• 한국지반신소재학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.21-32
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• 2020

세계적으로 대규모 인프라 구조 건설 시장이 확대됨에 따라 극한지 및 극서지와 같은 극한 환경에서의 토목 구조물 시공이 계획 혹은 시공 중에 있다. 이에 따라 구조물의 지지력 확보를 위한 말뚝 기초의 시공이 필수적이나 극한지 및 극서지의 지반 변형 가능성으로 인해 말뚝 기초의 안정성 및 기능 상실이 우려된다. 따라서 본 연구에서는 새로운 형식의 말뚝 기초를 개발함으로써 지반 변형에 대응하고자 하며, 극한지 및 극서지에서 발생 가능한 지반 변형을 크게 융기 및 침하로 구분하였다. 지반 변형 대응형 말뚝은 강관 말뚝 내부에 수축 및 팽창이 가능한 실린더가 삽입된 형태로 융기 및 침하 과정에서 실린더의 거동에 따른 말뚝 영향을 수치해석적으로 분석하였다. 수치해석 결과 지반 융기는 말뚝의 과도한 인장응력을 발생시켰으며, 실린더의 팽창 조건은 말뚝에 작용하는 인장 응력을 분담해 주어 전체적으로 말뚝에 작용하는 축 응력을 감소시켰다. 지반 침하는 부주면 마찰력 발생에 따른 말뚝의 압축응력을 증가시켜 주었는데, 실린더는 중립점 이하에 위치하여 수축 거동 시 최적의 효율을 보여주었다. 하지만 지반 변형 대응형 말뚝 시공 시 수축 및 팽창량은 상부 구조체의 허용 변위 범위를 준수하여야 하며, 설계 시 이에 따른 고려가 필요할 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권5A호
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• pp.691-697
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• 2008

강구조물의 현장연결 방식으로 널리 사용되고 있는 고장력볼트 마찰이음은 연결부의 부식 방지를 위해 도장을 실시하는 것이 일반적으로 허용되고 있다. 고장력볼트 이음부의 마찰면에 도장을 실시하는 경우에는 도장의 정도가 이음부의 미끄러짐 내력에 미치는 영향이 문제로 된다. 본 연구는 마찰면에 새로운 도장형식인 세라믹계 도장사양을 적용한 경우의 고장력볼트 마찰이음부의 미끄러짐 거동을 파악하기 위한 목적으로 실시하였다. 실험은 소정의 세라믹 도장사양을 적용한 고장력볼트 마찰이음 시험편을 대상으로 미끄러짐 시험을 실시하여 미끄러짐 하중 및 미끄러짐 계수를 측정하였으며, 이로부터 세라믹계 도장사양을 실시한 고장력볼트 연결부의 안전성 및 사용성을 검토하였다. 그 결과 미끄러짐 발생시의 하중-변위 특성은 각 도료사별로 다소의 차이가 발생하였으나, 평균 미끄러짐 계수는 도로교표준시방서의 설계기준인 마찰계수 0.4를 초과하는 결과를 나타내고 있다. 그러나 세라믹계 도장을 실시한 고장력볼트 연결부의 안전성과 사용성을 확보하기 위해서는 상세 도장조건에 대한 기준의 제정 및 시방서의 개정이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제12권4호
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• pp.157-178
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• 1996

