• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권3호
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• pp.243-254
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• 2013

내부구속중공 RC(Internally Confined Hollow RC, ICH RC) 기둥이란 중공 RC 기둥의 중공부에 내부튜브를 삽입하여 코어 콘크리트를 3축 구속 상태에 놓이게 하여 기둥의 강도와 연성도를 증가시킨 기둥이다. ICH RC 기둥의 구속응력에 대한 연구는 선행 연구자에 의하여 이루어 졌으나 외부 구속응력에 대한 연구만 진행된 상태이다. 본 연구에서는 중공 RC 기둥과 ICH RC 기둥의 구속응력을 유한요소 해석프로그램을 이용하여 분석하였다. 이론 구속응력과 외부 구속응력 그리고 내부 구속응력과의 관계를 도출하였으며, 이를 이용하여 기존의 내부 튜브 파괴조건식을 기반으로 수정 내부튜브 파괴 조건식을 제안하였다. 이론 구속응력과 내부 구속응력과의 관계를 회귀 분석식을 이용하여 나타내어 내부 구속응력을 쉽게 산정할 수 있다. 또한 수정 내부 튜브 파괴 조건식을 이용하여 ICH RC 기둥을 설계할 경우 동일 구속응력대비 기존의 파괴조건식보다 약 50%의 내부 튜브 두께를 감소할 수 있어 경제성을 확보하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.87-94
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• 2009

콘크리트 슬래브는 타설 후 온도와 수분 변화를 통해 체적이 변화한다. 수분증발에 의하여 발생한 건조수축은 슬래브의 자중이나 하부층과의 마찰 등에 의하여 구속되어 슬래브 내부에 응력이 유발된다. 선행 연구에 의하면 건조수축에 의하여 발생된 실제 인장응력은 이론적으로 예측된 값보다 작은 것으로 보고되었다. 이는 부분적으로 구속된 슬래브에서 발생하는 초기 재령 콘크리트의 점탄성에 기인한 응력감소 현상이다. 본 연구에서는 재령에 따른 콘크리트의 응력감소 현상을 조사하기 위하여 구속된 원주형, 구속되지 않은 자유건조 원주형, 그리고 자유건조 각주형 콘크리트 시편의 변형률을 측정하였다. 재령 1, 3, 7, 14, 28일에 콘크리트의 탄성계수를 측정하였으며 관입저항 실험을 실시하였다. 실험결과를 기존 연구자들이 제안한 이론식에 대입하여 구속된 원주형 콘크리트 시편의 응력감소를 계산할 수 있었다. 향후 본 연구의 결과를 바탕으로 구속된 콘크리트 시편의 응력감소 현상을 콘크리트 포장의 설계에 적용할 예정이다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.37-37
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• 2011

최근 세계적인 지진의 발생과 함께 구조물의 내진성능 평가 및 증진 방법에 대하여 많은 연구가 진행 되고 있다. 특히 교량 구조물의 교각의 경우에는 상부구조의 고정하중 및 활하중을 지반에 전달하여 주는 역할을 하기 때문에, 역으로 지진이 발생하였을 경우 교각의 내진성능에 따라서 교량의 안전도에 많은 영향을 미칠 수 있다. 또한 산악지역이 국토의 70%이상을 차지하는 우리나라의 지형적인 특성상 고교각을 이용한 장대교량의 건설이 필요하며 도시지역의 교통량 증가로 인한 도시고속도로의 건설 등 고가교의 필요성이 점차 증가하고 있다. 그러나 CFT(Concrete Filled Tube)부재의 경우에는 콘크리트가 3축 구속 상태로 존재하지만 자중이 크며 내진 성능이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 CFT부재의 단면을 중공으로 만듦으로써 부재를 경량화하고 내부 튜브를 삽입하여 내부를 구속 시킨 내부 구속 중공 CFT 부재(Internally Confined Hollow CFT Member, ICH CFT)가 개발되었다. 이는 콘크리트가 내 외부 튜브에 의하여 구속되어 3축 구속 상태로 존재함으로써 콘크리트 중공부로의 취성파괴를 방지하여 연성도 및 강도를 향상시켜주며, 단면의 감소로 인해 재료비를 절감 할 뿐 아니라 자중 감소로 인해 내진 설계에도 유리하다. 현재 내부 구속 중공 CFT 부재에 대한 연구가 많이 진행되고 있지만, 튜브를 삽입함으로써 부재의 중공부로 발생하는 구속력의 특성을 해석적으로 정립한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 압축을 받는 중공 CFT 부재에 내부 튜브를 삽입함으로써 발생하는 콘크리트의 구속력을 해석적 연구를 통하여 수행하였으며, 구속력을 파악하기 위한 평가 방법으로는 구속 콘크리트의 중공비와 직경, 외부튜브의 두께, 내부튜브의 두께 등으로 평가하였다. 해석적 연구 결과, 내부 튜브를 삽입함으로써 발생되는 외부 구속력은 이론적 수식에 의한 구속 응력값과 비슷한 값을 가지지만 내부로 발생하는 구속력은 이론적 수식에 의한 구속 응력값에 도달하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권5호통권72호
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• pp.529-541
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• 2004

