• 한국지반공학회논문집
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• 제24권12호
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• pp.5-12
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• 2008

지반의 지지력을 증가시키는 보강토공법은 일반적으로 산악지대에서 시행되는 건설공사에 쓰여지는데, 보강토 옹벽의 높이가 일반 평지의 성토구조물보다 상당히 높아지며, 성토도로의 시공이나 고속철도 등과 같은 높은 상재하중을 지지하여야 할 경우에는 지반강성을 크게 향상시킬 수 있는 공법의 적용이 요구된다. 또한, 절토공사 현장의 환경문제 및 대지경계 등의 이유로 원지반의 절취량을 최소화 할 수 있는 공법이 지속적으로 요구되고 있으며, 이를 만족하기 위한 많은 공법들이 개발되고 있는 실정이다. 그러나, 일반적인 보강토 옹벽의 경우 옹벽 높이의 $60{\sim}80%$정도에 해당되는 보강재 길이가 요구되어 절토현장에 적용하는데 어려움이 있다. 또한, 근래에 들어 용지경계 확보와 성토구조물의 안정성 확보 등 제한적인 범위에서 적용되던 보강토 옹벽공법이 추가 보강재를 병행, 사용함으로써 절토공사 현장에도 점차 적용되는 사례가 증가하고 있다. 본 연구에서는 보강토 옹벽의 보강재 길이를 줄이는 대선에 쏘일네일링 공법과 같은 사면보강공과 연결하여 충분한 저항력을 확보할 수 있도록 쏘일네일과 강재스트립으로 보강된 복합보 강토옹벽 시스템의 설계 및 시공사례를 소개하고 실제 현장에서 측정된 계측자료를 통해 복합보강토옹벽 시스템의 적용 가능성을 검토하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권11호
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• pp.55-64
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• 2006

터널과 같은 지하 공동 굴착을 위한 발파로 주변에 손상이 발생하였을 경우, 암반의 역학적 및 수리적 불안정성을 유발하기 때문에 암반의 최종손상영역의 예측은 매우 중요하다 그러나 복잡한 발파거동으로 인해 손상영역을 적절히 예측하는 데에는 상당한 어려움이 따르고 있다. 이러한 어려움을 효과적으로 해결하기 위해 발파하중을 응력파와 가스압으로 분리한 많은 연구가 진행되었다. 응력파는 발파공 주위에 분쇄환(crushing annulus)과 파쇄균열대(fracture zone)를 형성시키며, 상당시간 지속되는 준정적인 가스는 파쇄균열대의 닫힌 균열내부에 침투하여 균열을 다시 진행시키는 역할을 하게 된다. 즉, 가스압은 최종적으로 암반에 손상을 가하는데 기여를 한다. 따라서 본 논문은 이러한 가스압에 의해 생성되는 균열의 최종 진행 길이를 예측함으로써 발파로 인한 최종 손상영역을 간단하게 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 이를 위해 균질한 무한 탄성평면에서 발파공 주위에 대칭으로 형성되는 방사균열을 모델로 사용하였다. 이 모델에서 균열이 진행할 수 있는 조건과 가스의 질량이 일정하다는 두 가지 조건을 사용하였다. 그 결과 응력확대계수는 균열이 진행할수록 감소하여 최종균열의 길이를 산정하였으며, 또한 발파공에 작용하는 압력도 감소하는 것을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권12호
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• pp.61-73
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• 2007

본 논문에서는 국내 하중저항계수설계법 개발의 일환으로 구조물기초설계기준에 적용된 항타강관말뚝의 두 정역학적 지지력공식에 대하여 대표적인 신뢰성분석기법인 일차신뢰도법(FORM)과 몬테카를로 시뮬레이션(MCS)을 이용한 강도 높은 신뢰성해석을 수행하고 그 신뢰성수준을 평가하였다. 두 정역학설계법에 대한 저항편향계수는 대표 측정지지력과 설계지지력을 비교함으로써 평가하였다. 국내 정재하시험 및 지반조사 자료를 수집하여 말뚝의 측정 극한지지력을 결정하였고, 정역학적 지지력공식과 Meyerhof 경험식을 이용하여 설계 극한지지력을 산정하였다. 정확하고 효율적인 신뢰성평가를 위해 일차신뢰도법 및 몬테카를로 시뮬레이션 기반의 컴퓨터 프로그램을 개발하였다. 저항편향계수의 통계치를 이용하여 명시적 형태의 간편법인 평균일계이차모멘트법(MVFOSM)과 개선된 방법인 일차신뢰도법 및 몬테카를로 시뮬레이션에 의한 신뢰성해석을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 또한 신뢰성 분석에 대한 주요 확률변수의 영향정도와 민감도를 파악하기 위하여 매개변수연구를 수행하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권3A호
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• pp.193-200
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• 2010

