• 한국전산구조공학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.251-260
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• 2003

원형단면의 깊은 테이퍼봉과 보의 진동수와 모드형상을 결정하는 3차원 해석방법이 제시되었다. 수학적으로 1차원인 전통적인 봉과 보이론과는 달리, 본 연구에서는 3차원 동탄성방정식을 근간으로 하였다. 반경방향(r), 원주방향(θ), 축방향(z)으로의 변위성분인 u/sup r/, u/sub θ/, u/sub z/를 시간에 대해서는 정현적으로, θ에 대해서는 주기적으로, r과 z방향으로는 다수다항식의 형태로 표현하였다. 봉과 보의 위치(변형률)에너지와 운동에너지를 정식화하고, 고유치문제를 해결하기 위해 Ritz법을 사용하였으며, 진동수의 최소화과정을 통해 엄밀해의 상위경계치의 진동수를 구하였다. 이때 다항식의 차수를 증가시키면 진동수는 엄밀해에 수렴하게 된다. 봉과 보의 하위 5개의 진동수에 대해서 유효숫자 4자리까지의 수렴성 연구가 이루어졌다. 축방향으로 1차 직선적, 2차 및 3차 곡선으로 테이퍼된 9가지 형상의 봉과 보의 수치결과를 3차원 이론을 이용하여 최초로 계산하였다. 또한 선형 테이퍼 보의 예를 통해 3차원 Ritz법과 고전적인 1차원 Euler-Bernoulli 보이론과의 비교가 이루어졌다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.167-178
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• 2003

발파설계가 터널 굴착 시 암반손상 및 여굴에 미치는 영향을 분석하고 암반손상 및 여굴이 터널 안정성에 미치는 영향을 분석함으로서 발파설계가 터널 지보설계에 미치는 영향을 연구하였다. 도로터널의 일반적인 발파패턴에 대해 동적발파 수치해석을 시행하고 연속체 손상역학(continuum damage mechanics)의 손상변수(damage variable)를 이용하여 여굴과 암반손상 정도를 분석함으로서 터널 굴착면 주위의 암반손상 정도와 영역을 구분하였다. 또한 발파하중 같은 동적하중이 암반내를 전파할 때 변화하는 암반의 동적파괴기준에 대한 연구를 수행하였다. 발파 암반손상 영향을 터널 안정성 해석에 반영하기 위하여 손상된 암반강성과 파괴기준을 적용하였다. 손상된 암반강성은 손상역학의 강도감소 모델을 이용하여 감소시켰다. 손상된 암반의 파괴기준은 암반강성과 지질강도지수의 관계식에서 도출한 손상된 지질강도지수(GSI$GSI_d$)를 적용함으로서 산출한 수정 Hoek-Brown 파괴기준을 적용하였다. 암반손상을 고려하여 터널안정성을 해석한 결과, 암반손상을 고려하지 않는 경우와 비교하여 소성영역 범위가 확대되고 변위량이 증가하였다. 이는 발파암반손상을 고려하지 않고 터널설계를 하는 경우 단기적 혹은 장기적으로 터널안정성이 위협받을 수 있음을 나타내었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제17권2호
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• pp.119-129
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• 2004

3차원 해석법을 이용하여 반경방향으로 비선형적 두께 변분을 가진 두꺼운 원형판과 환형판의 고유진동수를 결정하였다. 수학적으로 2차원적인 전통적 판 이론과는 달리 본 연구에서는 3차원적 등 탄성방정식을 근간으로 하였다. 반경방향, 두께방향, 원주방향으로의 변위 성분인 u/sub s/, u/sub z/, u/sub θ/를 시간에 대해서는 정현적으로, θ에 대해서는 주기적으로, s와 z방향으로는 대수 다항식의 형태로 취하였다. 판의 위치(변형률) 에너지와 운동 에너지를 정식화하고, 리츠법을 이용하여 고유치 문제를 해결하였으며, 진동수의 최소화과정을 통해 엄밀해에 대해서 상위경계치의 진동수를 구하였다. 다항식의 차수를 증가시키면 진동수는 엄밀해에 수렴하게 된다. 판의 최하위 5개의 진동수에 대한 유효숫자 4자리까지의 수렴성 연구가 이루어졌다. 수치결과로 두께가 일정하거나, 선형적 또는 2차 곡선적 변분을 갖는 자유경계의 두꺼운 원형판과 환형판의 무차원 진동수를 제공하였다. 또한 이미 발표된 2차원적인 박판이론에 의한 결과와 본 연구의 3차원 해석에 의한 결과를 서로 비교하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.126-134
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• 2020

