• 대한토목학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.443-453
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• 2013

하이브리드 실험은 수치해석 모형과 물리적 부분구조 모형사이의 상호작용을 통하여 구조물의 거동을 예측하는 실험법이다. 본 연구에서는 지진하중 재하 시 1경간 2층 강 뼈대 구조물에 대한 다자유도 하이브리드 실험을 수행하고 유효성을 확보하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 전용 하이브리드 수치해석 프로그램인 FEAPH을 개발하였으며, 최적화된 시스템을 구축하였다. FEAPH은 고정 반복법(Fixed iteration)과 병렬화(Parallelization) 기법을 적용하여 순차적 해석에서 발생되는 비효율적 연산을 개선하였다. 또한, 종전에 데이터 통신과 부분구조물과 해석프로그램간의 인터페이스를 간략화하여 하이브리드 시스템 구성을 최적화 하였다. 그 결과, 입력 가진시간(30초) 대비 약 10%의 실험시간이 소요되었다. 시스템의 신뢰성을 검증하고 선형실험과 강 뼈대 구조물의 동적거동을 예측하기 위해 비선형 실험을 수행하였으며 수치해석과의 변위응답이력은 거의 일치 하였다. 그러나 최대변위에 대한 응답은 다소 차이를 보였으며, 이는 재료 비선형성에 대한 해석상의 오차와 영구변형에 의해 발생한 것으로 판단된다. 따라서 적절한 재료 비선형 모델과 알고리즘의 개선이 이루어지면, 실시간 하이브리드 시스템은 구조물의 동적거동을 예측하는데 유용하게 활용될 것이며, 추후 진동대 실험을 대체할 수 있는 효과적인 실험 방법이 될 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권4호
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• pp.483-491
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• 2008

1994년 노스리지 지진 이후, 철골모멘트골조 강축방향 접합부의 내진성능 평가에 관한 연구가 국내 외에서 활발하게 진행되어온 반면, 국내 철골모멘트골조 내진설계 및 시공의 실무에 관행적으로 적용되고 있는 철골모멘트골조 약축방향 접합부의 내진성능 평가 연구가 국내는 물론 국외에서도 그 사례를 찾아보기 힘든 상황이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 내진성능 확보 여부가 확인되지 않은 상태에서 내진설계 실무에서 가장 많이 사용되고 있는 브라켓 형식 및 WUF-B 형식의 접합상세를 갖는 철골모멘트골조 약축접합부의 실물대(Full scale) 실험체를 제작 및 실험하여 이와 같은 형상의 접합부에 대한 내진성능을 평가하여 향후 이와 같은 형상을 갖는 철골모멘트골조 약축접합부의 설계를 위한 기초자료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 현장조사 및 설계도서등의 기존 자료를 통해 총 2개의 실험체를 제작하여 내진성능을 평가 실험연구를 수행하였다. 실험결과로부터 최대내력 비교, 하중-변위 이력 및 응력도 등에 대한 거동을 비교 분석 하였다. 실험결과 층간변위각 5%의 BR-W 실험체가 층간변위각 4%를 갖는 WUF-B 실험체에 비해 우수한 구조적 거동을 보여주었으며, 설계 내력을 상회하는 내력을 보유하고 있는 것을 알 수 있었다. 또한 브라켓 형식의 실험체는 최대내력 도달 이후 완만한 강도 저하를 나타내었으나, WUF-B 형식의 실험체는 최대내력 도달 이후 급격한 하중 저하를 나타내며 취성적인 거동을 보였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권5호
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• pp.5-17
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• 2022