구조물을 설계함에 있어서 작용하중, 재료특성 및 제작오차 등의 불확실성을 고려하여 안전성을 확보함과 동시에 경제적 효율성을 고려해야 한다. 이에 대한 가장 합리적인 해결방안으로서, 불확실성과 경제성을 동시에 고려하는 시스템 신뢰도 기반 최적설계 분야에 대한 관심이 증대되었으며 이를 구조물 설계에 적용하기 위한 많은 시도가 이루어졌다. 기존의 확정론적 최적설계와는 다르게 시스템 신뢰도 기반 최적설계는 요소 확률구속조건 및 시스템 확률구속조건에 대한 평가를 수행해야 한다. 하지만, 요소 신뢰도 지수 및 시스템 신뢰도 지수를 매 확률구속조건을 평가할 때마다 산정해야 하므로 대형구조해석이 필요한 경우에는 과도한 계산시간이 요구된다. 따라서, 대형구조해석을 필요로 하는 경우에 대하여 보다 효율적인 SRBDO 알고리즘 개발이 필요하다고 할 수 있다. 이 연구에서는 성능치 접근법을 이용하여 보다 더 안정적이고 효율적인 시스템 신뢰도 기반 최적설계 알고리즘을 제안하였다. 신뢰도 기반 최적설계에 효과적으로 적용된 성능치 접근법은 직접적으로 신뢰도 지수 및 파괴확률을 산정할 수 없어 시스템 신뢰도 기반 최적설계에는 적용할 수 없는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 시스템 신뢰도 기반 최적설계 알고리즘을 요소 신뢰도 해석만을 수행하는 신뢰도 기반 최적설계 부분과 시스템 신뢰도 해석만을 수행하는 신뢰도 기반 최적설계 부분으로 나누어, 요소 신뢰도 해석만을 수행하는 신뢰도 기반 최적설계에 성능치 접근법을 적용하였다. 시스템 신뢰도 지수가 목표 시스템 신뢰도 지수를 만족할 때까지 각 요소 한계상태에 대한 목표 신뢰도 지수를 변경하면서 신뢰도 기반 최적설계를 수행하였다. 수학적 문제 및 트러스 문제에 대하여 제안된 방법을 적용한 결과, 수렴성 및 효율성 측면에서 우수한 성능을 보여줌을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권4C호
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• pp.205-212
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• 2008

본 연구에서는 암반의 풍화상태가 암반에 근입된 현장타설콘크리트 말뚝의 주면지지력에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 먼저 총 4부지의 풍화된 화강암/편마암 지역에 시공된 현장타설말뚝 14본(직경 400~1500 mm)에 대한 축방향 정재하시험 및 하중전이 계측결과, 그리고 대상암반에 대한 엄밀한 지반조사 결과를 포함하는 데이터베이스를 구축하고, 암반 주면부의 거동과 암반물성치의 상관관계를 분석하였다. 풍화암/연암에 근입된 대상말뚝의 경우 주면지지력과 신선암편의 일축압축강도와의 상관관계 분석 결과 일관적인 상관성을 찾을 수 없었다. 그러나 Hoek-Brown 파괴규준을 이용해 추정한 암반강도는 주면지지력과 좋은 상관관계를 가지는 것으로 나타났다. 암반의 풍화 및 절리상태를 대변한다고 판단되는 암반물성치(e.g. $E_m$, $E_{ur}$, $p_{lm}$, RMR, RQD, j)들과 주면지지력의 상관성 분석을 통해 얻은 최적회귀곡선의 상관계수 또한 대부분의 경우 0.75 이상으로 좋은 상관성을 가지는 것으로 나타났다. 추가적으로, 본 연구의 결과를 이용하여 기존의 주면지지력 추정방법의 풍화암/연암에의 적용성을 재하시험결과와의 비교를 통해 고찰하였다. 암반상태를 고려한 기존의 주면지지력 추정방법은 각각 암체계수(j) 0.15 이상, RQD 60 이상의 비교적 상태가 양호한 암반에 대해서만 제안되어 있으므로, 암체계수 0.15 이하, RQD 0~50인 연암 및 풍화암에 대한 본 연구의 결과를 이용하여 암반상태가 불량한 암반까지 이들 방법의 적용성을 보완 및 확장하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권1호
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• pp.71-77
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• 2023

