• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.593-609
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• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 결정질 암석 내 포함된 균열의 열-역학적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 열에 의한 균열의 미끄러짐 거동을 해석하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 여기에서는 Voronoi diagram을 이용하여 다면체 개별입자의 집합체로서 해석모델을 생성하고, 입자 및 입자간 접촉에서 발생하는 열-역학적 거동을 개별요소프로그램인 3DEC을 통해 해석하였다. 암석 시험편의 탄성거동을 재현하기 위하여 등가연속체 개념을 적용하여 입자와 접촉의 미시물성을 산정하였으며, 균열에 상응하는 접촉에는 Coulomb slip model을 부여하여 인장강도와 전단강도를 갖는 불연속면을 모사하였다. 경계응력과 열응력에 의한 균열의 거동을 수치적으로 모델링하였으며, 경계조건에 따라 균열의 미끄러짐이 발생하는 열-역학적 메커니즘을 정량적으로 분석하였다. 해석 결과, 본 연구에서 제시한 해석모델이 암석 내 열팽창과 열응력의 증가, 균열 응력과 변위, 경계조건의 영향 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 실내실험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.469-477
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• 2006

상계치 이론을 이용하여 개구부를 갖는 단순 연속 깊은 보의 최대내력을 평가하기 위한 모델들이 제시되었다. 콘크리트는 인장강도를 무시한 수정 Coulomb 파괴기준을 따르는 완전 소성체로 가정하였으며, 철근은 기존 상계치 이론과는 달리 완전 탄 소성 재료로 고려하여 콘크리트의 한계 주 압축변형률을 사용하여 응력을 산정하였다. 파괴기구들은 실험 결과에 근거하여 포물선형의 항복선에 의해 분리되는 강체들로 이상화 하였다. 콘크리트의 유효압축 강도는 Vecchio & Collins의 모델에 의해 계산되었다. 본 연구에서 제시된 모델은 단순 연속 깊은 보의 실험 결과와 잘 일치하였으며, 특히 개구부 보강철근의 하중부담에 대한 과대평가를 감소시켰다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.773-783
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• 2007

와이어로프 단위를 이용한 단순한 비 부착형 전단보강 기술이 개발되었다. 제안된 보강 기술에 의해 보강된 연속 T형 보 6개와 동일한 무 보강 시험체가 실험되었다. 고려된 주요 변수는 와이어로프의 양과 프리스트레스이다. 모든 시험체의 기하학적 특성 및 철근 배근을 동일하다. 와이어로프의 프리스트레스로 인한 콘크리트 복부에서의 수직응력 분포가 보의 경사균열 전단내력 및 최대 전단내력에 미치는 영향이 또한 제시되었다. 본 연구의 실험 결과로부터 제안된 보강 기술을 이용하여 철근콘크리트 보의 전단내력 향상 및 연성을 확보하기 위해서는 와이어로프 비는 ACI 기준에서 제시하는 최소 전단철근비의 2.5배 이상, 그리고 프리스트레스는 와이어로프 인장강도의 0.6배 이하로 있어야 함이 제안될 수 있었다. 와이어로프 단위로 보강된 연속 T형 보의 전단내력을 평가하기 위하여 상계치 이론을 이용한 수치해석 모델이 제시되었다. 제시된 수치해석 모델은 ACI 318-05의 전단내력 식에 비해 실험 결과와 잘 일치하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제20권5호
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• pp.13-21
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• 2019