말뚝(pile)은 연약한 지반에 구조물을 설치하기 위하여 지중에 관입시키는 매개체로서, 특히 PHC말뚝은 설계기준강도 80MPa 이상의 고강도 콘크리트를 사용하여 제작하므로 압축력과 휨모멘트에 대한 저항성이 우수하다. 또한 강관 말뚝 대비 경제성에서 유리하며 공장에서 생산되므로 품질확보 및 관리가 용이하다. 하지만 PHC말뚝의 설계 시 지지력에 영향을 미치는 주면마찰력은 단순히 경험식 또는 N값 등을 이용한 추정치에 의한 설계가 이루어지고 있으며, 특히 최근 빈도수가 급증하고 있는 국내 지진에 대하여 PHC말뚝 주면부에 형성되는 지반과의 접촉면 동적거동에 관한 실험적 연구 사례는 미미한 실정이다. 또한 지반 내 지하수의 pH 값과 같은 지반환경적 요소 역시 고려되지 않고 있다. 본 연구에서는 지하수의 pH 값을 고려하여 산성, 중성, 염기성 용액에 1개월간 수침시킨 콘크리트 시료를 점토의 구성광물인 카올리나이트 시료와 접촉시키고, 반복 단순전단시험을 수행하였다. 반복 단순전단시험은 상재압 0.2MPa 및 0.4MPa에 대하여 각각 수행하였고 그 결과를 비교하였다. 또한 접촉면의 동적 거동을 합리적으로 표현하기 위하여 교란상태개념(Disturbed State Concept)을 도입하여 교란상태함수를 구성하는 매개변수를 도출하였다. 그 결과 염기성 수침시료에 대하여 접촉면의 교란도가 가장 급격히 증가하였고 구속압이 작을 경우 보다 작은 누적 전단변형률에서 조기에 접촉면이 파괴상태에 근접하는 결과를 나타내었다. 또한 이러한 경향을 정량적으로 표현하는 교란상태함수의 매개변수를 새로이 제시하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권5호통권78호
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• pp.569-580
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• 2005

기존 강구조 모멘트연성골조시스템의 기둥-보 접합부는 노스리지 지진과 고베 지진시 충분한 내진성능을 발휘하지 못하고 접합부에서 취성파괴가 발생하였다. 본 논문은 기존 접합부의 형상을 변화하여 H형강보 웨브의 고장력볼트 전단접합과 H형 플랜지의 리브보강 유무를 변수로 한 실대형 실험을 실시하였다. 실험목적은 보웨브의 2면전단접합으로 고장력 볼트수 감소와 시공성 향상을 기대하며, 리브플레이트 보강을 통해 내진성능을 향상시키고자 한다. H형강 보웨브의 2면전단접합과 리브플레이트로 보강한 접합부 실험결과, 기존 접합부보다 초기강성, 에너지 소산능력 및 소성회전능력이 높게 나타났으며, 내력상승률 및 변형능력은 전단탭의 위치로 인해 인장측과 압축측이 다소 차이를 보이고 있으나 전체적으로 우수한 내진성능을 나타냈다. 그리고 모든 시험체가 층간변위비 4%, 총소성회능력 약 0.029rad이상 및 접합부 최대내력이 원단면보 전소성모멘트의 약 130% 이상을 상회하여 중급모멘트연성골조이상의 설계가 가능하리라 사료된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권4호
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• pp.399-406
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• 2012

철근콘크리트 보-기둥 접합부는 구조물 전체의 거동에 가장 크게 영향을 주는 부재 중 하나이다. 보와 기둥의 상대적인 강도 차이가 줄어들면서 지진에 의한 피해가 접합부에도 발생하고 있다. 지진하중과 같은 횡방향 반복하중이 작용하게 되면 접합부는 휨보다는 수직 혹은 수평방향 전단이나 부착에 대한 저항력이 중요하다. 따라서 접합부에 대한 내진설계는 설계자가 의도한 연성에 만족할 때까지 전단이나 부착에 대한 내력이 크게 감소하지 않는 수준의 설계가 요구된다. 하지만 인접보 소성힌지의 변형률 침투와 침투한 변형률의 영향으로 인해서 접합부의 변형이 발생하게 되고 접합부의 내력은 설계자의 요구 수준을 만족하지 못할 수도 있다. 이 논문에서는 부재 각 요소가 내부 접합부에 미치는 변형과 감소하는 전단내력을 파악하고 연성을 계산하는 모델을 제시하였다. 힘의 평형과 변형률 적합조건, 다른 연구자들의 이론을 참고하여 구축하였으며 모델을 실제 실험에 적용하였을 경우 타당한 범위 내에서 평가하였다. 다른 실험 데이터에 대한 추가적인 분석으로 불완전한 부분을 파악하고 개선하여 결과에 대한 오차를 줄이는 연구가 필요하다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.289-301
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• 2017