콘크리트 충전 강관에 대한 기존의 연구는 단일 압축상태, 휨모멘트 상태, 편심 압축력 상태의 연구만이 행해 졌을 뿐 압축력과 비틀림이 조합된 응력 상태에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 압축력과 비틀림을 받는 원형 CFT 부재의 거동에 대한 특성을 살펴보고 합리적인 해석법을 연구하였다. 원형 CFT부재가 압축력과 비틀림을 받을 경우의 압축 강도와 비틀림 강도를 결정하는데 중요 요소인 구속효과와 부착 응력에 의한 스파이럴 효과를 본 모델에 고려하였다. 이를 위하여 단일 압축응력을 받을 경우 원형 강관에 의해 구속된 콘크리트 코어에 대한 연구가 선행되었다. 또한 비틀림을 받을 경우는 비틀림에 의한 크랙이 콘크리트의 표면을 따라 발생하게 된다. 크랙 발생이후 비틀림을 계속 받게 되면 크랙은 나선형태로 진전되어 콘크리트가 솟아 나오려 하나 강관과 콘크리트 사이의 부착 응력에 의해 억제 되게 된다. 이러한 이유 때문에 코어 콘크리트는 압축응력을 받게 되고 강관만 인장응력을 받게 되는데 이러한 영향 효과를 실제적으로 고려하였다. 연구 결과는 기존의 실험결과와 비교하였으며 제안된 이론은 압축력과 비틀림을 받는 원형 CFT부재의 실제 거동을 합리적으로 설명하고 있다.

• 전산구조공학
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• 제27권4호
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• pp.68-71
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• 2014

본 학술기사에서는 최근 구조공학에 응용이 활성화되고 있는 퍼지 이론에 대하여 간단히 설명을 하였다. 그리고 퍼지이론의 구조공학 적용 예로, 본 저자가 수행한 퍼지이론을 이용한 원형 CFT의 구속응력 평가 과정을 간략히 소개하였다. 이 예에서도 알 수 있듯이 퍼지이론은 부정확성, 지식의 부족, 애매함에 기인하는 불확실성을 다루는데 있어 적합한 것을 알 수 있으며, 여러 불확성에 인하여 발생하는 오차를 줄이는데 적합한 것으로 판단된다.

• 기계저널
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• 제28권3호
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• pp.248-256
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• 1988

극한해석은 이제까지 주로 소성구조물의 설계에 응용되어 왔다. 초기의 구조물들은 탄성에너지 이론에 의하여 설계되었고 모든 권위자들은 이를 당연하게 받아들였다. 그러나 Broek 교수와 같은 사람들의 노력에 의하여 극한설계의 타당성과 유용성이 입증되었고, 구조물의 건설에 많은 경비를 절약하게 되었다. 철탑과 같은 트러스 구조물이 그 대표적인 예로서 카나다의 수력발 전회사는 1910년 철탑을 평지에 세워놓고 모든 악조건을 부과하며 수년간 극한해석의 타당성을 실험하여 입증하였다. 트러스에 대한 극한해석 문제는 최소화 기법의 구속최소화 문제로 유도할 수 있고, 트러스문제는 소성가공의 해석에도 직접 응용할 수 있다. 왜냐하면, 예를 들어 평면변 형문제가 앞에서 보인바와 같이 똑같은 구속최소화 문제로 유도되었기 때문이다. 결론적으로, 트러스문제나, 평판문제나, 평면응력문제나, 평면변형문제가 극한해석에서는 모두 같은 문제로 간주될 수 있고 같은 공식과 같은 방법으로 풀 수 있는 것이다. 이를테면, 소성구조물에서의 한 계하중은 소성가공에서는 가공하중이 되며 모두 극한하중이 되는 것이다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제9권1호
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• pp.60-66
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• 2006