급경사($65^{\circ}{\sim}85^{\circ}$)로 자연환경에서 장기간 안정한 상태로 유지되고 있는 깎기 또는 자연 상태의 암반사면이 다수 존재한다. 설계 실무측면에서 이와 유사한 암반상태 및 지질구조로 이루어진 지반을 양호한 연속체 암반사면으로 정의하고 있으며, 이 암반사면의 경사 결정 과정 중에 설계 및 시공 초기 단계의 안정해석 절차 단계에서 연속체 암반의 지반특성 평가방법을 수립하는 것이 중요하게 될 것이다. 이 연구에서는 급경사로 설계 가능한 양호한 연속체 암반사면의 안정해석 과정에서 지반정수 적용에 필요한 강도정수를 Hoek-Brown 파괴기준을 활용하여 실무적으로 산정하는 방안을 제안하고 이와 함께 급경사 암반사면의 안정해석을 통해 설계 적용성을 평가하였다. 기존 강도정수 산정방법은 작은 구속응력 변화에도 H-B파괴 포락선에 상응하는 등가 M-C강도정수가 민감하게 변화하므로 설계에서 실무적으로 활용하기가 부적합하였다. 이 문제점을 보완하기 위해 등각분할법으로 등가 M-C강도정수를 산정하는 방안을 제시하였다. 등각분할법의 설계 적용성을 확인하기 위해 기존 실시설계 현장에서 조성된 깎기 사면의 경사 변화에 따른 안전율 및 변위 결과를 검토하였다. 안전율은 1:0.5 사면에서 Fs=16~59이고, 1:0.3 사면에서 Fs=12~52이며, 대부분 10~12%의 감소를 보인다. 변위는 1:0.5 사면에서 0.126~0.975mm이고, 1:0.3 사면에서 0.152~1.158mm이며, 10~15%의 증가를 나타낸다. 이는 정규 비례의 미미한 변화이며, 안정성 측면에서는 양호한 상태이다. 설계 실무측면에서, H-B파괴기준에서 유도된 등각분할법으로 산정한 강도정수를 연구대상 암반사면과 유사한 양호한 암반에 대해 범용적인 강도정수로 적용하여도 안정적이고 경제적인 결과를 도출할 수 있다는 것을 확인하였다. 암반사면에 영향을 미치는 단층이 분포하지 않는 지반에서는 한계평형해석(LEM)과 유한요소해석(FEM)으로 안정해석하는 절차도 실무적으로 무난한 것으로 검토되었다. 연구대상 사면을 양호한 상태의 암반조건으로 선정하여 연구를 수행하였으나 좀 더 다양한 암반조건(터널 포함)에 보편적으로 적용할 수 있는지에 대한 검증 작업은 추후 연구과제가 될 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.270-288
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• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 역학적, 수리적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 해석해와의 비교를 통해 검증하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 본 연구에서는 사면체 개별 입자들을 이용하여 해석모델을 생성하고 3DEC을 이용하여 입자와 접촉에서의 거동을 해석하였다. 이 과정에서 등가연속체 개념을 적용해 입자기반모델의 미시물성을 산정할 수 있는 새로운 기법을 제시하였다. 한편, 균열 경사각과 거칠기, 경계응력조건 및 압력 조건에 따른 해석을 실시하여 각 해석조건이 균열의 수직, 전단방향 거동에 미치는 영향을 살펴보았다. 해석 결과, 제안된 수치모델은 경계응력에 따른 균열의 미끄러짐(fracture slip)과 유체 압력에 따른 균열의 개방(fracture opening), 균열 경사에 따른 응력 분포, 거칠기로 인한 전단변위의 구속 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 수치해석을 통해 계산된 균열의 수직방향, 전단방향 변위는 모두 해석해를 통해 계산된 값과 거의 일치하는 결과를 보였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 다양한 조건의 실내시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권5A호
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• pp.649-656
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• 2008

손상 또는 균열된 구조물의 내구성을 향상시키려는 과제는 연구자들과 엔지니어들에게 중요한 과제로 떠오르고 있다. 팻취로 보강되지 않은 균열판과 팻취보강된 균열판의 응력확대계수 및 응력등고선의 산정 및 비교에 의한 균열선단에서의 파괴거동의 특성을 적분형 르장드르 다항식에 기초를 둔 계층적 무강성요소를 사용하여 표현하고자 한다. 이 연구에서는 등가단층이론이 채택되므로, 제안된 무강성요소는 불연속 균열부를 강성이 0인 연속체로 간주된다. 그러므로 균열을 모델링하는 무강성요소의 변장비는 매우 커질 수밖에 없다. 제안된 요소의 강건성을 보이기 위해 형상비 변화에 따른 에너지방출률, 변위 및 응력값에 대한 유한요소해의 민감도는 변장비를 2000까지 증가시켜 가면서 평가되었다. 한편, 강성도미분법과 변위외삽법이 인장모우드가 발생되는 문제의 응력확대계수를 예측하는데 사용된다. 제안된 계층적 무강성요소는 팻취보강된 균열문제를 해석할 수 있는 대안중의 하나라 평가된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.623-630
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• 2007

주로 교량 슈 (shoe)나 기계 기초 등과 하부 콘크리트 구조체간의 공극을 충전시켜 상부 구조물과 하부 구조물을 일체화하는데 사용되는 그라우트재는 구조물의 특성상 주로 큰 하중을 받는 부위에 시공되기 때문에 높은 압축강도를 갖는 제품 위주로 개발 사용되어 왔다. 그러나 고강성 위주로 제품이 개발되어 한계응력 이상에서는 구조체가 갑자기 파괴되는 취성체라는 구조적 문제점을 안고 있고, 연속 및 반복하중 등의 응력에 의한 누적 피로에 의해 균열 등의 성능 저하 현상이 발생할 수 있다 또한, 초기 고강도를 유지하기 위해 발열 특성이 높은 속경성 재료를 과다하게 사용함으로써 대형 부재인 경우 수화열 등에 의한 균열발생 우려의 문제 등도 안고 있다. 본 연구는 이와 같은 문제들을 개선하기 위해, 탄성재료인 분말 폐타이어 및 분말 수지를 이용하여 기존의 고유동, 무수축, 고강도 특성 이외에 고인성과 고내구성을 부여하여 보다 안정적으로 시공될 수 있으며, 모체와의 일체성을 향상시키기 위한 그라우트재의 분체 조성물을 개발하였다 또한, 부수적으로 분말 폐타이어 및 플라이애쉬와 같은 산업폐기물을 재활용할 수 있도록 하여 환경친화적인 건설 재료를 제공하는 데에도 기여하였다. 이를 위해 총 7가지 배합 조건별 실험이 진행되었고, 이를 통해 최적 배합 조건을 선정하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.5-19
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• 2014