유체 저장 구조물은 지진 시 유체의 출렁임에 의해 동수압이 발생한다. 이 때, 유체의 동수압은 지진의 강도뿐만 아니라 유체 자유수면의 출렁임 높이(sloshing height)에 의해서도 변화한다. 이러한 하중 변화에 영향을 미치는 인자로는 지진파의 형상, 최대지진강도, 유체 저장구조물의 크기, 구조물의 폭, 유체의 높이 등이 있으며, 본 연구에서는 유체높이와 구조물 폭의 비가 유체의 출렁임 특성에 미치는 영향을 규명하고자 한다. 이를 위하여 구조물의 폭이 500mm인 수조에 구조물의 전체 높이 대비 50%인 200mm와 35%인 140mm의 유체를 담아 실지진파를 적용시켜 유체 자유수면의 출렁임 높이를 측정하였다. 또한 수치해석기법 중 하나인 SPH기법을 통하여 실험과 해석의 유사성을 검증하였다. 실험과 해석의 비교를 통하여 유체의 자유 수면이 유사한 형상을 나타냄을 확인하였으며, 이를 바탕으로 SPH기법을 적용하여 유체높이와 구조물 폭의 비를 다양하게 변화시키면서 유체 자유수면의 출렁임 형상을 분석하였다. 이상의 결과를 바탕으로 지진시 유체 자유수면의 최대 높이 및 최소높이를 예측할 수 있는 식을 제안하였으며, 제안식에 의해 예측된 유체 자유수면의 최대 높이 및 최소 높이의 오차는 최대 3% 이내임을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.33-46
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• 2007

HWAW 기법은 체적파 영향이 포함된 표면파를 이용하는 지표면 지반조사 기법이다. 짧은 감지기 간격을 이용하여 지반의 전단파 속도 주상도를 도출할 수 있으므로 지반 강성의 2차원 영상을 도출하는데 장점이 있다. 경사지반에 대한 HWAW 기법의 신뢰성을 수치해석을 통해 검증한 바 있으나 실제 현장에서는 지반의 정확한 전단파 속도 분포를 알 수 없으므로 기법의 실제 현장에서의 신뢰성은 검증하기가 매우 어렵다. 따라서 본 연구에서는 HWAW 기법의 현장 검증을 효율적으로 수행하고자 대상지반 지층의 구조적 형상 및 전단파 속도 분포를 알 수 있는 실대형 모형부지를 조성하였다. 모형부지의 구조적 형상은 모형부지 조성 과정 중에 측량을 통하여 확인하였으며 동적물성치는 성토 과정 중 모형부지 내에 매설된 다수의 속도계를 이용하여 획득하였다. 이렇게 획득한 모형부지의 층상구조 및 전단파 속도 분포를 바탕으로 부지의 2차원 기준 값을 결정하였으며 HWAW기법 검증 및 기타 탄성파 탐사들의 비교연구를 수행하였다. 이를 통해 HWAW기법이 다른 탄성파 탐사 기법에 비하여 현장 지반의 2차원 전단파 속도 분포를 신뢰성 있게 도출함을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.71-80
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• 2013