세 개의 서로 다른 사암 샘플들 -두 개의 합성 샘플과 한 개의 현장 샘플- 에 대해 현장 저류층의 대표적인 구속압력과 공극압력하에서 초음파 시험이 수행되었다. 세가지 사암 샘플들은 (a) 캘사이트 시멘트(calcite intergranula. cement (CIPS))로 만든 합성사암, (b) 실리카 시멘트(silica intergranular cement)로 만든 합성 사암 (c) Otway Basin 의 Boggy Creek 1 시추공에서 시도되는 $CO_2$ 파일럿 프로젝트의 대상 암석층 중 Waarre 층으로부터 추출한 코아 샘플로 구성되어 있다. 공극률은 각각 32%, 33%, 26%이다. 초기시험은 실내건조(room-dried) 상태에 있는 코아들에 대해 구속응력을 5 MPa 씩 단계별로 65 MPa 까지 증가시키며 이루어졌다. 그리고 나서 모든 코아들에 처음에는 온도 $22^{\circ}C$에서 6 MPa 공극압력으로 기체상의 $CO_2$를, 그 다음에는 온도 $22^{\circ}C$ 에서 7 MPa 부터 17 MPa 까지 5 MPa 씩 증가시키면서 액체상의 $CO_2$를 주입하였다. 구속응력은 10MPa부터 65 MPa까지 달리 하였다. P와 S 초음파 파형들이 유효응력이 증가할 때마다 기록되었다. 속도-유효응력 반응들이 P 파와 S 파에 대해 실험 자료들로부터 계산되었으며, 감쇠(1/Qp)들은 스펙트럼 비 방법을 이용하여 파형들로부터 계산되었다. 각각의 사암들에 대한 이론적인 속도-유효응력 계산은 $CO_2$ 압력-밀도 와 $CO_2$ 체적계수-압력 상 다이어그램(phasediagram), Gassmann 유효 매질 이론(effective medium theory)을 이용하여 구하였다. 기체상의 $CO_2$ 주입은 속도-유효응력에서 건조상태(공기로 포화된 상태)에 비해 거의 무시할만한 변화를 가져왔다. 다양한 공극압력에서 액체상의 $CO_2$ 주입은 공기로 포화된 상태에 비해 속도-유효응력 반응을 평균 약 8% 정도 낮게 한다. 실험자료들은 높은 유효응력에서 Gassmann 계산들과 일치한다. 이러한 이론과 일치하는 "임계" 유효응력은 사암의 종류에 따라 달라진다. 이 차이는 각각의 사암 종류의 미세구조에서 미세 균열 수의 차이에 기인한 것이라 생각된다. 높은 유효응력에서의 이론과 의미있게 일치하였으며, $CO_2$ 주입 시 현장에서의 탄성파 거동을 예상하는데 있어서 어느 정도 확신을 준다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.85-85
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• 2017

