• 해양환경안전학회지
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• 제26권1호
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• pp.103-113
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• 2020

잭업 드릴링 리그 (Jack-up drilling rigs)는 해양자원개발 분야 중 석유 및 가스 탐사 산업에서 널리 사용되는 대표적인 해양구조물이다. 이러한 잭업 구조물은 대체로 얕은 수심에서 사용하도록 설계되었지만 에너지 산업의 추세로 대수심 및 가혹한 환경 조건에서도 사용이 가능한 설계가 요구되고 있다. 이러한 잭업구조물의 운영환경 확장에 따라서 과도한 설계를 최소화하고 신뢰성 반영된 설계법이 요구되었다. 기존의 해양구조물 산업에서 잭업 구조물의 설계법은 사용(혹은 허용)응력 설계 (WSD: Working (or Allowable) Stress Design) 방법을 사용하여 설계가 되고 있었다. 이러한 설치환경변화에 따라서 충분한 신뢰성을 확보가 가능한 하중 및 저항계수 (LRFD: Load and Resistance Factored Design) 방법을 최근 개발되었고 규정화가 되었다. LRFD 방법은 통계적 기반으로 한 한계상태설계 개념으로 잭업구조물의 구성구조부재의 하중과 전산수치해석을 이용한 강도의 불확성을 하중 및 저항 계수로 표현하는 설계법이다. 개발된 LRFD 방법은 실제 잭업구조물 설계의 적합성 판단을 위하여 기존의 WSD 방법과의 정량적인 비교 분석이 반드시 필요하다. 따라서 본 연구는 기존의 WSD와 LRFD 방법으로 이용하여 실 잭업 구조물의 레그 구조를 대상으로 상용유한요소해석코드를 이용하여 정량적인 UC (Unity Check)값을 기반으로 비교 분석하였다. 분석된 결과로 다양한 환경하중조건 하에서 LRFD 방법을 사용하여 잭업구조물의 레그(Leg) 설계에서 상당히 합리적인 UC 값을 가지고 기존 대표적인 WSD기법 중에 하나인 API-RP 코드 대비 약 31 % 차이가 분석되었다. 따라서 LRFD 설계 방법이 WSD 방법에 비해 구조 최적화 및 합리적인 설계에 더 유리하다는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권1호
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• pp.49-54
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• 2009

지진동에 대한 사면의 안정성은 일반적으로 지진계수를 이용하여 지진하중을 유사정적 하중으로 단순화하여 한계평형법으로 평가된다. Transient 지진동은 지진계수를 이용하여 정적하중으로 대체된다. 하지만, 유사정적 해석결과에 절대적인 영향을 미치는 지진계수는 합리적인 물리적 근거 없이 산정된다. 또한 내진설계기준에 의거하여 산정되는 최대가속도는 사면의 진동특성을 반영한다고 볼 수 없으며, 이를 정확하게 예측하기 위해서는 2차원 동적해석을 수행해야 한다. 본 연구에서는 수정된 1차원 동적해석과 유사정적해석을 연결한 Hybrid 유사정적 해석법을 제안하였다. 기존의 해석기법은 깊이에 따라서 변이하는 가속도를 고려할 수 없기에 신뢰성 있는 사면의 안정성 예측이 어려운 실정이다. 수정된 1차원 지반응답해석은 깊이에 따른 사면 무게변화를 모델링하기 위하여 층의 밀도를 조정하였으며 위치별 진동가속도를 예측하기 위해서 다수의 해석을 수행하였다. 2차원 유한요소해석과 비교한 결과, 수정된 1차원 해석은 2차원 해석과 일치성이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 해석결과를 유사정적해석에 입력하여 깊이에 따라서 변이하는 가속도 주상도를 적용하였으며 기존의 해석방법으로 계산된 안전율과 비교하였다. 비교 결과, 계산된 안전율에는 큰 차이가 발생하는 것으로 나타났으며, 기존의 해석기법으로 안전율을 예측할 경우, 매우 비현실적인 값을 계산할 수 있다. 본 연구에서 개발된 기법은 해석의 신뢰성을 현격하게 향상시키는 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제28권6호
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• pp.449-458
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• 2016

강박스거더교의 온도하중을 위한 유효온도를 산정하기 위하여, 강박스거더교의 시험체와 실교량에서 온도 데이터가 2년간 측정되었다. 이 실험체와 실교량의 온도 측정결과를 바탕으로 대기온도에 대한 최고 및 최저 유효온도를 2014년, 2015년, 그리고 연속 2년간 산정하였다. 산정된 최고, 최저 유효온도는 EURO code, 그리고 현행 도로교 설계기준과 서로 비교 평가되었다. 2년간(2 year) 측정한 데이터 기준으로 최대 유효온도와 Euro code의 결정계수는 교량 시험체에서 R=0.894, 실교량에서 R=0.927이 산정되며, 최저 유효온도는 교량 시험체에서 R=0.992, 실교량에서 R=0.813이 산정되었다. 또한 연구 결과는 도로교설계기준(한계상태설계법)의 최고온도와 유사하든가 약간 초과하는 것으로 평가되었다.

