• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2006년도 춘계학술발표회 논문집(I)
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• pp.546-549
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• 2006

A series of seismic tests was carried out using piezoelectric elements called "bender elements". A pair of bender elements can be used as a source and a receiver respectively to measure dynamic properties of concrete. The most suitable bender elements were developed and implemented to measure P wave velocity changes due to the cracks of a concrete beam caused by bending.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.308-319
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• 2005

Piezo-ceramics are special materials which transform energy between mechanical and electrical forms. Bender-elements are composite materials consisting of thin piezo-ceramics and elastic shims, and are widely used as actuators and transducers in the field of electronics, robotics, autos and mechatronics utilizing the effectiveness of energy transformation capability. In geotechnical engineering, commercial bender-elements are used in laboratory as source and receiver in the measurements of soil stiffness. The elements were built by using various metal shims sandwiched between piezo-ceramics and coating over the composite in the research. A pair of elements were buried in a concrete block and used as source and receiver to measure the stiffness of the concrete. The test results were verified by comparing with the resonant column testing results. In a preliminary stage of the development of an in-situ seismic testing equipment using bender-elements for soft clay materials, shear waves were generated and measured by burying the elements in the barrel of kaolinite and water mixture. The measured shear wave signals were so distinct for the first-arrival pick that applicability of the elements in the field measurements is very promising.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권5호
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• pp.47-57
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• 2006

전단파는 흙 입자의 강성과 밀도에 연관된다. 흡 입자의 전단 강성은 물의 존재 여부에 영향을 받지 않는다. 벤더 엘리먼트는 흙과 트랜스듀서 간의 뛰어난 결합 효과를 보여 토질 시험 장치에 적용하기에 편리한 전단파 트랜스듀서이다. 본 논문은 전단파의 기본 원리를 살펴본 뒤, 전자기 커플링 방지, 지향성(directivity), 공진주파수, 초동 추정, 근접장 효과 등을 포함하여 벤더 엘리먼트의 설계와 설치에 대하여 다루었다. 전해질 용액 속에서의 전기적 간섭(cross-talk)현상은 병렬 타입의 벤더 엘리먼트를 사용함으로써 최소화할 수 있다. 캔틸레버 보 형식의 벤더 엘리먼트는 전단파의 지향성은 원형에 가깝게 나타났다. 벤더 엘리먼트의 공진주파수는 벤더 엘리먼트 자체의 특성, 흡의강성 및 엥커 특성에 의존적인 것으로 나타났다. 벤더 엘리멘트 시험에서 가장 어려운 부분 중의 하나는 전단파의 도착시간에 영향을 주는 근접장 효과이다. 근접장 내에서 전단파의 도착시간 산정은 다중반사법(multiple reflection method)과 signal matching 기술을 적용하여 해결할 수 있다. 여러 가지 고려사항이 요구되는 벤더 엘리먼트는 전단파를 이용한 지반 동적 특성 파악에 매우 효과적인 방법이 될 수 있을 것이다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회
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• pp.1110-1116
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• 2010

Void ratios are one of the key parameters for exact calculation of settlement of soft groundse. In the study, shear wave velocities of a soft ground were used to measure the field void ratio using bender elements sensors. The bender-element probes were installed in situ at the depths of 3, 5 and 8m on a pre-loading site near Incheon, Korea. During 90 days after installation, the changes of shear wave velocity and ground surface settlement were measured. The field void ratio was estimated from measured shear wave velocities. The void ratio estimated by the shear wave velocity measured by bender elements agrees well with the measured values in the field.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2006년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.161-170
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• 2006

Bender elements, composed of thin piezo-ceramics and elastic shims, have been used to measure shear wave velocities of specimens in laboratories. In a preliminary stage of their field applications, an in-house research of optimizing suitable bender elements and geometrical arrangement has been carried out in a barrel of kaolinite-water mixture. Two types of measurement configuration, similar to cross-hole and in-hole seismic testing, has been implemented. A pair of prototype instrumented rods was penetrated into a soft clay layer in the west coast and excellent shear waves were recorded. Development of penetration device(mandrel) and associated instrumented rods are in progress for deeper investigation.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권11호
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• pp.37-45
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• 2006

