• 한국지반공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.67-78
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• 2012

철지반의 비선형성을 고려한 말뚝지지 전면기초의 3차원 해석기법(YSPR)을 개발하였다. 전면기초는 6개의 자유도를 가진 평면쉘 요소로, 말뚝은 보-기둥 요소로 모델링하여 전면기초와 결합하였다. 또한 말뚝두부 및 지반의 강성은 $6{\times}6$ 강성행렬로 모델링 하였으며, 전면기초-말뚝-지반의 상호작용은 비선형 하중전이함수를 이용하여 선형/비선형거동의 모사가 가능하도록 하였다. 기존의 단순해석기법, 유한요소해석 및 현장계측값과의 비교 분석 결과, 본 해석기법이 대단면 말뚝지지전면기초에서 말뚝의 축하중 분포와 침하량을 비교적 정확히 산정하는 것으로 판단되며, 이러한 검증을 토대로 실제 대단면 기초설계에 대한 적용 가능함을 확인할 수 있었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제8권1호
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• pp.33-40
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• 2007

풍화암층에 시공된 부력앵커의 거동을 현장인발시험을 통하여 분석하였다. 부력앵커는 지하철역사의 지하층에 작용하는 부력을 저항하기 위하여 시공되었다. 본 연구에서는 부력앵커의 한계인발저항력과 앵커와 지반의 경계면에서의 전단응력 전이 메커니즘에 대한 분석을 실시하였다. 인발시험에서는 앵커의 정착장(2~7m)과 천공직경(108~165mm)을 변경시키면서 그 영향을 고찰하였다. 인발시험결과에 의하면 앵커의 한계인발력은 정착장의 길이 및 천공직경이 증가 할수록 증가하는 것으로 분석되었다. 인발시험을 통한 앵커의 한계인발력은 이러한 인자들에 따라 392~1,569kN의 범위를 보이는 것으로 분석되었다. 이로부터 경계면에서 227~505kPa 전단강도가 발생하는 것으로 산정되었다. 인발시험결과에 의하면 인발력의 크기가 증가할수록 전단강도의 발현정도가 증가하는 것으로 나타났다. 인발시험을 통해서 관찰된 파괴 형태는 앵커의 길이에 큰 영향을 받는 것으로 분석되었다. 앵커의 길이가 짧은 경우(2~3m) 콘 형태의 파괴가 관찰되었으며, 앵커의 길이가 증가한 경우(5~7m)는 앵커의 파괴가 앵커체와 주변지반과의 불연속면에서 발생하는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권5C호
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• pp.199-210
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• 2012

본 연구에서는 3차원 탄-소성 유한차분해석을 통해 기존재하는 단독말뚝, $3{\times}3$및 $5{\times}5$ 군말뚝의 바로 아래 풍화암 지반에서 실시된 터널시공으로 인한 말뚝의 거동을 분석하였다. 수치해석에서는 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 규명하기 위하여 지반/말뚝의 침하 및 전단응력전이(shear stress transfer) 메커니즘을 심도있게 분석하였다. 터널굴착으로 유발된 지반의 침하와 말뚝-지반 사이 경계면에서의 상대변위 발생으로 인해 말뚝에 작용하는 전단응력 및 축력의 분포가 매우 크게 변화하였다. 계산된 결과에 의하면 터널굴착으로 인해 말뚝의 두부로부터 말뚝길이의 약 80%에 해당되는 위치까지는 상향의 전단응력이 발생하였고, 그 하부에서는 하향의 전단응력이 발생하였다. 이로 인해 말뚝의 축력이 터널의 굴착에 따라 지속적으로 감소하고, 순수한 터널의 시공으로 인하여 말뚝에는 인장력이 발생하였는데 이로 인해 말뚝에는 최대 $0.36P_a$의 인장력이 발생하였다, 여기서 $P_a$는 터널굴착이전에 말뚝두부에 작용하는 설계하중이다. 말뚝의 거동은 경계면에서의 전단강도 발현 정도에 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 군말뚝의 경우 일반적으로 말뚝의 숫자가 증가할수록 터널의 시공에 의해 말뚝의 침하가 증가하는 것으로 나타났으며, 이와는 반대로 말뚝의 축력변화는 군효과(shielding effect)로 인해 단독말뚝의 경우에 비해 작은 것으로 분석되었다. 터널굴착으로 인한 말뚝침하의 증가로 인한 겉보기지지력(apparent pile capacity) 감소는 단독말뚝에 비해 군말뚝에서 두드러지는 것으로 분석되었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권7호
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• pp.37-47
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• 2017

