• Geomechanics and Engineering
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• 제25권3호
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• pp.207-219
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• 2021

Several additives are used to enhance the geotechnical properties (e.g., shear wave velocity, shear modulus) of soils to provide sustainable, economical and eco-friendly solutions in geotechnical and geo-environmental engineering. In this study, piezoelectric ring actuators are used to measure the shear wave velocity of unreinforced, fiber, cemented, and fiber reinforced cemented Toyoura sand. One dimensional oedometer tests are performed on medium dense specimens of Toyoura sand-cement-fiber-silica flour mixtures with different percentages of silica flour (0-42%), fiber and cement (e.g., 0-3%) additives. The experimental results indicate that behavior of the mixtures is significantly affected by the concentration of silica flour, fiber and cement additives. Results show that with the addition of 1-3% of PVA fibers, the shear wave velocity increases by only 1-3%. However, the addition of 1-4% of cement increases the shear wave velocity by 8-35%. 10.5-21% increase of silica flour reduces the shear wave velocity by 2-5% but adding 28-42% silica flour significantly reduces the shear wave velocity by 12-31%. In addition, the combined effect of cement and fibers was also found and with only 2% cement and 1% fiber, the shear wave velocity increase was found to be approximately 24% and with only 3% cement and 3% fibers this increased to 35%. The results from this study for the normalized shear modulus and normalized mean effective stress agree well with previous findings on pure Toyoura sand, Toyoura silty sand, fiber reinforced, fiber reinforced cemented Toyoura sand. Any variations are likely due to the difference in stress history (i.e., isotropic versus anisotropic consolidation) and the measurement method. In addition, these small discrepancies could be attributed to several other factors. The potential factors include the difference in specimen sizes, test devices, methods of analysis for the measurement of arrival time, the use of an appropriate Ko to convert the vertical stresses into mean effective stress, and sample preparation techniques. Lastly, it was investigated that there is a robust inverse relationship between α factor and 𝞫₀ exponent. It was found that less compressible soils exhibit higher 𝜶 factors and lower 𝞫₀ exponents.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권7호
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• pp.5-14
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• 2023

최근 국내·외에서 지진이 자주 발생하고 있다. 이러한 지진은 다양한 형태의 자연적 피해와 물리적 피해의 원인이 된다. 특히, 지반이 액체와 같은 거동을 보이는 액상화는 구조물에 큰 피해를 발생시킨다. 이에 다양한 액상화 피해 저감 공법들이 연구 및 개발되고 있다. 이에 본 연구에서는 시트파일 공법을 이용하여 기존 구조물에 적용 가능한 지진 시 액상화 피해 저감 공법에 대해 연구하였다. 1-G 진동대 실험을 수행하였고 주문진 표준사로 지반을 조성하였다. 상사 법칙을 적용하여 2층 규모의 모형 구조물을 제작하였고, 입력파는 가속도 수준 0.6g와 주파수 10Hz의 정현파를 적용하였다. 다양한 근입비에 따른 구조물 피해 저감 효과를 분석하였다. 연구 결과, 시트파일 공법을 적용하여 지반을 보강하였을 때의 구조물 침하가 지반 보강을 하지 않았을 때보다 약 71% 정도 감소하였으며, 최소 침하량을 보인 근입비는 "1"이었다. 그리고 근입비가 증가할수록 시트파일로 인해 지반 내 간극수압의 소산이 지연되는 경향을 보였다. 이러한 결과를 바탕으로 근입비에 따른 구조물 침하와의 관계를 그래프와 관계식으로 제안하였다. 본 연구 결과는 향후 기존 구조물에 적용 가능한 시트파일 공법을 개발하는데 있어 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.45-54
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• 2010

