• 해양환경안전학회지
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• 제25권2호
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• pp.237-243
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• 2019

PE(PolyEthylene) 재료를 활용한 해상부유 구조물은 바다, 강 또는 호수의 인근이나 수역 내에 일정한 공간 부를 형성하는 부유식 구조물로, 현재는 그 용도가 소형선박 계류장뿐만 아니라 양식장, 수상 펜션, 해상부교 등에 다양하게 활용되고 있다. 이 제품군의 특징은 유연성이 뛰어나고 재활용할 수 있으며, 내약품성, 내후/내식성이 우수하다. 기존의 PE 제품군을 활용한 부유식 플랫폼은 한 개의 브래킷에 한 개의 부력관을 체결하는 단순한 구조를 구성하였고, 이로 인하여 사용자가 용도 변경 및 사용환경이 변경될 때는 적용하는데 제한이 있었다. 이에 본 연구에서는 한 개의 브래킷에 다양한 크기를 갖는 부력 관을 체결할 수 있는 구조를 개발하고, 제품의 구조 안전성을 유한요소법을 활용하여 검증하였다. 구조해석 결과, 브래킷 하단에 지름 500 mm 부력관 모델에서 충돌 하중에 대해 최대값을 나타내었으나, 허용기준을 만족하였다. 본 연구 결과를 기반으로 하여, 향후 다양한 형태의 부유체 플랫폼에 대한 구조 안전성 평가에 관한 연구가 가능하며, 관련 평가 기준에 대한 정립이 필요하다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제18권1호
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• pp.25-37
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• 2019

본 연구에서는 고함수비 상태의 흙의 토목섬유 보강에 의한 다짐효과를 확인하고자 실내다짐실험, 현장다짐실험, 수치해석을 실시하였다. 토목섬유의 구속효과를 검증하기 위해 D다짐실험의 몰드(래머/몰드의 면적비=0.33) 보다 큰 몰드(래머/몰드의 면적비=0.19)를 이용하여 다짐을 실시한 결과, D다짐실험에서는 고함수비 구간의 건조밀도가 0.5~0.6% 증가하였지만, 큰 몰드를 이용한 다짐실험에서는 2.4~3.7%가 증가하는 것으로 분석되어 하중 작용면에 비해 측면지반의 면적이 충분히 넓을 경우, 함수비가 높은 구간에서도 토목섬유 보강에 의한 구속효과가 발생하였다. 현장다짐실험에서 '전압면으로부터의 심도(z/B)'에 따른 고함수비 구간 흙의 다짐효과를 분석한 결과, 무보강 시에는 과도전압으로 인해 다짐상태가 나빠져 다짐이 잘 되지 않았지만, 토목섬유를 보강할 경우 구속효과의 발생으로 다짐층에 다짐에너지가 효과적으로 전달되고 건조밀도가 증가함을 확인하였다. 또한, 토목섬유와 토사층의 거동에 대한 개념적 모델을 통하여 토목섬유의 보강으로 인한 지반내 매커니즘을 설명하였고, 이를 유한요소해석을 통해 검증하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권2호
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• pp.125-132
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• 2019

이 논문에서는 지진 하중을 받는 꼬인 삼각대 지지구조를 갖는 해상풍력발전기의 지진 신뢰성 해석 방법을 제시한다. 수평하중에 대해서 면외 변위가 발생하는 꼬인 삼각대지지 구조의 기하학적 특성과 지반의 비선형성을 포함한 지반-말뚝 상호작용을 고려하기 위한 구조물의 3차원 동적 유한요소 모델을 제시하였다. 지진신뢰성 평가를 위해 재현주기별 인공지진파를 사용한 시간이력 해석을 통해 말뚝 두부의 수평변위로 정의된 한계 상태식에 대하여 파괴확률을 산정하였다. 비선형 시간이력해석에 의한 한계상태식 평가를 고려하여 효율적으로 신뢰성 해석을 하기 위해 Markov Chain Monte Carlo 샘플링 방법을 적용한 부분집합 시뮬레이션 방법의 적용을 제시하였다. 제시한 방법은 2차원 모델 및 정적해석만으로는 정확한 결과를 도출할 수 없는 꼬인 삼각대 지지구조를 갖는 해상풍력발전기의 신뢰성 평가 및 설계기준 개발에 활용될 수 있음을 보였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제24권6호
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• pp.769-781
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• 2019