기존의 보강토벽체에 주로 이용되어온 steel strict등 고강도 인장보강재는 주변 뒤채움흙에 비해 상대적으로 변형이 작기 때문에, 설계검토시 과강재 자체에서 유발되는 변형의 크기에 대해서는 크게 유의할 필요가 없었다. 그러나 비교적 저강도인 섬유보강재의 경우, 한계상태에서 예상되는 섬유보강재 자체의 변형량은 주변 뒤채움흙의 소성변형 유발에 필요시 되는 변형량을 종종 초과하게 되며, 이와같은 크기의 과도한 변형량은 보강토벽체 구조체 자체의 안정성 확보 측면에서 허용할 수 없는 경우가 대부분이다. 결국 보증토벽체 구조체의 전면부 발생변위에 대한 일반적인 허용조건을 충족하기 위해서는, 극한강도 보다 훨씬 작은 크기의 강도가 섬유보강재의 경우 발휘하는 것으로 보아야 할 것이며, 따라서 최종적인 구조체 안정검토를 위해서는 보강재 자체의 예상변형량에 대한 평가가 섬유보강재의 경우 특히 중요시 된다. 보강재의 인장응력 -변형률 관계는 강보강재의 경우 선형탄성거동으로 가정할 수 있으나, 섬 유보강재의 경우에는 일반적으로 비 선형거동을 나타낸다. 본 연구에서는 쌍곡선 함수를 이용하여 섬유보강재의 비선형 거동특성을 모델링하였으며,또한 뒤채움흙 다짐으로 인한 유발응력등을 고려하기 위해 Ehrlich SE Mitchell, Duncan등이 제안한 방법을 수정하여 섬유 보강토벽체의 안정 해석법을 제시하였다. 본 안정 해석법 에서는 침투수압의 영향 및 뒤채움흙의 구속효과에 따른 섬유보강재의 부분적인 상대강성 변화 등을 고려하였으며, 이를 토대로 깊이별 각 섬유보 강재의 최대인장력 및 변형량 등의 예측이 가능하다. 본 연구에서는 제시하리라 하는 안정해석법의 적용성을 위해, paraweb polyester fibre multicord, non-woven polyester 지오텍스타일 및 knitted polyester 지오그리드 등 3가지 종류 보강재의 인장응력-변형률 관계 실험결과를 회귀분석하여 쌍곡선 함수형태로 이와같은 섬유보 강재의 비선형거동을 모델링하였다. 또한 이를 토대로 한 븐 연구 해석법의 적합성 검토를 위해, Ho & Rowe가 제시한 유한요소해석결과 및 LCPC, FHWA등에서 시행한 시험결과와 깊이별 각 섬유보강재의 최대인장력,변형량 및 지점별 변형률 등에 대해서도 비교하였다. 아울러 섬유 보강재의 상대강성, 뒤채움흙의 깊이별 구속효과의 정도, 다짐정도 및 침투수압 등이 각 섬유보강재의 변형량 및 전체적인 변형형태 등에 미치는 영향을 종합적으로 분석하였다.

• 대한치과교정학회지
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• 제29권6호
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• pp.673-688
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• 1999

본 연구는 multiloop edgewise arch wire(MEAW)의 기계적 특성을 분석하기 위해, 1) 개별 브라켓간 부위에서의 MEAW의 하중변형률을 수종의 재질로 된 동일 규격의 교정용 호선과 비교하고, 2)개별 브라켓간 부위와 multi-L-loop 부위(측절치 브라켓의 원심연과 제2대구치 튜브의 근심연간의 거리)에서의 wire stiffness를 비교하며, 3)단일 L-loop와 multi-L-loop의 하중변형률에 대한 공학적 이론식을 유도하여 MEAW의 하중변형특성을 규명하고자 시행하였다. 5가지의 서로 다른 수평길이를 지닌 L-loop와 5개의 L-loop로 구성된 상하악의 multi-L-loop를 .$016\times.022$ inch의 stainless steel 강선으로 제작하였고, .$016\times.022$ inch의 Plain stainless steel, TML NiTi를 준비하였다. Instron model 4466 만능시험기에 50N 용량의 load cell을 부착하여 crosshead의 속도 1.0min/분, 브라켓간 부위의 시험시에는 최대변위량 1.0mm로 각 브라켓간격에서 측정하였고, multi-L-loop부위의 경우는 최대변위량 10mm, 42mm의 거리에서 측정하였다. 반복된 실험에 의해 발생할 수 있는 응력에 따른 물리적 성질 변화의 가능성을 배제하기 위해 각 조건마다 동일한 5개의 시편을 사용하였다. 측정된 하중변형률과 각 실험의 브라켓간격을 이용하여 각 브라켓부위에서의 L-loop의 wire stiffness number를 계산하였고 이를 multi-L-loop의 그것과 비교하였다. 5개의 loop로 구성된 multi-L-loop를 35개의 직선구간으로 나누어 각 구간의 에너지를 계산, 총합을 낸 후 가해진 외력으로 미분하여 하중변형률의 이론식을 유도하였으며, 이를 wire stiffness로 환산하여 단일 L-loop의 wire stiffness와 비교하였다. 그 결과는 다음과 같았다. 1) 각 브라켓 간격에서의 L-loop의 하중변형률은 평균적으로 stainless steel wire의 1/5.16, NiTi의 1/l.53, TMA의 1/2.47이었다. 2) multi-L-loop부위 에서의 MEAW의 wire stiffness는 개개 브라켓간 간격에서보다 평균 1.53배 더 높았고, 같은 부위에서의 NiTi보다 1.9배 더 높았다. 3) 유도된 하중변형률의 이론식에 따르면, 부위에 따라서 wire stiffness의 차이를 보이지 않는 직선 강선과는 달리, L-loop가 부여된 경우, 개별 L-loop의 ire stiffness는 전체 multi-L-loop의 wire stiffness보다 낮은 것으로 나타났다. 이상의 연구결과로 미루어 볼 때, MEAW는 개별적인 치아이동을 허용하면서, 가해진 교정력을 효과적으로 전체 치열로 전달할 수 있는 독특한 기계적 특성을 지니고 있는 것으로 생각된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.39-55
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• 1992