본 논문에서는 천층블록/심층말뚝 혼합식 시멘트혼합처리 공법을 구조체적 관점에서 해석하였고, 각 방법별 특징 및 관련 거동을 분석하였다. 연속보 해석법의 경우 침하량을 매우 작게 예측하였고, 천층블록의 전단력과 휨응력은 다소 크게 예측하였다. Frame 해석법의 경우 천층블록의 부재력과 장주의 부재력은 수치해석법과 가장 근접한 거동을 예측하였지만, 장주의 침하는 작게 예측하여, 장주 반력을 이용한 별도 침하계산을 실시해야하는 것으로 나타났다. 지반아칭법과 말뚝지지전면기초해석법의 경우 장주의 하중분담율이 타방법에 비해 매우 커서 장주의 축력이 과대 예측되었다. 천층블록/심층말뚝 혼합식 시멘트혼합처리공법을 적용하면, 천층블록의 침하 및 지반반력은 중앙에서 가장 크고, 외곽에서 가장 작았다. 또한, 개량체와 지반간의 상호작용을 고려할 수 있는 해석법에서 장주 개량체가 분담하는 하중은 약 20~45% 범위를 보였고, 응력분담비는 일반적인 말뚝식 DCM 공법보다 작은 약 2.0~5.0정도의 범위를 나타내었다. 장주 두부 경계조건에 따라 최대 부재력에서는 유사하지만, 두부 구속조건에서는 장주의 위치에 따라 축력 및 연직변위는 서로 다르게 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.321-329
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• 2003

본 연구는 일반 강합성 교량에 프리스트레스를 도입하는 연구로서, 바닥판 콘크리트의 단면을 유효하게 사용하기 위한 해석 및 실험적 연구를 수행하였다. 해석적 연구를 통해서 프리스트레스 도입 방법을 결정하였고, 실험적 연구를 통해서 프리스트레스를 도입한 강합성형 교량의 교축 방향의 거동을 검토하였다. 해석 및 실험을 위한 대상 교량은 2경간 연속 강합성형 교량이다. 결정된프리스트레스 도입 방법은 두 가지로 대별되는데, 첫 번째는 내부 지점부 바닥판 콘크리트에 프리스트레스를 도입하는 것이고, 두 번째는 지점부 강박스 하부 플랜지에 프리스트레스를 도입하는 것이다. 실험을 위한 강합성형 교량의 모형시험체는 실제교량을 상사한 모델이다. 모형시험체는 내부 지점부 바닥판 콘크리트에 적절한 압축력이 도입되도록 시공순서를 고려하여 제작되었다. 모형시험체의 실험결과에 의하면, 프리스트레스를 도입한 강합성형 교량은 일반 강합성형 교량에 비하여 내구성이 우수함을 알 수 있었다. 즉 설계 활하중의 증가, 내부 지점부 바닥판 콘크리트 인장응력의 감소, 그리고 처짐의 감소 등과 같은 현상들을 관찰할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.45-55
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• 1999

파랑에 의한 불포화된 해저지반의 거동, 액상화와 전단파괴에 대한 연구이다. 불포화된 지반은 유체가 채워진 다공성 탄성체로 모델화 하였다. 유체의 흐름과 토립자의 변형은 Biot의 이론에 따른 지배방정식으로 나타내었다. 이 방정식은 준해석적 방법으로 풀어 불포화된 다층의 지반에 대하여 응력과 간극수압을 평가하였다 준해석적 방법은 기존의 해석방법과 달리 다층의 이방성 지반을 연속적으로 해석할 수 있다. 해석결과에 의하면, 지반의 포화도는 불포화된 다층의 지반에서 응력과 간극수압의 크기에 가장 큰 영향을 미치고 있는 것으로 나타났다. 또한, 해석결과를 토대로 지반의 액상화 발생과 전단파괴에 대한 검토를 실시하였으며, 그 결과 최대 전단파괴가 발생된 깊이가 최대 액상화 발생지역 보다 깊은 것으로 나타났다.