• Geomechanics and Engineering
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• 제27권5호
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• pp.447-463
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• 2021

Caisson-type structures are widely used as quay walls in coastal areas. In Korea, for a long time, many caisson-type quay walls have been constructed with a low front water depth. These facilities can no longer meet the requirements of current development. This study developed a new technology for deepening existing caisson-type quay walls using grouting and rubble mound excavation to economically reuse them. With this technology, quay walls could be renovated by injecting grout into the rubble mound beneath the front toe of the caisson to secure its structure. Subsequently, a portion of the rubble mound was excavated to increase the front water depth. This paper reports the results of an investigation of the seismic behavior of a renovated quay wall in comparison to that of an existing quay wall using centrifuge tests and numerical simulations. Two centrifuge model tests at a scale of 1/120 were conducted on the quay walls before and after renovation. During the experiments, the displacements, accelerations, and earth pressures were measured under five consecutive earthquake input motions with increasing magnitudes. In addition, systematic numerical analyses of the centrifuge model tests were also conducted with the PLAXIS 2D finite element (FE) program using a nonlinear elastoplastic constitutive model. The displacements of the caisson, response accelerations, deformed shape of the quay wall, and earth pressures were investigated in detail based on a comparison of the numerical and experimental results. The results demonstrated that the motion of the caisson changed after renovation, and its displacement decreased significantly. The comparison between the FE models and centrifuge test results showed good agreement. This indicated that renovation was technically feasible, and it could be considered to study further by testbed before applying in practice.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권9호
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• pp.45-52
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• 2022

암반내 불연속면이나 지반-구조물의 접촉면은 열-수리-역학적으로 연계된 거동 특성을 보이므로, 온전한 지배방정식에 근거한 경계면 요소의 개발이 필요하다. 본 논문은 경계면 요소에 대한 힘평형 방정식, 유체의 연속방정식 그리고 에너지 평형 방정식을 유도하였다. 그리고 경계면 요소에 대한 탄소성 역학 모델의 강성행렬을 제시하였다. 개발된 유한요소는 2차원 조건에서 변위는 6절점, 수압과 온도는 4절점을 사용한다. 단층내 유체 주입에 대한 완전연계된 THM 해석은 단층내의 유효응력 감소와 주위 암반의 온도 수축에 의한 주입압의 복합적인 변화을 모델링 할수 있었다. 하지만, 열적 현상을 무시한 HM해석은 수리-역학적 변수를 과다하게 산정하였다.

• 한국기계가공학회지
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• 제21권3호
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• pp.1-11
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• 2022

In this study, an electric resistance dual-spot welding process using a copper electrode inserted in a heating electrode is suggested for the spot welding of AZ31 magnesium sheets. This spot-welding process involves two heating methods for welding at the interfacial zone between the magnesium sheets, one of which is the heating method by thermal conduction from the heating electrode heated by the welding current induced to the steel electrode, and the other heating method uses the electric resistance between the contacted surfaces of the two sheets by the welding current induced to the copper electrode. This welding process includes the welding variables, such as the current induced in the heating electrode and the copper electrode, and the outer diameters of the heating electrode. This is because the heat conducted from the heating electrode can be maintained at a higher temperature in the welding zone, which has a slow cooling effect on the nugget of the melted metal after the welding step. The pressure exerted during the pressing of the magnesium sheets by the heating electrode can be increased around the nugget zone at the spot-welding zone. Thus, it not only reduces the warping effect of the elastoplastic deformation of sheets, but also the corona bond can make it less prone to cracking at the welded zone, thereby reducing the number of nuggets expelled out of the corona bond. In conclusion, it was known that an electric resistance dual spot welding process using the copper electrode inserted in the heating electrode can improve the welding properties in the electric resistance spot welding process of AZ31 magnesium sheets.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제19권1호
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• pp.31-43
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• 2023

연구목적: 본 연구에서는 탄소성해석과 수치해석의 차이점 분석과 해석 결과치의 유사한 경향을 도출하기 위한 설계지반정수 재산정 방법의 연구를 수행하였다. 연구방법: 얕은굴착과 깊은굴착에 따라 벽체변위가 같아지는 시점에서의 지반반력계수와 지반변형계수의 관계식을 유도하였다. 연구결과: 계측결과를 바탕으로 역해석을 진행하여 현장지반에 맞는 지반물성을 재산정하고 도출된 식과 문헌식을 이용하여 벽체변위에 대한 비교·검증한 결과 제안식이 가장 유사한 값을 나타내고 있었다. 결론: 제안식을 이용하면 설계시 실제와 가장 비슷한 지반물성치를 유추할 수 있어 실무에 도움이 될 것이다.