국내외적으로 지진의 발생이 빈번함에 따라 인명 및 재산 피해가 발생하고 추가적인 경제적 손실을 초래한다. 국내의 비내진으로 설계된 구조물의 보수 보강이 시급할 뿐만 아니라 지진에 대한 관심이 고조됨에 따라 내진보강에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근 고연성 보강재를 사용한 내진보강기법이 소개되면서 강성보강보다는 연성보강에 대한 신뢰도가 높아지고 있다. 따라서 본 연구에서는 연성보강 재료로써 최근 각광받고 있는 폴리우레아를 이용한 내진보강공법을 소개하기 위해서, 폴리우레아로 보강한 RC 시편에 대하여 일축압축시험과 유사동적실험을 수행하였다. 일축압축시험에서 폴리우레아 보강시 강도가 증진되었을 뿐 아니라 연성거동을 확인할 수 있었으며, 실제 지진파를 적용한 유사동적실험에서는 상대변위, 주철근의 변형률, 변위연성도, 소산에너지 모두 향상된 보강성능을 확인할 수 있었다. 연성보강의 목적으로 개발한 폴리우레아 보강방법은 기둥부재의 내진보강에 유용하게 사용될 것이라고 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권6호
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• pp.250-255
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• 2017

지진 발생시 지반조건에 의하여 지반운동에 영향을 받으며 내진설계시 지반특성을 고려한 부지응답특성 평가를 수행해야한다. 국내 내진설계기준의 설계지진력을 결정하는 부분은 미국내진설계기준(UBC-1997)을 차용하여 사용하고 있다. 국내 지반특성과 다른 미국의 지반특성에 적합하게 만들어진 기준을 그대로 사용하는 경우 과다 또는 과소 설계의 원인이 될 수 있다. 따라서 국내지반특성에 적합한 설계응답스펙트럼의 개선이 중요하다. 그래서 본 연구에서는 국내 도시지역의 158개 지반을 선정하여 미국 서부지역의 지반 특성과 비교하고 부지응답을 수행하였다. 158개의 지반을 내진설계기준에서 제시하는 분류방법을 이용하여 분류하였을 때 $S_B$에 해당하는 지반이 37개, $S_C$은 107개, 지반 $S_D$은 14개로 분류되었다. 각 분류된 지반과 7개의 입력지진파를 토대로 해석을 수행하였으며, 내진설계기준과 비교 분석 결과, 국내 설계응답스펙트럼은 국내의 도시지역의 지반특성에 비하여 단주기 영역의 증폭을 과소평가하고 장주기 영역의 증폭을 과대평가하는 것으로 나타났다. 158개의 해석대상부지 중에서 77%정도를 차지하는 지반 $S_C$, $S_D$의 결과에서 설계응답스펙트럼과 큰 차이가 발생한다는 것은 국내 내진설계기준에 제시되어있는 증폭계수를 국내 지반특성에 적합하도록 재산정 할 필요성이 있다는 것을 보여준다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.119-128
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• 2016

성능기반 설계에서 구조물의 안정성은 손상 상태와 이를 수치화한 손상 지수에 의해 평가한다. 지상 구조물에 대해서는 이들이 비교적 명확하게 정의되어 있으나 지중 구조물에 대한 연구 수행 사례는 매우 제한적이다. 본 연구에서는 국내 지하철 시스템에 널리 사용되는 박스형 개착식 터널에 작용하는 지진하중에 의한 손상 상태와 손상 지수를 일련의 비탄성 프레임 해석을 통하여 규명하였다. 터널의 3 단계 손상 상태는 구조물에 발생한 소성 힌지의 수에 의해 정의하였다. 손상 지수는 터널 구조 부재의 탄성 모멘트와 항복 모멘트의 비로 정의하여 탄성 해석만으로도 비탄성 거동과 파괴 메커니즘의 모사가 가능하도록 하였다. 또한 손상 지수를 자유장 전단 변형률의 함수로도 제시하였다. 전단 변형률은 1 차원 지반응답해석으로 쉽게 계산할 수 있으므로 이를 이용하여 간편하게 박스형 터널의 초기 내진 안정성 평가가 가능할 것으로 판단된다. 보다 일반적이고 보편적인 적용성 확보를 위해서는 추후 포괄적인 해석을 수행하여 다양한 형태의 터널과 지반에서의 전단 변형률 분포와 불확실성에 대한 연구가 진행되어야 할 것이다. 본 연구에서 제시된 터널 내진설계를 위한 손상 상태, 손상 지수, 그리고 전단파 속도 및 전단변형률 간의 상호관계 플래트폼은 새로운 아이디어를 담고 있으며 추후 설계에 널리 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권1호
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• pp.25-36
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• 2017