본 연구에서는 강관매입말뚝의 하중-침하 및 전단응력 전이 특성을 분석하기 위하여 시험시공 및 수치해석을 수행하였다. 동재하시험 및 정재하시험을 수행한 결과 EOID 및 Restrike 시험을 통해 평가된 말뚝의 설계지지력은 정재하시험에서 평가된 설계 지지력에 비해 각각 약 56~105% 및 65~121%의 범위를 보였으며, 말뚝재하시험 이전에 수행된 Class-A type 수치해석의 경우 38~142%의 범위를 보였다. 또한 Restrike 시험에서 평가된 설계지지력은 EOID 시험의 설계지지력에 비해 12~60% 증가된 것으로 평가되었다. EOID에서는 선단지지력이 크게 측정되는 데 비해, Restrike 시험에서는 주면마찰력이 크게 측정되었는데 Restrike 시험의 타격에너지가 충분하지 않은 경우 말뚝의 선단지지력이 과소평가될 가능성이 있는 것으로 분석되었다. 본 연구의 분석에 의하면 동재하시험을 통해 말뚝의 지지력을 합리적으로 평가하기 위해서는 주면지지력은 Restrike 시험 결과를, 선단지지력은 EOID 시험 결과를 적용하는 것이 합리적인 것을 알 수 있었다. 정재하시험 실측값과 수치해석으로부터 예측된 하중-침하 관계는 탄성범위까지는 어느 정도 유사하지만 항복이 발생한 이후의 거동은 크게 벗어났다. 즉 실측값은 항복 이후 경화현상이 거의 없이 마치 탄성-완전소성(elastic-perfectly plastic) 재료와 유사하게 파괴에 도달되는 반면에, 수치해석에서는 변형경화(strain hardening)과정을 거치면서 파괴에 점진적으로 도달되는 경향을 보였다. 말뚝의 하중-침하 특성은 지반의 강성에 영향을 받으며, 축력분포는 지반의 전단 강도상수에 영향을 받는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.13-22
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• 2015

본 연구에서는 3차원 유한요소 해석을 수행하여 터널굴착에 의한 말뚝의 거동변화를 지배하는 말뚝선단에 대한 터널의 상대 위치를 고려하여 분석하였다. 수치해석 결과를 순수하게 터널굴착으로 발생한(Tunnelling-induced) 말뚝두부의 침하, 상대변위, 체적손실률(Volume loss), 말뚝의 축력, 전단응력 그리고 겉보기안전율 등을 분석하였다. 터널과 말뚝선단의 상대위치를 고려했을 때 말뚝선단이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 내부에 존재하는 경우 Tunnelling-induced 말뚝두부의 침하는 지표면의 침하보다 크게 나타났으며, 이는 말뚝에 Tunnelling-induced 인장력을 발생시켰다. 반대로 말뚝선단이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 외부에 존재할 경우, 말뚝상부에서 유발된 하향의 전단응력으로 인해 말뚝에는 Tunnelling-induced 압축력이 작용하였다. 수치해석을 통해 분석된 하중-변위 관계를 이용하여 겉보기안전율을 분석한 결과 말뚝선단이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 내부에 존재할 경우 말뚝의 겉보기안전율은 평균 약 36% 감소하는 것으로 나타났다. 터널의 상대위치에 따른 전단응력전이 매커니즘을 Tunnelling-induced 말뚝축력, 전단응력과 말뚝의 겉보기안전율을 고려하여 심도 있게 고찰하였다.