말뚝 구조물의 동적 거동을 분석하고 지진파에 대한 공진 안정성을 확보하기 위해서는 고유 진동수를 합리적으로 산정하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 간단한 질량 - 스프링 모델을 이용하여 지진 하중을 받는 말뚝 구조물의 고유 진동수를 간편하면서도 효율적으로 예측할 수 있는 방법을 모색하였다. 고유진동수 산정 결과에 큰 영향을 미치는 지반-말뚝 간 스프링 강성을 지반반력상수와 p-y 곡선 그리고 지반 탄성계수 등을 이용하여 결정하고, 이들을 이용하여 계산한 고유진동수를 1g 진동대 실험에서 계측한 고유진동수와 비교한 결과, 지반반력상수를 이용한 Reese(1974) 방법과 동적 p-y 중추 곡선을 이용한 Yang(2009)의 방법을 이용하여 스프링 강성을 산정하는 것이 가장 우수한 결과를 나타내었는데, 건조토에 위치한 말뚝구조물에서는 5% 이내의 오차를 보였으며, 포화토에 위치한 말뚝 구조물의 경우에는 진동 중에 과잉간극수압의 발생여부에 따라 5%에서 40% 사이의 오차를 나타내었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제28권2호
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• pp.43-52
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• 2024

내진설계 되지 아니한 조적조 건축물의 내진성능을 평가하고 건축물의 외부에 내진 보강 공법을 채택하여 내진성능을 향상시키고자 하였다. 내진성능을 평가하기 위해 건축물 내진설계 기준 및 해설(KDS 41 17 00 : 2019)과 기존 시설물(건축물) 내진성능 평가요령을 적용하였으며 비선형 정적해석으로 pushover해석을 수행하였다. 해석결과, 우리나라 주택의 내진설계 보급 비율이 낮고 주택의 많은 비중을 차지하고 있는 것이 조적조 건축물임을 고려하면 내진보강이 시급한 것으로 판단되었다. 조적조 건축물에 철골 보-기등+가새 프레임을 보강할 경우 층간 변형각은 X방향 0.043%이며 Y방향 0.047%로 나타나 규정을 만족하였다. 성능 수준별 중력하중 저항능력은 X, Y방향 모두 거주가능으로 판정되어 안전한 것으로 판단되었다. 건축물의 외부에 보강함으로써 주택의 거주성과 편의성을 확보하면서 공사가 가능할 것으로 보여지며 지진성능과 구조물의 거동을 보다 명확하게 예측할 수 있을 것으로 사료 되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제21권5호
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• pp.433-445
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• 2020

The weakening and softening behavior of soft clay subjected to cyclic loading due to the build-up of excess pore water pressure is well-known. During the design stage of the foundation of highways and coastal high-rise buildings, it is important to study the mechanical behavior of marine soils under cyclic loading as they undergo greater settlement during cyclic loading than under static loading. Therefore, this research evaluates the cyclic stress-strain and shear strength of untreated and treated marine clay under the effects of wind, earthquake, and traffic loadings. A series of laboratory stress-controlled cyclic triaxial tests have been conducted on both untreated and treated marine clay using different effective confining pressures and a frequency of 0.5 and 1.0 Hz. In addition, treated samples were cured for 28 and 90 days and tested under a frequency of 2.0 Hz. The results revealed significant differences in the performance of treated marine clay samples than that of untreated samples under cyclic loading. The treated marine clay samples were able to stand up to 2000 loading cycles before failure, while untreated marine clay samples could not stand few loading cycles. The untreated marine clay displayed a higher permanent axial strain rate under cyclic loading than the treated clay due to the existence of new cementing compounds after the treatment with recycled tiles and low amount (2%) of cement. The effect of the effective confining pressure was found to be significant on untreated marine clay while its effect was not crucial for the treated samples cured for 90 days. Treated samples cured for 90 days performed better under cyclic loading than the ones cured for 28 days and this is due to the higher amount of cementitious compounds formed with time. The highest deformation was found at 0.5 Hz, which cannot be considered as a critical frequency since smaller frequencies were not used. Therefore, it is recommended to consider testing the treated marine clay using smaller frequencies than 0.5 Hz.