지속적인 산업 발전에 따라 천연자원 고갈, 폐기물 발생 뿐만 아니라 다양한 기상이변 현상 발생이 빈번해지고 있다. 기후위기 극복과 자원절약을 위해 산업부산물을 재활용하기 위한 노력이 계속되고 있다. 슬래그는 철강산업에서 발생하는 대표적인 부산물로 밀도가 크고 강성이 높은 특징에 따라 아스팔트 콘크리트용 재료로 활용시 강도 증진, 변형 감소를 가져와 소성변형 저항성과 수분 저항성을 향상시키는 특징이 있다. 반면 팽창 특성을 갖고 있어 성토재, 매립재 등 비교적 저부가가치용 재료로 활용되고 있다. 슬래그 재료의 적용처 확대를 위해 슬래그 아스팔트 콘크리트 포장의 균열 저항성 평가 실험을 수행하였다. 간접인장강도 시험결과 슬래그 골재를 사용한 아스팔트 혼합물은 동일 입도의 일반 혼합물 대비 1.13배 이상 높은 값을 보이고 터프니스 또한 1.17대 높아 균열저항성이 향상되는 것으로 나타났다. 또한, 4점 빔 피로 실험과 슬래그 아스팔트 혼합물의 파괴횟수가 20,409회로 일반 혼합물 대비 2배 이상 증가하였으며 Overlay Test 결과 인장하중 잔류율이 4배 이상 높은 값을보여 반복적인 피로에 대한 균열 저항성도 향상되는 것을 알 수 있었다. 이에 따라 슬래그 골재의 사용은 아스팔트 콘크리트 포장의 성능 향상에 다양한 이점이 될 수 있을 것으로 평가된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권6A호
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• pp.965-976
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• 2006

지진하중에 대한 구조물의 생애주기비용 최적설계나 성능개선을 위해서는 생애주기 지진신뢰성해석에 기초한 접근이 불가피하다. 최근 몇몇 연구자들이 생애주기비용에 기초한 구조물의 내진설계 및 성능개선을 위한 방법론은 제안하여 왔지만, 대부분의 연구가 생애주기비용 산정을 위한 방법론 개발에 중점을 둔 연구이다. 따라서 대부분의 기존연구에서는 열화하는 구조물의 생애주기 지진신뢰성해석에 있어서 내진보강, 유지관리, 그리고 환경적 열화와 같은 주요한 인자들을 고려하지 못한 것이 사실이다. 이에 본 연구에서는 교량의 체계적인 생애주기 지진신뢰성해석 방법론을 제안하였고, 교량의 지진신뢰성해석을 위한 프로그램인 HPYER-DRAIN2DX-DS를 개발하였다. 개발된 프로그램은 내진보강이나 유지전략의 적용유무에 따른 예제교량의 생애주기 지진신뢰성해석 문제에 적용되었으며, 이를 통해 프로그램의 적용성을 검토해 보았다. 적용 예를 통해 본 연구에서 개발된 HPYER-DRAIN2DX-DS는 지진에 대한 교량의 생애주기비용 최적설계, 내진보강 및 유지관리에 있어 서 매우 유용한 도구로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5A호
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• pp.849-859
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• 2006

본 연구에서는 벤치마크 사장교를 이용해 다양한 불확실성에 대해서 복합시스템에 사용된 ${\mu}$-제어기의 강인성 해석을 수행하였다. 복합 시스템에 추가적으로 사용된 능동제어 장치로 인하여 전체 시스템의 강인성이 저하되거나 불안정성이 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 복합 시스템의 강인성을 향상 시키기 위해 기본적으로 신뢰성이 확보되는 수동장치와 함께 불확실성을 포함한 시스템의 성능과 안정성(강인성능)을 보장하는 ${\mu}$-합성법을 능동제어 장치에 사용하였다. 교량상판에 추가적인 질량, 구조물 강성행렬에 대한 섭동, 능동제어 장치의 시간지연, 그리고 이들의 조합을 이용하여 ${\mu}$-합성법의 강인성을 조사하였다. 수치해석 결과 다양한 불확실성에 대해 제안된 시스템은 제어성능의 저하 없이 뛰어난 강인성을 보여 주었다. 또한 제어시스템의 강인성은 다른 불확실성에 비해 구조물의 강성행렬 섭동에 더 큰 영향을 받는다. 따라서 ${\mu}$-합성법으로 제어되는 복합 시스템은 불확실성이 많은 지진하중을 받는 사장교에 개선된 제어기법으로 제안될 수 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권4A호
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• pp.281-290
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• 2009