1970년대 중반부터 bender elements를 이용하여 흙 공시체의 전단파 속도를 측정하는 기술이 발전되어 왔다. 얇은 피에조 세라믹판과 탄성 매질을 겹쳐서 만든 bender elements는 삼축입축시험장치의 저판(base)와 top cap에 설치하여 액츄에이터와 트랜스듀스로 각각 사용하여 공시체의 전단파 속도를 측정하고 있다. bender elements를 현장에 적용하는 예비 단계로, 최적의 벤더 제작과 기하학적 배치에 대한 연구를 실내 카올리나이트 토조에서 수행하였다. 이 예비시험에서 개발된 bender element를 사용하여 갯벌에서 크로스홀 방식과 인홀 방식으로 탄성파 시험을 수행하였다. 일련의 bender elements를 깊이 2m까지 삽입하여 현장시험의 적용성을 확인하였다. 추후 깊은 심도까지 삽입할 수 있는 맨드렐(mandrel)과 관입장치를 개발하여 연약지반의 탄성파 속도 측정 장치 개발을 완성하고자 한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.215-223
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• 2005

압전 소자는 전기적 에너지를 기계적 에너지로, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 물질이다. 피에조 세라믹판을 이용하여 탄성 매질을 겹쳐서 만든 벤더 엘리멘트는 전압을 가하면 변위가 발생하는 특성을 이용하여 액츄에이터로 사용할 수 있고, 반대로 변위가 생기면 전압이 발생하는 압전 현상을 이용하여 변위를 계측하는 트랜스듀서로 활용하여 탄성파 시험의 발진자와 수진기로 실내 시험에서 사용되고 있다. 벤더 엘리멘트를 이용한 탄성파 시험으로 토목재료로 많이 쓰이는 콘크리트의 강성을 측정하였고, 자유단 공진주 시험을 통하여 그 결과를 평가 하였다. 카올리나이트를 이용하여 연약지반을 모사하여 카올리나이트 슬러리의 압밀에 따른 강성 변화를 탄성파 시험을 이용하여 측정할 수 있다. 벤더 엘리멘트는 연약지반에서 전단파 계측에 탁월한 성능을 가지고 있으며, 장래에 연약지반 현장 계측에 사용될 가능성이 큰 것으로 입증되었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.705-710
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• 2010

Bender element is made of connecting two piezoelectric elements which have different polarities from each other, and is a kind of sensors which can be used either way as a source making elastic wave or a receiver. Elastic waves generated by stimulating the bender elements can be decomposed to P-wave and S-wave propagation. Numerical and expeimental studies are conducted, and results show that multiple measurements are recommended to determine wave arrivals from the received signals.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2008년도 추계 학술발표회
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• pp.1278-1284
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• 2008

This study carried out bender element tests in a calibration chamber in order to estimate the characteristics of soil specimen prepared in a calibration chamber. Basically, the purpose of bender element test is to measure the shear wave velocity. Bender element test cannot only confirm the status of soil specimen deposited in a chamber, but also estimate the consolidation process indirectly. In order to carry out bender element test in a calibration chamber, a pair of bender elements was installed inside the chamber, using the 'ㄷ' shaped frame. For the sandy soils having various relative densities in various stress conditions, the maximum shear modulus was estimated. From the comparison with bender element test results in a triaxial testing device, testing device and procedure was validated.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2008년도 춘계 학술발표회 초청강연 및 논문집
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• pp.119-126
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• 2008

Ground stiffness(shear wave velocity) is one of the key parameters in geotechnical earthquake engineering. An In-situ seismic technique has its own advantages and disadvantages over the others in stiffness measurements. By combining the crosshole and seismic cone techniques and utilizing favourable features of bender elements, a new hybrid probe has been developed in order to enhance data quality and easiness of testing. The basic structure of the probe, called "MudFork", is a fork composed of two blades, on each of which source and receiver bender elements were mounted respectively. To evaluate the disturbance caused by the penetration of the probe, shear wave velocity measurements were carried out in the Kaolinite slurry in the laboratory. Finally, the probe was penetrated in coastal mud near Incheon, Korea, using SPT(standard penetration test)rods pushed with a routine boring machine and shear wave velocity measurements were carried out. The results were verified with data from laboratory and cone testing. The performance of the probe turns out to be excellent in terms of data quality and testing convenience.