• Computers and Concrete
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• 제30권5호
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• pp.311-321
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• 2022

The interfacial bond strength of partially encased composite (PEC) structure tends to 0, therefore, the cast-in-place concrete theoretically cannot embody better composite effect than the fabricated structure. A total of 12 specimens were designed and experimented to investigate the energy dissipation and damage of fabricated PEC beam through unidirectional cyclic loading test. Because the concrete on both sides of the web was relatively independent, some specimens showed obvious asymmetric concrete damage, which led to specimens bearing torsion effect at the later stage of loading. Based on the concept of the ideal elastoplastic model of uniaxial tensile steel and the principle of equivalent energy dissipation, the energy dissipation ductility coefficient is proposed, which can simultaneously reflect the deformability and bearing capacity. In view of the whole deformation of the beam, the calculation formula of energy dissipation is put forward, and the energy dissipation and its proportion of shear-bending region and pure bending region are calculated respectively. The energy dissipation efficiency of the pure bending region is significantly higher than that of the shear-bending region. The setting of the screw arbors is conducive to improving the energy dissipation capacity of the specimens. Under the condition of setting the screw arbors and meeting the reasonable shear span ratio, reducing the concrete pouring thickness can lighten the deadweight of the component and improve the comprehensive benefit, and will not have an adverse impact on the energy dissipation capacity of the beam. A damage model is proposed to quantify the damage changes of PEC beams under cyclic load, which can accurately reflect the load damage and deformation damage.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권12호
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• pp.7-22
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• 2023

본 연구에서는 입력가속도의 한계 범위를 흙의 상대밀도, 지하수위, 지반 조건을 고려하여 시간이력해석과 응답스펙트럼해석으로 분석하였다. 시간이력해석은 FLAC3D로 응답스펙트럼해석은 FB-Multipier를 이용하여 여러 지반 조건에 대한 수치해석을 실시하였다. 말뚝 주변 지반은 탄소성 물질로 가정하였다. FLAC3D 해석의 주변 지반은 Mohr-Coulomb과 Finn 모델로 설정하였고, FB-Multiplier 해석은 비선형 p-y 곡선을 이용하여 해석하였다. 비선형 지반 거동을 갖는 가속도의 한계범위는 주변 지반의 상대밀도에 비례함을 보였다. 해석 결과 SP soil이 SM soil보다 지반의 가속도의 한계범위가 훨씬 크고 지하수위는 지반조건에 관계없이 입력가속도의 한계범위를 감소시키는 경향이 있음을 알 수 있다. 또한 가속도의 한계 범위는 주로 전단탄성계수의 영향을 받는 것으로 나타났다.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권6호
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• pp.615-631
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• 2023

To investigate the seismic behavior of steel slag self-stressing concrete-filled circular steel tubular (SSSCFCST) columns, 14 specimens were designed, namely, 10 SSSCFCST columns and four ordinary steel slag (SS) concrete (SSC)-filled circular steel tubular (SSCFCST) columns. Comparative tests were conducted under low reversed cyclic loading considering various parameters, such as the axial compression ratio, diameter-thickness ratio, shear-span ratio, and expansion ratio of SSC. The failure process of the specimens was observed, and hysteretic and skeleton curves were obtained. Next, the influence of these parameters on the hysteretic behavior of the SSSCFCST columns was analyzed. The self stress of SS considerably increased the bearing capacity and ductility of the specimens. Results indicated that specimens with a shear-span ratio of 1.83 exhibited compression bending failure, whereas those with shear-span ratios of 0.91 or 1.37 exhibited drum-shaped cracking failure. However, shear-bond failure occurred in the nonloading direction. The stiffness of the falling section of the specimens decreased with increasing shear-span ratio. The hysteretic curves exhibited a weak pinch phenomenon, and their shapes evolved from a full shuttle shape to a bow shape during loading. The skeleton curves of the specimens were nearly complete, progressing through elastic, elastoplastic, and plastic stages. Based on the experimental study and considering the effects of the SSC expansion rate, shear-span ratio, diameter-thickness ratio, and axial compression ratio on the seismic behavior, a peak displacement coefficient of 0.91 was introduced through regression analysis. A simplified method for calculating load-displacement skeleton curves was proposed and loading and unloading rules for SSSCFCST columns were provided. The load-displacement restorative force model of the specimens was established. These findings can serve as a guide for further research and practical application of SSSCFCST columns.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권4호
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• pp.355-366
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• 2024