• 대한토목학회논문집
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• 제35권4호
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• pp.759-768
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• 2015

장대교량과 같이 길이가 긴 다 지점 구조물에서는 각 지점에서의 지반운동은 차이가 난다. 이것은 지반운동의 공간적 변화로 알려져 있다. 지반운동의 공간적 변화는 각각 다른 위치에서의 지진파 도착시간의 차이에 의해 발생하는 파동전파 효과, 이질적인 지반매체에서의 지진파 산란에 의한 일관성손실, 부지의 지반특성에 따른 부지증폭 효과 등의 이유에 의해 발생한다. 기존연구에서는 부지증폭 효과를 고려하지 않거나, 지반을 단층으로 모델링하여 이를 고려하였으나, 본 연구에서는 다층의 지반에 의한 지반운동의 증폭 및 필터링이 구조물의 지진거동에 미치는 영향을 평가하였다. 서로 다른 지층의 수와 깊이 그리고 지반특성을 가지고 있는 부지에서 공간적으로 변화하는 지반운동을 생성하였고, 일관성손실 함수의 상관성 정도와 각 부지의 지반조건에 따른 지반운동의 시간이력의 변화특성을 평가하였다. 또한, 두 개의 단위 교량으로 이루어진 교량시스템을 대상으로 각각의 부지 조건에 맞게끔 생성된 지진파를 입력으로 하는 교량해석을 통해 각 단위교량 및 단위교량 간 지진거동 특성을 비교분석하였다. 특히, 일관성손실과 지반조건이 두 교량 간 충돌 및 낙교를 유발할 수 있는 상대변위에 미치는 영향을 평가하였다. 해석결과 각 부지의 지반조건의 고려는 아주 중요하며 실제 구조해석에서 무시되어서는 안 될 것으로 판단된다.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제2권4호
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• pp.1-10
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• 2011

본 연구는 각 연결부에 대한 수치 해석을 통하여 강재-콘크리트 합성 프레임 구조물의 성능을 조사하였다. 본 연구의 혁신적인 측면은 강재 보와 CFT 기둥의 연결부 사용과 저탄소강과 형상 기억 합금 구성요소의 조합을 활용하는데 있다. 이러한 새로운 연결부의 목적은 지진 후 건물의 손상과 잔류 흐름을 줄이기 위해 고탄성 형상기억합금 인장부에서 발생하는 교정 작용과 저탄소강의 우수한 에너지 분산 능력을 활용하는 것이다. 연결부의 핀, 전체적인 고정 또는 부분 구속으로 모델링을 할 수 없기 때문에 이러한 구조물들의 해석과 설계는 복잡하여 PR-CFT 연결부의 전체적인 거동을 알기 위한 수치해석을 위해 정교한 3차원 솔리드 요소로 구성된 유한해석 모델을 개발하였다. 이러한 유한요소 해석으로 얻은 결과를 바탕으로 스프링 요소를 이용하여 간단한 연결부 모델링을 공식화 시켰다. 반복 하중을 가하여 전체 프레임 구조물의 거동을 확인하였고 3D 유한요소 해석을 통하여 단순 거동을 비교하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제21권7호
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• pp.5-16
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• 2020