설계를 위한 교량의 해석모델은 구조물의 안전성을 확보하기 위해 자중 및 외부하중은 되도록 크게, 구조물의 강성은 되도록 작게 평가하는 것이 일반적이다. 때문에 설계모델을 이용한 버페팅 응답은 실제 공용교량의 버페팅 응답과 차이를 나타낸다. 공용교량의 버페팅 응답을 정확하게 예측하기 위해서는 공용교량의 동적특성을 계측하여 해석모델이 계측값을 반영하도록 수정하여야 한다. 일반적으로, 실제교량과 동일한 고유진동수를 갖는 MBM(Measurement -based Model)을 구축하기 위해 설계모델의 다양한 물성치를 파라미터로 조정하며 계측된 고유진동수와 일치시키는 MTM(Manual Tuning Method)이 사용되고 있다. MTM은 파라미터의 초기치 설정에 따른 임의성이 높고 여러 수렴점을 가질 수 있어 분석에 상당한 노력이 소요된다. 본 연구는 버페팅해석에 널리 적용되고 있는 단일모드 주파수영역 해석법이 구조물의 모드형상, 고유진동수 및 감쇠비의 동적특성만을 이용하는 점에 착안하여 MTM과정 없이 설계모델의 버페팅 응답을 공용교량의 버페팅 응답으로 보정하는 BRCM(Buffeting Response Correction Method)을 제안하였다. BRCM은 설계모델의 모드형상 별 버페팅 응답을 공용교량의 고유진동수만으로 보정하는 방법이다. 공용교량의 고유진동수는 상시진동에 의한 계측 가속도로부터 산정하였다. BRCM의 적용성을 단순보 모델의 시간이력 버페팅해석을 수행하여 수치적으로 평가하였으며 공용교량모델을 이용한 버페팅해석결과, BRCM과 MTM의 응답 차이는 3% 이하로 나타났다. 공용교량의 실시간 계측시스템에 BRCM을 도입할 경우 사장교의 유지관리 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한조선학회지
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• 제27권2호
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• pp.63-77
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• 1990

자동차운반선(自動車運搬船)에 있어서 주기관(主機關), 프로펠러, 파랑(波浪) 등의 기진력은 갑판-차량연성계(甲板-車輛聯成系)에 매우 예민한 동적거동(動的擧動)을 유발시키고 있다. 갑판-차량연성계(甲板-車輛聯成系)에 대해서 자유진동(自由振動) 및 동적응답(動的應答)의 포괄적 해석(解析)뿐 아니라 설계변경(設計變更) 또는 진동특성(振動特性)의 최적화(最適化)를 위해 재해석(再解析)이 요구되는 경우가 많음으로 부분계(部分系)의 진동특성(振動特性)을 합성(合成)하는 방법(方法)이 추구되고 있다. 이와 같은 방법은 재해석(再解析)시 변경(變更)된 부가계(附加系)의 진동특성(振動特性)만 재계산(再計算)하고 나머지 부분계(部分系)에 대한 것들은 그대로 다시 이용할 수 있어 매우 효율적이다. 갑판-차량연성계(甲板-車輛聯成系)에 대해 갑판(甲板)은 직사각형보강판(直四角形補剛板), 필러는 지지(支持)스프링, 거어더 또는 웨브는 Euler보, 적재차량(積載車輛)은 2점지지(點支持) damped spring-mass system으로 간주하고 receptance방법에 의해 복합적(複合的) 구조계(構造系)의 자유진동(自由振動)을 해석(解析)하는 방법(方法) 및 두가지 효율적 계산운용방법(計算運用方法)을 제시하고, 또 receptance개념에 준하는 support displacement transfer ratio를 정의하고 이를 이용해서 갑판주연(甲板周緣)의 변위기진(變位起振)에 대한 동적응답(動的應答)을 해석(解析)하는 방법(方法)을 제시하였다. 본 논문에서 제시한 방법의 정도(精度) 및 계산효율(計算效率)의 탁월성은 일련의 수치계산예(數値計算例) 및 실험(實驗)에 의해 확인되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.1907-1914
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• 2013

터널 내부의 지열을 활용하여 지열 냉난방 시스템 가동에 필요한 열에너지를 얻을 수 있는 텍스타일 형태의 지중열교환기(에너지 텍스타일)를 충남 서천군 일대의 철도 폐터널 벽면에 시험 시공하였다. 현장에 설치된 에너지 텍스타일의 성능을 평가하기 위해 냉방 운영과 난방 운영에 대한 일일 냉난방 모사 시험을 수행하였다. 일일 냉난방 모사 시험을 진행하는 동안 터널 벽면에 설치된 지중 열교환기로 유입/유출되는 순환수의 온도, 순환 유량, 터널 벽면 내부 지반의 온도, 터널 내부의 온도를 지속적으로 측정하였다. 시험을 통해 현장에 설치된 에너지 텍스타일은 난방가동에서 에너지 텍스타일 유닛당 57.6~143.5 W의 열교환률을 보였고 냉방가동에서는 362.3~558.4 W의 열교환률을 보였다. 또한, 시험결과로부터 터널에 설치된 지중열교환기의 열교환 성능은 터널 내부 기온의 변화에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한, 전산유체 수치해석을 통하여 터널 내부 기온 변화를 고려한 현장 시험을 모사하여 적용된 수치해석 모델을 검증하였다. 검증된 수치해석 모델을 이용하여 콘크리트 라이닝 내부의 유도 배수재 설치 유무에 따른 에너지 텍스타일의 열적 거동에 대한 매개변수 연구를 수행하였다.