• 수산해양기술연구
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• 제21권2호
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• pp.142-150
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• 1985

1. 반구형 각의 분포 및 집중하중에 의한 좌굴응력 해석은 변형된 각의 형상에 따라 타원체 각의 응력으로 해석함이 타당하다. 2. 일정 한계이상의 형상계수를 갖는 반 구형각에 대하여서는 재료상수를 형상계수의 승수로 고려한 수정된 임계좌굴 하중으로 탄소성 좌굴을 판정함이 더 양호한 결을 준다. 3. 탄소성 좌굴에 있어서 소모된 소성변형 에너지를 계산하기 위하여 항성변형 에너지를 계산하기 위하여 항상선를 따르는 에너지법을 이용하면 양호한 결과를 얻을 수 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.19-30
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• 2014

본 연구에서는 강주탑 기부와 기초콘크리트 연결 구조에 대해서 국내에서 특수교량의 강주탑 기부 설계에 보편적으로 적용하고 있는 명석해협대교(明石海峽大橋) 시방기준과 비선형 FEM 해석결과를 비교하였다. 명석해협대교(明石海峽大橋) 시방기준은 1970년도에 만들어진 일본 기준으로 주탑 기부와 PS 강봉 및 기초콘크리트를 스프링으로 선형 모델링하여 설계하는 방법으로서 43년이 지난 지금까지도 간편성을 이유로 이 기준을 적용하고 있다. 그러나 비선형 FEM 해석결과의 비교를 통해 특수 장대교의 강주탑 기부의 해석 및 설계에 이 기준을 적용하는 것은 여러 가지 문제점이 있음을 알 수 있었으며, 풍하중, 지진하중에 주요하게 저항하면서도 다양한 부재들로 복잡하게 연결된 강주탑 기부에 대해서는 한계상태설계법으로 발전하려는 현 시대에 맞추어 실제 거동을 반영하는 비선형 FEM해석을 적용해야 할 것이다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권1호통권74호
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• pp.103-113
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• 2005

본 연구에서는 선행 연구에서 개발된 강구조물에 대한 직접비탄성설계 방법을 설계실무의 활용성을 확대할 수 있도록 개선하였다. 그룹부재에 대한 설계, 불연속적인 단면 성능, 축력에 따른 휨재하능력의 변화, 접합방식에 따른 거동특성, 다중하중조건 및 성능기준 등 강구조물 설계실무의 제한조건을 고려하여 비탄성설계를 수행할 수 있는 방법을 개발하였다. 본 연구에서는 제안된 방법의 해석 및 설계절차를 정립하였고, 이를 적용한 컴퓨터 해석/설계 프로그램을 개발하였다. 전통적인 탄성설계와 제안된 직접비탄성설계법을 사용한 설계결과를 비교하였으며, 기존의 비선형해석프로그램을 이용하여 설계결과를 검증하였다. 비탄성 변형을 고려할 수 있는 제안된 설계법은 전통적인 탄성해석을 사용한 한계상태설계에 비하여 강재량을 절감하고, 구조물의 변형능력을 향상하였다. 제안된 설계방법은 비탄성 거동을 구조물의 설계에 직접 반영할 수 있으므로 설계에 편리하고 각 소성힌지의 변형을 제어함으로써 구조안전성을 확보하고 동시에 변형능력을 최대로 활용하는 설계를 수행할 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.353-360
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• 2017

PHC말뚝을 보강한 CFP말뚝의 P-M 상관도를 통한 휨 모멘트 예측과 휨 실험 결과를 통해 P-M 계산법의 타당성과 CFP말뚝의 휨 성능을 평가한 실험 연구이다. 시험체는 PHC말뚝과 링형 합성 전단연결재 그리고 속채움 콘크리트를 기본으로 한 CFP말뚝과 1차 보강(말뚝 보강철근 H13-8ea), 2차 보강(내부 보강철근 H19-8ea)으로 제작된 시험체의 휨 실험 결과 CFP-N-N 시험체 대비 최고 하중이 46.4%, 103.9% 증대되었으며, 보강 철근량에 따른 연성능력 증대가 이루어졌다. 또한 CFP말뚝 설계법의 극한한계상태 예측값과 실험 결과값을 비교해 볼 때, 각 보강 단계별 1.23, 1.40배의 안전율을 확보하여 본 연구에서 제시한 설계법이 합리적인 것으로 판단된다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2003년도 추계학술대회 논문요약집
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• pp.190-190
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• 2003