혼합구조체의 강-콘크리트 경계면은 하중이 증가함에 따라 합성작용 저하, 미세균열, 슬립 및 분리 등으로 비선형 거동을 나타내어 부분합성에 적합한 해석기법이 필요하다. 스터드의 상세해석을 통하여 이를 실현할 수 있으나 이는 해석 결과의 실효성에 비해 시간과 비용이 많이 투입되기 때문에 본 연구에서는 접합부의 경계비선형과 강-콘크리트의 재료비선형을 고려하여 더욱 정확한 강 콘크리트 혼합구조 해석기법을 제안하였다. 접합부의 경계면의 비선형성은 인터페이스 요소를 이용하여 모델링한다. 이를 위해 먼저 경계면의 비선형 거동 물성치를 산정하여야 한다. 경계면의 물성은 push-out test 등을 통하여 얻을 수 있는데 이는 기존에 연구되었던 실험결과를 이용하였다. 강과 콘크리트의 재료비선형을 고려하기 위해 콘크리트의 압축부는 Drucker-Prager 모델을 이용하고, 강재는 von-Mises 모델과 2개의 직선으로 이상화한 응력-변형률 관계를 적용하였다. 해석의 검증을 위해 프리스트레스트 콘크리트-강 혼합구조를 갖는 혼합거더의 정적 휨 거동에 관해 해석하여 기존의 실험결과와 비교하였다. 제안된 혼합구조 해석 기법을 이용하여 경계면의 비선형 모델을 변화시켜가면서 해석을 수행하여 강-콘크리트 혼합구조체의 거동을 분석하였다. 이후 경계면의 선형 해석방법과 완전부착을 가정하는 해석방법의 결과와 비교 분석하여 제안한 비선형 해석기법의 타당성을 검증하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제28권3호
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• pp.66-73
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• 2024

사장교에서 케이블 부재는 하중을 전달하는 가장 중요한 부재 중 하나이다. 따라서 사장교의 구조적 상태 및 안정성을 평가하기 위해서는 케이블의 상태를 파악하기 위해 지속적인 모니터링을 수행하는 것이 중요하다. 이러한 모니터링 시스템은 케이블에 부착된 가속도계를 통해 진동을 측정하고 이를 토대로 케이블 장력과 감쇠비를 추정하고, 이를 토대로 케이블의 상태 평가의 기초자료로 활용한다. 이러한 상시 모니터링 시스템은 지속적으로 진동 데이터를 측정하기 때문에 데이터 수집 시스템을 포함한 하드웨어가 안정적이고 전력 효율성이 높아야 한다. 또한 지속적으로 생성되는 대량의 진동 신호들을 사람의 개입을 최소화하며 안정적으로 분석할 수 있는 자율모니터링 시스템이 요구된다. 본 연구에서는 IoT를 활용한 도메인 지식 기반 자율 모니터링 시스템을 개발하였다. 케이블 자율 모니터링 시스템을 구현하기 위한 가장 중요한 요소는 케이블의 장력과 감쇠비의 추정을 위한 진동 신호의 주파수 영역 내 발생하는 첨두의 자동 추정이다. 본 연구에서는 도메인 지식 기반 첨두 자동 추정 알고리즘을 데이터 수집 및 On-Board Processing이 가능한 IoT 시스템에 내장하여 IoT 센서 단에서 Edge computing이 가능한 효율적인 IoT 자율 모니터링 시스템을 구현하였다. 개발된 자율 모니터링 시스템을 국내 사장교에 설치하여 장기간 현장 운영 성능을 평가하였으며, 그 결과 장기 데이터 수신률, 장력 추정의 정확성, 효율성 측면에서 기존 시스템과 비교하여 작동 성능을 확인하고 검증하였다.