• Computers and Concrete
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• 제22권3호
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• pp.337-353
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• 2018

The present study focuses on examining the structural behaviour of steel-fibre-reinforced concrete (SFRC) beams under high rates of loading largely associated with impact problems. Fibres are added to the concrete mix to enhance ductility and energy absorption, which is important for impact-resistant design. A simple, yet practical non-linear finite-element analysis (NLFEA) model was used in the present study. Experimental static and impact tests were also carried out on beams spanning 1.3 meter with weights dropped from heights of 1.5 m and 2.5 m, respectively. The numerical model realistically describes the fully-brittle tensile behaviour of plain concrete as well as the contribution of steel fibres to the post-cracking response (the latter was allowed for by conveniently adjusting the constitutive relations for plain concrete, mainly in uniaxial tension). Suitable material relations (describing compression, tension and shear) were selected for SFRC and incorporated into ABAQUS software Brittle Cracking concrete model. A more complex model (i.e., the Damaged Plasticity concrete model in ABAQUS) was also considered and it was found that the seemingly simple (but fundamental) Brittle Cracking model yielded reliable results. Published data obtained from drop-weight experimental tests on RC and SFRC beams indicates that there is an increase in the maximum load recorded (compared to the corresponding static one) and a reduction in the portion of the beam span reacting to the impact load. However, there is considerable scatter and the specimens were often tested to complete destruction and thus yielding post-failure characteristics of little design value and making it difficult to pinpoint the actual load-carrying capacity and identify the associated true ultimate limit state (ULS). To address this, dynamic NLFEA was employed and the impact load applied was reduced gradually and applied in pulses to pinpoint the actual failure point. Different case studies were considered covering impact loading responses at both the material and structural levels as well as comparisons between RC and SFRC specimens. Steel fibres were found to increase the load-carrying capacity and deformability by offering better control over the cracking process concrete undergoes and allowing the impact energy to be absorbed more effectively compared to conventional RC members. This is useful for impact-resistant design of SFRC beams.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권12호
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• pp.301-306
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• 2016

교량의 내하성능 추정 관련 연구에서 단순지지 조건의 충격계수 응답스펙트럼을 개발하고 이를 적용한 새로운 단순교의 내하력 평가 모델이 제안되었다. 본 논문에서는 충격계수 응답스펙트럼을 연속교에 적용하기 위해 연속지지 경간 중 내측 경간의 경계조건을 이상적인 양단 고정 경계조건으로 가정하고, 보의 동적 지배방정식을 이용하여 보 중앙에서의 이론적인 최대 통적 및 정적 연위 산출식과 이로부터 충격계수 이론식을 유도하였다. 이론식을 바탕으로 교량 경간 길이 및 감쇠비에 따른 양단지지 조건의 충격계수 응답스펙트럼을 개발하였다. 제안된 충격계수 응답스펙트럼의 적용성을 검증하기 실제공용 중인 연속교를 대상으로 수치해석을 수행하고 실측 데이터와 비교하였다. 해석은 실측 데이터와 동일하게 6경간 연속교에 차량 하중을 이동 재하 하였으며, 연속지지 내부 경간에서 동적응답을 측정하였다. 교량의 진동수는 가속도 응답을 고속퓨리에 변환(FFT)하여 얻었으며, 제안된 응답스펙트럼으로부터 교량의 경간-진동수를 적용하여 충격계수를 도출하였다. 제안된 모델에 의한 충격계수는 실측 충격계수 유사한 결과를 나타냈으며, 양단고정지지 교량의 진동수 기반 충격계수 응답스펙트럼을 이용한 방법은 실재 연속교에 적용 가능할 것으로 판단된다.