동력 전달용 구동부품에 있어서 중공 플랜지 형상의 부품은 흔히 찾아 볼 수 있으며, 이는 높은 강도를 요구하기 때문에 강도향상을 위하여 단조에 의한 제품의 성형 방법이 많이 연구되고 있다. 중공 플랜지형상을 갖는 제품의 제조 방법으로서는 중실 플랜지 형상으로 단조하여 내경부를 절삭가공하는 방법, 중실 소재를 후방압출하여 중공 플랜지형상으로 단조하는 방법, 또는 중공의 초기소재를 사용하여 중공 플랜지형상으로 단조하는 방법이 일반적이다. 본 연구에서는 Fig. 1에 나타낸 것과 같이 중공 플랜지 형상을 갖는 기계 부품의 단조방법에 대해 연구하였으며, 중공 관의 내경을 $d^1$, 외경을 $d^2$, 플랜지부의 외경을 $D^0$, 중공 관의 두께를 t, 플랜지부의 두께를 T로 정의하였다. 중공 플랜지 형상에 있어서 공정 설계의 변수는 다양하겠으나, 본 연구에서는 중공관의 외경과 내경의 형상비 $\alpha$(=$d^2$/$d^1$), 플랜지의 폭과 중공관의 두께비 $\beta$(=B/t) 및 중공관의 두께와 플랜지의 두께비 r(=T/t)의 변화에 따른 성형조건에 관해 고찰하였다. 중공 플랜지 형상의 성형방법으로 Fig. 2에 나타낸 것과 같은 $\circled1$중실소재를 이용한 후방압출단조(backward extrusion forging)방법, $\circled2$중공 소재를 이용한 엎셋(upset forging)방법, $\circled3$중공 소재를 이용한 압조법(injection forging), $\circled4$중실소재를 이용한 압조-압출(injection-extruding forging)법의 4가지의 단조 방법을 제시 하였다. 또한, 유한요소해석을 수행하여 소성유동 형태, 유효변형률, 단조하중을 검토하고. 모델재료인 납을 이용한 실험을 통하여 이를 검증하였다. 이를 바탕으로 산업 현장에서 경험에 의존하였던 공정 설계를 보다 효과적으로 개선하기 위한 단조법을 제시하고자 하였다. 또한 중실 소재를 이용한 중공 플랜지 형상의 단조 방법 중 보다 적절한 단조방법인 압조 단조에 있어서 일반적으로 사용되고 있는 SM10C에 대한 유한요소 해석을 수행하였으며, 제품의 형상비에 따라 폴딩 결함의 발생 유무를 검토하고, 폴딩 결함 없이 단조하기 위한 중공 플랜지의 형상한계 비를 제시하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제16권3호
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• pp.142-151
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• 2004

수리학적 안정성과 구조적 안정성을 동시에 만족시키면서 피복재의 중량을 산정할 수 있는 방법이 수립되었다. 수리학적 안정성은 Hudson의 경험식을 이용하여, 구조적 안정성은 충격하중 작용시 피복재 내부에 발생되는 최대인장응력을 산정, 피복재의 인장 저항력과 비교하는 개념으로 해석되었다. 이와 같이 산정된 수리학적 안정성과 구조적 안정성에 대한 적용한계를 재현기간별 설계 유의파고, 피복재의 중량, 그리고 인장 저항력의 함수로 제시하여 실무자들이 쉽게 사용할 수 있도록 하였다. 또한 결정론적 산정법의 불확실성을 고려하기 위하여 수리학적 안정성과 구조적 안정성에 대한 신뢰성 해석이 추가로 수행되었다. 두 파괴모드를 하나의 직렬계로 구성하여, 신뢰성설계법에서 이용되는 목표파괴확률을 가지고 단면파괴율의 함수로 피복재의 최적중량을 산정할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권10호
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• pp.113-122
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• 2005

신뢰성 기반의 한계상태설계법(Limit State Design; LSD)의 지반공학적 적용은 세계적으로 확산추세이며, 북미지역의 경우 일부 시방서에 하중 및 저항에 의한 LRFD 설계법이 지반공학적 설계에 적용되고 있다. 그러나 지금까지 제안되어 온 지반공학적 저항계수는 상당히 포괄적인 값이며, 이와 관련된 연구는 아직까지 초기단계라 할 수 있다. 콘관입시험은 대표적인 현장시험으로 특히 말뚝 설계에서 유용하게 활용되고 있으며, 다양한 말뚝 지지력 산정법이 제시되어 왔다. 본 연구에서는 콘관입시험을 이용한 항타 말뚝 지지력 평가를 위한 저항계수를 산정하고자 한다. 이를 위하여 여러 지역에서 수행된 말뚝재하시험과 콘관입시험 결과를 수집하여 확률적 분석을 수행하였으며, 이를 종합하여 저항계수 산정에 적용하였다. 본 연구에서는 전체지지력뿐만 아니라 말뚝의 선단 및 주면 지지력 각각에 대한 저항계수 또한 도출하고자 하였다. 저항계수 산정 결과, 목표신뢰도지수 $2.0{\sim}2.5$의 범위에서 전체지지력에 대한 저항계수 $0.35{\sim}0.55$범위를 나타내었다.