Dynamic displacement response of civil structures is an important index for in-construction and in-service structural condition assessment. However, accurately measuring the displacement of large-scale civil structures such as high-rise buildings still remains as a challenging task. In order to cope with this problem, a vision-based system with the use of industrial digital camera and image processing has been developed for long-distance, remote, and real-time monitoring of dynamic displacement of supertall structures. Instead of acquiring image signals, the proposed system traces only the coordinates of the target points, therefore enabling real-time monitoring and display of displacement responses in a relatively high sampling rate. This study addresses the in-situ experimental verification of the developed vision-based system on the Canton Tower of 600 m high. To facilitate the verification, a GPS system is used to calibrate/verify the structural displacement responses measured by the vision-based system. Meanwhile, an accelerometer deployed in the vicinity of the target point also provides frequency-domain information for comparison. Special attention has been given on understanding the influence of the surrounding light on the monitoring results. For this purpose, the experimental tests are conducted in daytime and nighttime through placing the vision-based system outside the tower (in a brilliant environment) and inside the tower (in a dark environment), respectively. The results indicate that the displacement response time histories monitored by the vision-based system not only match well with those acquired by the GPS receiver, but also have higher fidelity and are less noise-corrupted. In addition, the low-order modal frequencies of the building identified with use of the data obtained from the vision-based system are all in good agreement with those obtained from the accelerometer, the GPS receiver and an elaborate finite element model. Especially, the vision-based system placed at the bottom of the enclosed elevator shaft offers better monitoring data compared with the system placed outside the tower. Based on a wavelet filtering technique, the displacement response time histories obtained by the vision-based system are easily decomposed into two parts: a quasi-static ingredient primarily resulting from temperature variation and a dynamic component mainly caused by fluctuating wind load.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.119-125
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• 2020

에폭시 계열의 합성수지와 골재를 혼합함으로써 진동저감 성능을 크게 증가시킨 고감쇠 콘크리트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이러한 폴리머 혼입 고감쇠 콘크리트는 배합 시, 시멘트와 물을 사용하지 않으므로, 일반 콘크리트에 비해 경화시간이 매우 짧고, 물리적 특성 및 동특성 등이 매우 우수하여, 층간소음 및 진동 저감이 요구되는 건축구조물에의 폭넓은 활용이 기대되고 있다. 한편, 폴리머 혼입 고감쇠 콘크리트의 활용성을 넓히기 위한 방안으로, 보강재 분야에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔으나, 폴리머 콘크리트가 일반 콘크리트 및 기존 방진보강재를 완전히 대체하기 위해서는 물리적 특성, 동적 물성, 생산성 및 현장 적용성 등을 고려하여 진동저감 성능에 대한 전반적인 검토가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 폴리머 콘크리트의 에폭시 혼입비율별 물리적, 동적 특성을 일반 콘크리트와 비교한 결과, 탄성계수는 비슷한 반면, 압축, 인장, 휨강도가 상당히 우수한 결과를 보였으며, 특히 인장강도는 4~10배 이상 큰 차이를 보였으며, 주파수 응답함수와 감쇠비를 Modal 시험과 유한요소해석 모델을 통해 도출하여 검토한 결과, 폴리머 콘크리트의 동적 강성이 일반 콘크리트 보다 20% 크게 나타났고, 감쇠비는 약 3배 정도 높은 것으로 나타났다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권2호
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• pp.394-401
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• 2021

신재생에너지 신규설비 보급이 매년 꾸준히 증가하고 있으며, 그중 개발 확장성이 풍부하고 생산유발계수가 큰 해상풍력 시장이 급성장하고 있다. 특히 서남해 권역은 최고 수준의 해상풍력 잠재량을 보유하고 있으며, 관련 프로젝트들이 추진 중이다. 본 연구는 점토층 지반에 효과적인 해상풍력 하부구조물의 개발에 있어 EUROCODE에 의한 구조물의 설계 절차를 제시하고 구조 안전성을 고찰하여 관련 기술 분야에 이바지함을 목표로 한다. 선행연구에서는 풍력발전기 용량이 5MW급을 주요 대상으로 하였으나, 서남해 해상풍력발전기 시장의 기술 추세에 부합하는 발전 용량 8MW급을 연구 모델로 선정하였다. 이에 본 연구에서는 서남해 지질 조건에 부합하는 하부구조물을 개발하고, 구조 안전성을 유한요소법을 활용하여 검증하였다. 초기 설계안에서 일부 구간을 보강하여 구조 안전성을 확보하였다. 본 연구 결과를 기반으로 하여, 향후 다양한 형태의 하부구조물에 대한 구조 안전성 평가가 가능하며, 전문화된 구조 설계 및 평가 기준을 확립하였다.

• Wind and Structures
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• 제34권1호
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• pp.127-136
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• 2022

In this work a multi-fidelity non-intrusive polynomial chaos (MF-NIPC) has been applied to a structural wind engineering problem in architectural design for the first time. In architectural design it is important to design structures that are safe in a range of wind directions and speeds. For this reason, the computational models used to design buildings and bridges must account for the uncertainties associated with the interaction between the structure and wind. In order to use the numerical simulations for the design, the numerical models must be validated by experi-mental data, and uncertainties contained in the experiments should also be taken into account. Uncertainty Quantifi-cation has been increasingly used for CFD simulations to consider such uncertainties. Typically, CFD simulations are computationally expensive, motivating the increased interest in multi-fidelity methods due to their ability to lev-erage limited data sets of high-fidelity data with evaluations of more computationally inexpensive models. Previous-ly, the multi-fidelity framework has been applied to CFD simulations for the purposes of optimization, rather than for the statistical assessment of candidate design. In this paper MF-NIPC method is applied to flow around a rectan-gular 5:1 cylinder, which has been thoroughly investigated for architectural design. The purpose of UQ is validation of numerical simulation results with experimental data, therefore the radius of curvature of the rectangular cylinder corners and the angle of attack are considered to be random variables, which are known to contain uncertainties when wind tunnel tests are carried out. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are solved by a solver that employs the Finite Element Method (FEM) for two turbulence modeling approaches of the incompressible Navier-Stokes equations: Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes (URANS) and the Large Eddy simulation (LES). The results of the uncertainty analysis with CFD are compared to experimental data in terms of time-averaged pressure coefficients and bulk parameters. In addition, the accuracy and efficiency of the multi-fidelity framework is demonstrated through a comparison with the results of the high-fidelity model.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.57-65
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• 2022