• 문화기술의 융합
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• 제8권6호
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• pp.685-691
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• 2022

본 연구의 대상구조물은 지하철 본선 직상부에 시공된 초고층 빌딩 하중을 지지하기 위해 설치한 전이구조체인 강합성 콘크리트 박스구조물(트랜스퍼 거더)로서 연구의 목적은 대상구조물에 발생된 균열의 원인을 분석하는 것이다. 본 연구에서는 강합성 콘크리트 구조물에 발생된 균열조사결과와 수치해석결과를 비교, 분석하여 강합성 콘크리트 구조물에 발생된 균열의 원인이 건조수축균열임을 해석적으로 입증하였다. 연구결과, 콘크리트 내부에 매립된 철골의 형상 및 수직보강재의 위치와 폐합 단면의 면적에 따라 외기온도에 따른 콘크리트와 강재간의 내부 온도차가 발생하는 것으로 나타났다. 수직보강재의 간격이 좁은 경우 넓은 단면에 비해 상대적으로 내부 온도의 집중도가 상승하여 외기와의 온도차가 크게 발생되는 것으로 나타났다. 또한 온도 및 온도에 따른 변형율이 크게 발생되는 위치와 현장균열조사 결과와 일치하는 것으로 분석되었다. 따라서 구조물 중앙부의 점검통로와 철골에 형성된 수직보강재 유무 및 간격에 따라 내부 온도 집중부가 형성되고 해당위치에서 강재에 의한 콘크리트의 온도신축거동이 구속되어 건조수축균열이 발생될 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구결과를 바탕으로 향후 강합성 콘크리트 구조물에 대한 유지관리 및 점검 시 건조수축에 의한 비구조적인 균열과 구조적인 균열을 구분하여 관리하는 것이 중요할 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.683-691
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• 2013

깊은 보의 파괴거동은 전단경간과 유효깊이의 비(a/d)에 따라 크게 변한다. $a/d{\leq}1.0$의 깊은 보는 복부의 쪼갬현상과 하중점과 재하점 부근에서의 콘크리트의 연화현상을 동반하는 파괴모드가 지배적인 파괴모드가 되는 것과 복부에 배치된 전단철근은 보의 파괴모드를 변화시키는 역할을 하고, 이러한 목적으로 복부철근을 배근할 때에는 반드시 연직 및 수평철근을 동시에 사용하거나 또는 사인장균열에 직각을 이루도록 철근을 배치하여야 한다. 한편, 1.0${\leq}2.5$의 깊은 보의 경우, 전단파괴시 주인장철근이 항복상태에 도달하지 않도록 충분히 배치되어져 있다면 복부에 배치된 수평철근으로 인한 전단강도 증가는 거의 기대하기 어렵다. 하지만 연직전단철근은 1.0${\leq}2.5$의 깊은 보가 일찍 타이드아치기구로 전이되는 현상을 방지함으로서 전단강도를 증대시키는 역할을 한다. 본 연구에서는 깊은 보에 대한 기존의 실험연구로부터 얻어진 파괴거동과 그것에 영향을 미치는 주요 인자들에 대해 정성적으로 분석하고, 소성이론을 적용하여 파괴강도를 구하는데 기초가 되는 역학모델을 정의하였다. 또한 정의된 역학모델을 근거로 소성이론의 상계정리(upper bound theorem)를 적용하여 a/d가 1이하의 깊은 보에 대한 전단강도식을 이론적으로 유도하였다. 이 연구에서 제안된 전단강도 산정식은 $a/d{\leq}1.0$의 깊은 보의 전단강도를 정확하게 예측하였다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제10권4호
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• pp.583-597
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• 2014