1994년 노스리지 지진 당시 발생한 용접모멘트 접합부의 취성파괴는 주로 보 하부 플랜지에서 발생하였다. 특히 국내 기존 용접철골모멘트 접합부의 경우 과다한 전단스터드 배치에 따른 의도치 않은 합성작용로 인해 지진 내습 시 보 하부 플랜지의 취성파단이 더욱 우려되는 실정이다. 본 논문에서는 합성효과로 인한 접합부 성능저하를 개선하기 위한 목적으로 중량전단탭/수평헌치/삼각헌치로 보강된 접합부 및 RBS가 도입된 접합부에 대한 실험을 실시하였다. 통상 기존 접합부 상부 플랜지의 수정이 불가하다는 점을 고려하여, 본 연구에서는 보 하부 플랜지에만 수평/삼각헌치를 보강하거나 RBS를 도입하여 이 때의 내진성능을 평가하였다. 실물대 실험 결과 수평/삼각헌치 혹은 중량전단탭으로 보강한 실험체는 모두 합성작용으로 인한 부작용을 극복하고 특수모멘트접합부가 요구하는 수준 이상의 소성회전각 5%이상을 발현함을 확인하였다. 또한 SRC 기둥에 RBS를 도입할 경우 접합부에 소요되는 변형의 대부분을 RBS측에서 일어나도록 유도함으로써 SRC기둥에 발생하는 손상을 방지하는 효과가 있음을 규명하였다. 이 중 중량전단탭 보강에 따른 접합부의 거동을 분석하기 위하여 추가의 수치해석 연구를 실시하였으며, 제시한 각각의 보강안에 대한 권장상세를 제시하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.271-277
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• 2020

여러 센서를 이용한 구조물의 구조 응답을 모니터링하는 사례가 증가하고 있다. 그러나 비용과 관리 문제로 인해 제한된 센서만이 구조물에 설치되어 일부의 구조 응답만을 수집하는 경우가 대부분이다. 이는 구조물의 전체 거동을 분석하는데 장애요소로 작용하게 된다. 따라서 제한된 센서를 이용해 센서가 설치되지 않은 위치에서의 응답을 신뢰할 수 있는 수준으로 예측하는 기술이 필요하다. 본 연구에서는 제한된 정보를 이용해 저층 건물 구조물의 지진 응답을 예측하는 해석적 연구를 수행한다. 활용 가능한 응답 정보는 1층과 최상층의 가속도 응답만을 사용할 수 있다고 가정한다. 두 정보를 이용하면 구조물의 1차 고유진동수를 얻을 수 있다. 1층 가속도 정보는 구조물의 가력 정보로 활용한다. 최상층의 가속도이력응답에 대한 오차와 대상 구조물의 1차 고유진동수 오차를 최소화하는 구조물의 질량과 강성 정보를 유전자알고리즘을 이용해 예측하는 기법을 제시한다. 제약조건은 고려하지 않는다. 탐색공간을 의미하는 설계변수의 범위를 결정하기 위해 인공신경망 기반의 파라미터 예측기법을 제시한다. 또한 유전자알고리즘을 통해 얻게 되는 해를 개선시키기 위해 앞서 언급한 인공신경망을 활용한다. 제시한 기법을 검증하기 위해 5층 구조물 예제를 사용한다.