본(本) 연구(硏究)에서는 트러스구조물(構造物)의 효율적(效率的)인 형상최적화(形狀最適化)를 위해서 3단계분할최적화(段階分割最適化) 기법(技法)을 유도(誘導)하였다. 3단계분할최적화(段階分割最適化) 기법(技法)을 적용(適用)하기 위하여 제(第)1단계(段階)에서 설계변수(設計變數)로 목적함수(目的函數)는 구조물(構造物)이 에너지를 최대(最大)로 흡수(吸收)할 수 있도록 변형(變形)에너지를 택하였으며 제약조건식(制約條件式)으로는 허용응력(許容應力), 좌굴응력(挫屈應力), 변위제약(變位制約) 및 다(多) 재하조건(載荷條件)을 고려(考慮)하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 제(第) 2단계(段階)에서 설계변수(設計變數)는 부재단면적(部材斷面積)으로하여 목적함수(目的函數)는 구조물(構造物)의 중량(重量)이 최소(最小)가 되도록 중량함수(重量函數)를 택하였으며 제약조건식(制約條件式)으로는 제(第)1단계(段階)에서 얻은 최대변위(最大變位)를 대입(代入)한 평형조건식(平衡條件式) 및 다재하조건(多載荷條件)을 고려(考慮)하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 제(第) 3단계(段階)에서는 조정변수(調整變數)를 절점좌표(節點座標)로 하고 목적함수(目的函數)로는 중량함수(重量函數)로 하여 최적화(最適化) 문제(問題)를 형성(形成)하였다. 이와같이 형성(形成)된 제(第)1, 제(第)2단계(段階)의 최적화(最適化) 문제(問題)는 선형계획문제(線形計劃問題)로 된다. 따라서 3단계(段階) 분할최적화(分割最適化) 기법(技法)은 최적화(最適化) 과정(過程)이 간편(簡便)하고 구조해석(構造解析) 및 감도분석(感度分析)을 위한 기법(技法)을 적용(適用)할 필요(必要)가 없으므로 최적화(最適化) 과정중(過程中) 구조해석(構造解析) 및 감도분석(感度分析)에 요구(要求)되는 시간(時間)을 줄일 수 있는 효율적(效率的)인 기법(技法)이었다. 제(第) 3단계(段階)에서는 절점좌표(節點座標)를 설계변수(設計變數)로 하므로서 무제약최적화문제(無制約最適化問題)로 형성(形成)되므로 최적화과정(最適化過程)이 용이(容易)하다. 또한 본(本) 연구(硏究)는 각(各) 단계(段階)에 각각(各各) 다른 최적화기준(最適化基準)을 사용함으로써 수염속도(收斂速度)를 향상(向上)시키고 있다. 본(本) 연구(硏究)의 기법(技法)을 4종(種)으 트러스 구조물(構造物)에 적용(適用)한 결과 트러스 구조물(構造物)의 형태(形態), 제약조건식(制約條件式)에 구애받지 않고 효율적(效率的)으로 최적해(最適解)에 수염(收斂)함과 동시(同時)에 타(他)의 연구(硏究)와 거의 동일(同一)한 연구결과(硏究結果)를 얻었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.73-84
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• 1993

