥축력 산정법이 가지는 한계를 극복할 수 있는 새로운 기둥축력 산정법이 제안된 바가 있다. 하지만 역 V형 중심 가새골조와 X형 중심 가새골조의 하중전달 메커니즘은 상이하기 때문에 이 축력산정법을 X형 가새골조에 그대로 적용할 수는 없다. 따라서 본 연구에서는 X형 중심가새골조만의 역학적 특성을 고려한 네 가지의 기둥축력 산정법을 제안하였다. 특히 모달질량을 가중치로 고려하여 고차모드의 영향을 반영할 수 있는 새로운 방안을 제시하였다. 방대한 지진데이터를 입력으로 한 비선형 동적해석을 수행하여 제시된 방안의 타당성을 평가하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제43권4호
• /
• pp.413-420
• /
• 2023

지진피해 감소를 위한 내진 구조 중에서 제진 구조는 댐퍼의 간단한 적용으로 효율적으로 내진 성능을 향상시키고 경제성을 확보할 수 있는 기술이다. 그러나 기존의 댐퍼는 요구 내진 성능과 재료 소성으로 인한 내구성에 대하여 한계를 나타낸다. 따라서 본 연구에서는 기본적으로 탄성 특성을 나타내는 폴리우레탄에 선행 압축을 가하고 초탄성 형상기억합금을 적용하여 복원 특성을 증진시킨 폴리우레탄 댐퍼를 제안하였다. 폴리우레탄 댐퍼의 특성을 검증하기 위하여 우선 개념을 정립하고 초탄성 형상기억합금과 강재 적용, 선행압축 크기를 설계 변수로 선정하여 설계 상세를 완성하였다. 또한, 구조 실험을 수행하여 응답 거동을 도출하여 하중 저항 성능, 잔류 변위, 회복률, 에너지 소산 능력을 분석하였다. 분석한 결과 폴리우레탄 댐퍼는 초탄성 형상기억합금 와이어를 적용하고 선행 압축이 증가하면 다양한 성능이 향상되는 결과를 나타냈다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
• /
• pp.149-149
• /
• 2020

하천에서 물 흐름이 보와 댐과 같은 수공구조물을 지날 때 일반적으로 흐름상태에 다양하고 급진적인 변화가 발생한다. 특히 흐름이 구조물을 지나면서 사류(supercritical flow)로 변하고 다시 상류(subcritical flow)로 복원되면서 일어나는 도수(hydraulic jump) 현상은 수위의 급변화, 흐름 에너지 소산, 변동성이 강한 압력 분포 등이 특징이다. 이러한 흐름 특성들은 보나 여수로와 같은 수공구조물 자체의 성능뿐만 아니라 이들 수공구조물의 하류에서 발생하는 국부세굴로 인해 구조물의 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 수공구조물을 설계할 때는 이들 구조물을 통과하는 흐름의 비정상 난류 흐름 특성을 정확하게 해석하여 반영하여야 한다. 이 연구에서는 k-omega SST 난류 모형과 자유수면의 급격한 변동을 해석하기 위한 하이브리드-VOF(hybrid volume of fluid)기법을 이용하여 도수현상을 수치적으로 재현하고자 한다. 기존 CFD(computational fluid Dynamics) 모델링에서는 자유수면 변동의 영향을 고려하기 위해 VOF 기법을 많이 사용하였다. 하지면 전통적인 VOF 기법은 다상흐름(multiphase flow)을 오직 부피분율(volume fraction)의 함수로만 고려하며 모의함으로써 강한 수면변동뿐만 아니라 공기연행(air entrainment)를 동반하는 난류 흐름을 모의하는데는 한계가 있다. 이 연구에서 이용하는 Eulerian 기법인 하이브리드 VOF 기법은 물과 공기의 각 상에 대하여 흐름 특성들을 개별적으로 계산하기 때문에 공기연행을 포함한 급변류 흐름에서 전통적인 VOF 기법보다 적용성이 우수하다. 이와 같은 난류모형과 자유수면 포착기법을 이용하여 3차원 비정상 난류 흐름 수치모형을 구축하여 수공구조물 주변에서 발생하는 강한 공기연행과 난류 특성를 보이는 급변류를 수치적으로 재현한다. 이 연구는 계산된 수치해석 결과를 기존 수리실험 결과와 비교하여 수치모형의 적용성을 평가하고 도수 현상에서 발생하는 독특한 흐름 특성을 제시한다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제12권1호
• /
• pp.127-134
• /
• 2008

내진설계기준이 점차 강화되고 다경간 연속화에 대한 시도가 증가됨에 따라 기존의 내진설계로는 지진력의 처리가 곤란하여 다점고정장치와 감쇠를 통해 지진에너지를 소산시키는 장주기화, 분산, 감쇠를 통해 지진력을 효과적으로 감소시키는 면진장치의 사용이 날로 증가하고 있다. 그러나 내진장치 적용에 대한 다양성 부재와 장치를 적용한 설계경험의 부족 등의 이유로 특정교량에 적절한 내진장치를 선정하는데 상당한 어려움이 따르고 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 내진장치가 적용된 교량의 지진시 거동특성에 대한 연구를 수행하여 받침장치 선정시 활용할 수 있도록 하였다.

• 전산구조공학
• /
• 제11권1호
• /
• pp.38-45
• /
• 1998

최근 국내외에서 활발히 개발되고 있는 지진격리 시스템은 원자력 발전소, 교량, 중요한 공공건물 등의 지진피해를 최소화하기 이하여 널리 적용되고 있다. 그리고 다른 방법에 비하여 경제성 및 효율성이 우수하기 때문에 관련 연구 및 응용이 활발히 진행되고 있다. 이에 따라 국내외에서 격리시스템의 비선형성과 구조물의 불연속성을 고려한 지진격리 구조물의 해석을 통한 거동을 규명하는 연구가 과거 수년간 활발히 진행되어 왔다. 당사(금호건설)는 상부하중 지지능력과 감쇠능력이 우수한 지진격리장치를 개발하였으며 지진격리장치를 설치한 교량의 지진해석을 수행하여 본 지진격리 시스템의 이론적 성능을 파악하였다. 본 수치해석은 CrayC94에 탑재된 비선형 해석에 뛰어난 것으로 알려진 ABAQU를 이용하였다. 본 지진격리 시스템은 적층고무받침(Laminated Rubber Bearing)과 PTFE 미끄럼받침으로 구성되어 있으며, 적층고무받침은 주로 복원력을 제공하며 PTFE 미끄럼받침은 상부하중을 지지하며 마찰감쇠를 제공하여 에너지를 소산하는 역할을 한다. 본 수치해석에서는 선형스프링과 마찰요소를 이용하여 각각을 모형화하였다. 개발된 지진격리 시스템이 주로 사용될 상판자중이 무거운 다경간 연속 PC Box Girder교를 모델교량으로 선택하여 해석을 수행하였으며 수치해석에 사용된 격리시스템의 사전에 수행된 동특성 실험결과를 활용하였다. 이러한 해석을 통하여 이론적 효율성을 파악할 수 있었다.