The original elastoplastic Hardening Soil model is formulated actually partly under hexagonal pyramidal Mohr-Coulomb failure criterion, and can be only used in specific stress paths. It must be completely generalized under Mohr-Coulomb criterion before its usage in engineering practice. A set of generalized constitutive equations under this criterion, including shear and volumetric yield surfaces and hardening laws, is proposed for Hardening Soil model in principal stress space. On the other hand, a Mohr-Coulumb type yield surface in principal stress space comprises six corners and an apex that make singularity for the normal integration approach of constitutive equations. With respect to the isotropic nature of the material, a technique for processing these singularities by means of Koiter's rule, along with a transforming approach between both stress spaces for both stress tensor and consistent stiffness matrix based on spectral decomposition method, is introduced to provide such an approach for developing generalized Hardening Soil model in finite element analysis code ABAQUS. The implemented model is verified in comparison with the results after the original simulations of oedometer and triaxial tests by means of this model, for volumetric and shear hardenings respectively. Results from the simulation of oedometer test show similar shape of primary loading curve to the original one, while maximum vertical strain is a little overestimated for about 0.5% probably due to the selection of relationships for cap parameters. In simulation of triaxial test, the stress-strain and dilation curves are both in very good agreement with the original curves as well as test data.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권5호
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• pp.51-63
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• 2023

계절성 동토의 온도 변화에 따른 융해 및 동결작용에 의한 지반의 거동이 말뚝 기초의 변위 및 지지력에 끼치는 영향을 파악하기 위한 수치해석을 수행하였다. 수치해석은 온도 변화에 따른 지반-말뚝 상호작용을 모사하기 위해 유한요소법 기반의 TM 모델링(Thermo-Mechanical coupled Modeling)을 적용하였으며, 동결 지반은 온도 의존적 비선형 물성을 적용하였다. 지반의 구성 모델은 소성 거동을 모사하기 위한 MCR 모델(Mohr Coulomb with Rankine Tensile cut-off Model)과 HDP 모델(Nonlinear Hyperbolic Drucker-Prager Model)을 각각 적용하였으며, 말뚝의 길이 및 너비 조건을 선정해 수치해석 결과를 비교 및 분석하였다. 수치해석 결과는 HDP 구성 모델이 비교적 작은 지반 거동과 지지력을 보였으나, 전체적으로는 말뚝의 길이 및 너비 조건에 따라 지지력 및 말뚝 머리의 변위 결과의 양상과 그 크기는 유사하게 나타났다. 지반의 융해-동결작용으로 인한 말뚝 머리(pile head)의 수직 변위는 길이 조건이 짧을수록 변위의 변화 폭이 크게 나타났다. 수직 변위는 길이 조건에 따라 MCR 구성 모델에서는 최대 0.0387m의 융해 침하와 0.0277m의 동결 융기가 발생했으며, HDP 구성 모델에서는 최대 0.0367m의 융해 침하와 0.0264m의 동결 융기가 발생했다. 또한 두 탄소성 모델에 대한 말뚝의 지지력 결과는 말뚝의 길이 조건보다 너비 조건에서 더 큰 차이를 보였으며, 너비 조건 L에서 최대 약 14.7%, M에서 최대 약 5.4%, S에서 최대 약 5.3%가 발생하였다. 이에 말뚝 머리의 수직 변위와 말뚝의 지지력은 말뚝-지반의 접촉 면적에 영향을 크게 받으며, 지반 내 활성층의 활성도에 따라 차이를 보였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제31권3호
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• pp.271-279
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• 2007

선체구조는 기본적으로 판부재의 조합으로 이루어져 있으며, 이러한 판부재의 하중분담 능력 혹은 최종강도 평가는 선체구조의 합리적인 설계 및 구조의 안정성 평가에 있어서는 아주 중요하다. 또한, 선체구조를 구성하고 있는 구조요소들은 작용외력에 대하여 개별적으로 작용하지 않으며 전체적으로 연속거동을 하게 된다. 실제 선박에서의 붕괴형태 중 한가지는 종방향 굽휨에 의해서 갑판 혹은 선저부에 좌굴 및 소성붕괴이다. 그래서, 합리적인 설계에서는 이러한 급작스런 붕괴형태를 방지하기 위하여 좌굴 및 소성붕괴 거동을 파악하는 것이 아주 중요하며, 실제 선박에서는 갑판부와 선저부에서는 하중분담 능력을 증가시키기 위하여 여러개의 종보강재를 가진 보강판 구조의 설계를 하게 된다. 본 연구에서는 선체 판넬구조의 모델링 방법에 따른 최종강도 거동의 차이를 분석하여, 합리적인 모델링영역을 규명하고자 한다. 사용된 해석 모델은 실제 상선의 이중저구조에서 사용되는 판넬에서 채택하였으며 유한요소해석 모델링 시 3가지 단면형상에 대해 각각 6가지 서로 다른 해석모델을 적용하였으며, 이때 보강재의 단면형상을 변화하였다. 본 연구의 목적은 압축하중이 작용하는 선체 보강판구조에서 해석영역에 대한 좌굴 및 최종강도 거동의 특성을 분석하였다.