본(本) 연구(研究)에서는 분할기법(分割技法)을 이용하여 평면(平面)트러스구조물(構造物)의 형상최적화(形狀最適化)를 시도(試圖)하였다. 본(本) 연구(研究)의 제(第)1단계(段階)(Level 1)에서는 다른 연구(研究)와 달리 응력제약(應力制約)을 감도해석(感度解析)에 효율적(效率的)이라고 알려진 설계공간법(設計空間法)에 의해서 부재응력근사화(部材應力近似化)를 하므로서 비선형최적화문제(非線形最適化問題)가 선형계획문제(線形計劃問題)로 변환(變換)되어 해(解)를 효율적(效率的)으로 구할 수 있고 또한 감도해석(感度解析)을 위한 구조해석수(構造解析數)를 줄일 수 있다. 목적함수(目的凾數)는 구조물(構造物)의 중량(重量)이 최소(最小)가 되도록 중량함수(重量凾數)를 택하였다. 제약조건식(制約條件式)으로는 허용응력(許容應力), 좌굴응력(挫屈應力), 변위제약(變位制約) 및 설계변수(設計變數) 상하한치제약(上下限値制約)을 부과(附課)하였고 다(多) 재하조건(載荷條件)을 고려(考慮)하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 제(第)2단계(段階)(Level 2)에서는 설계변수(設計變數) 및 조정변수(調整變數)를 절점좌표(節點座標)로 하고 목적함수(目的凾數)로는 중량함수(重量凾數)로 하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 절점좌표(節點座標)만을 설계변수(設計變數)로 하므로서 무제약최적화문제(無制約最適化問題)로 형성(形成)되므로 최적화(最適化) 과정(過程)이 용이(容易)하다. 본(本) 연구(研究)의 제(第)1단계(段階)에서는 부재응력(部材應力)을 근사화(近似化)하여 단면(斷面)을 최적화(最適化)하고 제(第)2단계(段階)에서는 형상(形狀)만 최적화(最適化)하는 분할기법(分割技法)을 트러스구조물(構造物)에 적용(適用)한 결과 본(本) 연구(研究)는 트러스구조물(構造物)의 형태(形態), 제약조건식(制約條件式)에 구애받지 않고 최적해(最適解)에 부재응력근사화(部材應力近似化)로 인하여 효율적(效率的)으로 수렴(收斂)하였고 또한 타(他)의 연구(研究)와 거의 동일(同一)한 연구(研究) 결과(結果)를 얻었으며 형상최적화(形狀最適化)로 트러스구조물(構造物)의 중량(重量)을 5.4% - 15.4% 까지 감소(減少)시켰다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권3호
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• pp.133-149
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• 2021

본 논문은 터널 굴착 시 굴착면의 안정성 확보를 위해 매우 활발히 적용되고 있는 강관보강 그라우팅의 거동 메커니즘을 실제 현장의 계측결과를 이용하여 연구한 결과를 수록하였다. 계측방법은 12 m의 강관에 형상변위계와 변형률계를 부착하여 실제 터널면에 보강을 시행한 다음 강관의 변형과 응력의 계측값을 분석하여 거동 특성을 파악하였으며, 6 m마다 강관이 중첩되는 것을 고려하여 7 m 굴착 시까지의 계측결과를 활용하였다. 또한, 허용응력이 다른 강관(SGT275와 SGT550)을 적용하여 강도차이에 따른 강관 보강재의 거동 특성도 확인하였다. 굴착면에 강관을 설치하고 최초 1 m 굴착 후 다음 굴착이 진행되기 전까지 7시간 동안의 강관 거동을 분석한 결과 굴착 이완하중에 따른 아칭효과로 응력이 재분배되는 거동 특성을 확인할 수 있었다. 1 m씩 굴착됨에 따라 3차원적인 이완하중의 응력분배로 인해 굴착된 구간은 4~6 m 굴착 시 가장 큰 변형을 나타내었다. 이러한 계측을 통해 굴착 전방지반의 설치된 강관에도 변형과 응력이 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, SGT275강관(항복강도 275 MPa)과 SGT550강관(항복강도 550 MPa)의 거동을 비교한 결과 변형량의 차이는 최대 18배, 응력은 최대 12배 정도 차이가 발생되어 강도가 큰 강관일수록 이완하중에 대응이 유리한 것으로 나타났다. 본 논문에서는 실제 터널 굴착에 따른 강관의 계측결과를 이용하여 이완하중의 아칭효과에 대응하는 강관 보강 그라우팅의 거동 메커니즘을 확인할 수 있었고, 그 결과를 본 논문에 수록하였다.