무동력 복합작업기는 치즐쟁기와 디스크의 배열에 따라 작업성능이 좌우된다. 프레임과 디스크, 치즐쟁기에 가해지는 기본적인 힘의 상태를 확인하기 위한 정적 구조해석을 수행하였다. 복합작업기는 디스크는 $18^{\circ}$가 경사진 형태로 전면9개 후면9로 총 18개, 치즐쟁기(Chiselplow)는 4개로, 디스크는 모두 18개이다. 정적인 상태에서 끄는 견인력은 100마력, 150마력, 200마력으로 하였으며 Inventor의 해석 시스템은 힘을 N으로 사용하기 때문에 각 마력에 부가되는 하중을 N으로 치환하여 사용하였다. 구속조건은 frame과, disc, chisel plow에 맞닿는 면을 구속하고, 힘의 방향은 프레임과 트랙터의 연결면, 디스크 날과 땅의 접촉면에 적용했다. front /rear 디스크는 이론상으로는 양 디스크가 쌍으로 마주하고 있어서 스캔데이타를 중심으로 모델링한 결과를 바탕으로, 전후면 디스크해로우의 해석을 수행하였다. 조립 또는 사용상의 문제점이나 자연적인 유격에 의해 어느 정도 대칭이 되지 않을수 있으나 그 정도에 따라 진동과 내구성에 문제가 될 수도 있기에 한쌍에 대해 모델링을 통한 해석을 수행하였다. 해석결과에 따르면 디스크에 작용하는 폰미세스 응력은 극한강도에 미치지 않은 것으로 나타났으며 Frame의 최대 폰 미세스 응력을 제외하면, 대부분의 응력은 항복강도에 현저히 미치지 못하는 수치이고, 프레임의 경우는 150마력, 200마력으로 힘을 가할 때 항복강도는 넘는 수치이지만 극한인장강도에는 미치지 못하는 수치인 것을 알 수 있었다. 100마력에 폰 미세스 응력의 최대값은 0.161918 MPa이고 프레임 강의 항복강도인 207MPa와 디스크의 항복강도인 250MPa에 못 미치는 수치이다. 150마력과 200마력의 힘으로 회전할 때의 폰 미세스 응력의 최대값은 0.286425MPa과 0.381921 MPa로 항복강도인 250MPa에 크게 못 미치는 수치이다. 그 이유는 디스크해로우 방식의 복합작업기는 견인저항력이 작게 설계되고 작업속도를 개선하기 위한 목적으로 사용되기 때문으로 사료된다. 벤치마킹 기대의 Rear 디스크도 마찬가지로 각도는 $18^{\circ}$이며, 동일한 구속조건을 적용하여 시뮬레이션을 수행하였으며 해석결과는 모두 항복강도 이내로 예측 되었다. 디스크에 최대로 응력이 미치는 부분은 디스크와 프레임이 연결되는 허브 부분이다. 각도가 커짐에 따라 응력이 증가하므로 이를 감안한 설계인자 도출이 가능하다. 마력과 각도가 증가함에 따라 디스크 해로우에 작용하는 폰미세스 응력과, 접촉압력이 증가하므로 이에 대한 검토와 동적하중인 로드프로파일을 적용한 해석을 수행하여 내구수명 특성에 대한 연구를 수행할 계획이다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.153-160
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• 2008

본 연구에서는 완화된 평형조건을 만족하는 응력함수를 가지는 새로운 3절점 혼합요소를 제안하였다. 전단변형률을 고려한 본 요소는 Hellinger-Reissner 변분이론에 바탕하여 유한요소정식화를 수행하였다. 응력함수는 강체변형모드를 제거하고, 장일치(field consistency) 개념을 이용하여 곡선보의 극한거동에서 가성구속조건들을 억제할 수 있도록 선정하였다. 또한, 3절점 곡선보의 혼합정식화에서 강체변형모드를 제거하면서 동시에 평형방정식을 완전하게 만족하는 응력함수와 응력매개변수를 선정하는 것은 매우 어렵기 때문에 완화된 평형조건을 만족할 수 있는 응력함수를 도입하였다. 해석결과를 통하여, 제안된 3절점 혼합 곡선보요소가 곡선보의 해석에서 세장비와 곡률에 상관없이 매우 빠른 수렴성과 안정적인 거동을 나타냄을 확인할 수 있었으며, 응력분포 계산에 있어서도 기존 혼합요소보다 뛰어난 성능을 보여주었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.512-515
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• 2011

터널 해석은 주로 지표침하와 터널 라이닝 내 단면력 산정에 초점이 맞춰지며 이는 시공단계를 고려한 3차원 수치해석 모델을 이용해 결정할 수 있다. 수치해석 시 shield는 응력 제어, shell element로 모델링하는 방법 등으로 모사될 수 있다. 한편 변위 제어를 통한 쉴드 모사는 shield를 적절한 경계조건으로 처리함으로서, 다른 shield 모사 방법에 비해 모델링 작업을 간소화하고 해석의 효율성을 높일 수 있다. 본 연구에서는 변위 제어에 의한 shield 모사를 위한 적정 경계조건을 제안한다. 이를 위해 시공단계가 고려된 유한요소해석을 사용하여, 쉴드 및 굴착면에서의 경계조건 변화와 이에 따른 지표침하 관측 수행하였다. 제안된 shield 변위 제어로부터 얻어진 해석결과를 이론적인 해와 비교함으로서, 제시된 shield 모델링 방법의 적정성과 지반 거동 변화를 평가하고자 한다. 해석 결과는 지반 모델의 지표침하를 기준으로 관찰되었으며, 변위제어에 의한 결과와 요소에 의한 모델링 결과가 유사하게 얻어짐을 보여준다. 또한 변위제어의 쉴드 모사에서 회전 구속보다 변위 구속 조건에 지배적으로 영향을 받음을 확인하였다.