난방기기에 의한 화재는 다양한 난방기기의 종류처럼 그 원인도 다양하고. 매년 계속되는 전통재래시장에서의 난방기기에 의한 화재사고가 빈번히 발생하여 인명 및 재산상의 손실을 초래하고 있다. 일반주택이나 아파트 등 대부분의 주거시설은 난방용 보일러가 보급되어 난방기기로 인한 화재가 그리 많지 않으나 식당, 시장의 점포와 사무실, 체육관, 공장, 작업장 등에서는 여전히 석유난로, 전기난로 등 난방기기를 사용 하고 있어 화재의 위험성에 노출되어 있다. 또한 난방용 기기의 발생건수를 살펴보면 가정용보일러, 목탄난로, 석유난로, 가스난로/스토브, 전기스토브/히터 순으로 발생한 것으로 분석되었으며, 인명피해 별 건수는 가스난로/스토브, 석유난로 /곤로, 전기히터/스토브, 연탄/석탄난로 순으로 분석되었다. 또한 가스 및 석유관련 난방용기기가 발생빈도(frequency)는 낮지만 화재강도(intensity)가 높은 것으로 분석 되었다. 따라서 본 연구의 목적은 다중이용시설인 전통재래시장에서 아직도 많이 사용되고 있고, 실제 화재발생사례가 많은 석유난로와 전기스토브에 의한 발화 위험성 즉 최소발화온도, 탄화 정도와 그에 따른 열유속을 정상상태와 비정상상태 하에서의 가연물의 접촉 및 전도로 인한 화재 발생 가능성을 재연하여 검토해 봄으로서 보다 과학적인 화재조사 및 감식 접근방법을 강구하고자 하였다. 재연실험 결과 실험체 2종(석유난로/전기스토브) 모두 양호한 축열 조건이 만들어지지 않는 한 발화위험성은 극히 적은 것으로 나타났지만 탄화의 상태는 각 부위별로 진행되는 것으로 분석되었다. 결국 화재로의 전이는 축열에 의한 발화이므로 최소한 화재장소의 축열 온도조건이 $500^{\circ}C$ 이상일 때 발화되는 것으로 분석되었다. 특히 전기스토브의 발열체인 석영관인 경우 가장 짧은 시간 내(10sec)에 $600^{\circ}C$ 이상의 온도로 급 가열 되어 이때의 열유속은 6.26kW/m2으로 나타나 이는 보온된 PVC케이블이 손상과 함께 인체에는 2도 화상을 입히는 결과를 나타내는 것으로 분석 되었다. 아울러 온도 조건 이외에 거리변화에 따른 열량의 감소분을 나타내는 형태계수(Geometric View Factor)와 화재하중(Fire Load)에 따른 온도 변화도 고려되어야 할 중요한 변수임 알았다. 따라서 이에 관한 세심한 화재조사 및 감식의 매뉴얼이 있어야 할 것으로 사료되며 이러한 실험에 의한 과학적이고 합리적인 노력들이 향후 화재조사 및 감식에 대한 매뉴얼 작성과 이론적 토대를 세우는데 기여하기를 기대한다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.5-16
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• 2018

본 연구에서는 현장에서 실규모로 시공된 8본의 강관매입말뚝의 공학적 거동을 정재하시험, 동재하시험(EOID 및 restrike 시험) 및 Class-A 및 C1 type의 수치해석을 수행하여 상세히 고찰하였다. 이를 통해 말뚝의 하중-침하, 설계지지력 및 전단응력 전이 특성 등을 분석하였다. 정재하시험을 통해 평가된 설계지지력에 비해 동재하시험 및 수치해석은 이를 매우 상이하게 평가하는 것으로 분석되었으며, 이 가운데 restrike 시험이 전반적으로 최상의 결과를 도출하였고, 수치해석 결과의 신뢰성은 동재하시험에 비해 낮은 것으로 분석되었다. 각 시험에서 산정된 설계지지력을 정재하시험의 결과와 비교할 때 EOID는 정재하시험값의 20.0%-181.0%(평균: 69.3%)의 범위를 보였고, restrike 시험의 경우 48.2%-181.1%(평균: 92.1%)의 범위를 보였다. 또한 Class-A type에서는 37.1-210.5%(평균: 121.2%)로 가장 큰 분산을 보였다. EOID 시험에서는 선단지지력이 말뚝의 전체지지력의 대부분을 차지하는데 비해, restrike 시험에서는 주면마찰력 및 선단지지력이 비슷한 정도로 발현되었다. 이때 restrike 시험에서 측정된 선단지지력은 EOID 시험에서 측정된 크기보다 작은 것으로 분석되었다. 즉 restrike 시험에서 타격에너지가 충분하지 않은 경우 말뚝의 선단지지력이 과소평가될 가능성이 있는 것으로 나타났다. 말뚝의 축력분포로부터 측정된 전단응력은 말뚝의 심도가 깊어질수록 증가하는 양상을 보였으며, 수치해석 결과는 정재하시험과는 상당한 정도의 차이를 보였다. 말뚝선단 인근에 슬라임이 존재하는 경우 말뚝의 거동에 매우 큰 영향을 주는 것으로 분석되었는데, 슬라임의 탄성계수가 작을수록 그리고 슬라임의 두께가 두꺼울수록 말뚝의 침하량이 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다.