현재 경주지진 및 포항지진 발생으로 내진설계기준이 강화되어 기존 시설물에 대한 내진성능평가를 실시하고 있다. 기존 시설물의 피해를 최소화하면서 국한된 협소한 장소에서 시공이 가능한 마이크로파일공법을 개선하여 지진 시 내진성능효과를 확보하고자 한다. 개선방법은 주 기둥인 연직말뚝 주변에 우산형태로 경사말뚝을 시공하여 말뚝 상부의 사각접시형 플레이트에서 말뚝을 모두 일체화하는 것이다. 본 논문에서는 수치해석으로 사질토지반에서 다양한 지진파에 대해 우산형 마이크로파일의 수평변위 거동을 분석하였다. 수치해석 결과, 지반이 연약할수록 우산형 마이크로파일의 수평저항력의 효과가 우수하였다. 경사말뚝의 근입심도에 따른 분석결과, 동일한 지반강도에서 근입심도가 15m 이상일 경우에 수평변위 저감 효과가 뚜렷했으며, N치 30 이상의 지반에 정착하면 지진 시에 효과가 있는 것으로 확인되었다. 마이크로파일의 근입심도와 수평변위 억제효과가 비례하였으며, 대체적으로 지반이 약할수록 변위억제 효과가 컸다. 우산형 마이크로파일은 수직말뚝이 모멘트에 대한 저항을 하고, 경사말뚝이 축력에 대한 저항을 하는 복합저항효과가 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권4호
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• pp.483-491
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• 2008

1994년 노스리지 지진 이후, 철골모멘트골조 강축방향 접합부의 내진성능 평가에 관한 연구가 국내 외에서 활발하게 진행되어온 반면, 국내 철골모멘트골조 내진설계 및 시공의 실무에 관행적으로 적용되고 있는 철골모멘트골조 약축방향 접합부의 내진성능 평가 연구가 국내는 물론 국외에서도 그 사례를 찾아보기 힘든 상황이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 내진성능 확보 여부가 확인되지 않은 상태에서 내진설계 실무에서 가장 많이 사용되고 있는 브라켓 형식 및 WUF-B 형식의 접합상세를 갖는 철골모멘트골조 약축접합부의 실물대(Full scale) 실험체를 제작 및 실험하여 이와 같은 형상의 접합부에 대한 내진성능을 평가하여 향후 이와 같은 형상을 갖는 철골모멘트골조 약축접합부의 설계를 위한 기초자료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 현장조사 및 설계도서등의 기존 자료를 통해 총 2개의 실험체를 제작하여 내진성능을 평가 실험연구를 수행하였다. 실험결과로부터 최대내력 비교, 하중-변위 이력 및 응력도 등에 대한 거동을 비교 분석 하였다. 실험결과 층간변위각 5%의 BR-W 실험체가 층간변위각 4%를 갖는 WUF-B 실험체에 비해 우수한 구조적 거동을 보여주었으며, 설계 내력을 상회하는 내력을 보유하고 있는 것을 알 수 있었다. 또한 브라켓 형식의 실험체는 최대내력 도달 이후 완만한 강도 저하를 나타내었으나, WUF-B 형식의 실험체는 최대내력 도달 이후 급격한 하중 저하를 나타내며 취성적인 거동을 보였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.1-10
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• 2022

본 연구에서는 액상화 평가를 위해 적용 가능한 UBC3D-PLM을 활용하고자 상대밀도를 이용한 모델 변수 평가방법을 제안하였다. 또한, 가속도와 간극수압이 측정되고 있는 액상화 발생 지역의 사례에 대한 동적 유효응력해석 즉, 액상화 해석을 수행하여 실측 및 기존 Finn 해석결과와 비교 분석하였다. 본 연구를 통해 제안한 방법은 관련 모델에서 요구하는 필요 변수를 쉽게 평가할 수 있고, 액상화가 발생된 지역에서의 간극수압 거동을 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 연구대상 지역의 경우 실측과 해석 모두 지진 가속도가 최대값에 도달한 후, 일정 시간이 경과한 시점에서 액상화가 발생하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 적용한 UBC3D-PLM의 경우 실측과 유사한 과잉간극수압 거동을 예측하였고, 실측과 동일하게 액상화 발생여부를 평가하였다. 특히, 모래층에서의 과잉간극수압이 더 크게 발생하였지만, 실제는 실트층에서 액상화가 발생한 현상을 정확하게 구현하였다. 제안 모델 변수 평가방법과 UBC3D-PLM을 적용한 유한요소해석이 실제와 유사하게 액상화 발생 영역을 평가함으로써 향후 내진 설계 및 보강 시 액상화 보강 영역 선정에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.