본 연구에서는 폭약과 발파공 사이의 충전매질을 통한 충격파 전파 효과를 수치적으로 시뮬레이션하고 검증하였다. 고체(Lagrangian)와 유체(Eulerian)를 혼합 모델링하기 위해 Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE) 방법을 선택하였다. 시간의존적 해석은 발파공정 시간 동안 수행되었다. 폭약과 매질(공기 또는 물)을 유한 요소망으로 모델링하였고, 발파공은 시작점(폭약)에서 발파공벽에 도달하는 전파 속도와 충격력을 결정할 수 있는 강체로 가정하였다. 해석결과에 따르면 물의 전파속도와 충격력은 공기의 경우보다 컸다. 추가로 발파 작업의 실제 현장을 모델링하고 시뮬레이션하였다. 암석은 탄소성체로 가정하였다. 해석결과에 따르면 충전매질이 물인 경우 순간 충격력이 더 크고, 파쇄블록 크기는 더 작은 것으로 나타났다. 반면 발파공배면에서의 충격량은 물인 경우에 더 작았는데, 이는 파쇄에 충격에너지가 상당부분 사용되고, 파쇄로 인한 감쇠 효과에 의해 주변의 고체를 통한 압력 전파는 공기보다 작아지기 때문이다. 이로써 충전매질로서 물이 공기보다 경제성이 더 높다는 것이 입증되었다.

• 문화기술의 융합
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• 제8권5호
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• pp.515-524
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• 2022

도시철도 침목플로팅궤도(STEDEF)의 분기기는 콘크리트 도상에 매입된 목침목과 침목 하부의 침목방진패드로 구성된 방진궤도로서 침목방진패드의 열화 및 이에 따른 스프링강성의 변화가 침목지지조건의 변화를 초래할 수 있다. 현재 약 21년의 공용기간 동안 발생된 망간크로싱의 손상수량은 전체 부설수량 대비 약 17%로 조사되었으며, 사용 기간 15년 이후(누적통과톤수 약 5.5억톤)부터 손상 물량이 증가하는 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 실물 망간크로싱과 차륜의 형상을 모사한 3차원 수치모델을 이용한 매개변수 해석(차륜의 위치, 침목지지조건 및 동적 윤중의 크기)을 수행하여 실제 현장에서 발생된 망간크로싱의 손상유형 및 발생원인을 분석하였다. 연구결과, 노즈부 주변 침목에 뜬침목이 발생된 경우, 설계 궤도충격계수가 적용된 동적윤중 작용 시 노즈부 단면의 발생응력이 항복강도를 초과하였으며, 이는 실제 현장에서 발생된 손상위치와 비교적 잘 일치하는 것으로 분석되었다. 따라서 망간크로싱의 손상을 최소화하기 위해서는 노즈부 주변의 침목지지조건을 일정한 수준으로 유지하고, 손상된 망간크로싱 교체 시에는 침목 하부 경계조건의 균일성 확보를 위해 침목방진패드를 함께 교체하는 것이 바람직할 것으로 분석되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권6호
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• pp.333-342
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• 2022

경험식에 기반한 폭발 해석방법은 폭압-시간 이력곡선을 하중으로 적용하여 해석하는 방법이다. 이 방법은 모델링이 간단하고 해석시간이 짧아 효율적이지만, 일부 연구에 따르면 근거리 폭발 해석에는 적합하지 않음이 보고되고 있다. 본 연구에서는 예로써 환산거리 0.4~1.0의 근거리 폭발조건에 있는 RC 보에 대해 해석방법에 따른 결과의 차이 및 원인을 분석하였고, 이를 통해 경험식 방법을 이용한 해석의 적용 범위를 구체적으로 검토 및 확인할 수 있었다. 사용된 유한요소해석 프로그램은 LS-DYNA이다. 해석결과에 따르면, 원거리 폭발 실험 데이터를 근거로 하는 경험식 해석방법은 충격량을 과소평가하고 있었다. 이로 인해 RC 보의 처짐은 측정된 처짐 또는 ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian) 해석결과에 비해 작게 계산되었다. 구조체의 응답이 크게 나타나는 근거리 폭발에 대해서는 ALE 해석방법을 사용하는 것이 더 적합할 것으로 사료된다.