• 한국지진공학회논문집
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• 제10권6호
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• pp.19-28
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• 2006

기존의 유한요소모델개선기법들은 측정에 의한 모달 데이터와 해석적으로 계산된 시스템 행렬로 구성된 수학적인 목적함수를 사용하거나 업데이팅 변수에 관한 모달 특성의 미분함수를 사용하여야만 한다. 따라서 교량구조물과 같은 복잡한 구조물에의 적용이 어렵고 역해석에 있어 해의 안정성 문제가 발생할 수 있다. 또한 개선된 모델이 물리적인 의미를 지니지 못할 수도 있다. 본 논문에서는 유전자알고리즘과 Welder-Mead의 심플렉스기법을 사용한 하이브리드 최적화 유한요소모델개선기법을 제안하였다. 하이브리드 최적화 기법의 성능을 검증하기 위해 3개의 국부최소값과 1개의 전체최소값을 갖는 Goldstein-Price 함수를 사용하여 비선형문제에 대한 적용성을 검토하였다. 또한 최적화목적함수의 영향을 검토하기 위해 10개의 자유도를 갖는 스프링-질량 모델을 사용하여 변수연구를 수행하였다. 최종적으로 수치해석을 통해서 질량과 강성을 동시에 개선하기 위한 최적화 목적함수를 제시하고, 제안된 하이브리드 최적화 기법이 유한요소모델개선을 위해 매우 효과적인 방법임을 입증하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제28권2호
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• pp.129-152
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• 2008

This paper considers the solution of the stochastic differential equations (SDEs) with random operator and/or random excitation using the spectral SFEM. The random system parameters (involved in the operator) and the random excitations are modeled as second order stochastic processes defined only by their means and covariance functions. All random fields dealt with in this paper are continuous and do not have known explicit forms dependent on the spatial dimension. This fact makes the usage of the finite element (FE) analysis be difficult. Relying on the spectral properties of the covariance function, the Karhunen-Loeve expansion is used to represent these processes to overcome this difficulty. Then, a spectral approximation for the stochastic response (solution) of the SDE is obtained based on the implementation of the concept of generalized inverse defined by the Neumann expansion. This leads to an explicit expression for the solution process as a multivariate polynomial functional of a set of uncorrelated random variables that enables us to compute the statistical moments of the solution vector. To check the validity of this method, two applications are introduced which are, randomly loaded simply supported reinforced concrete beam and reinforced concrete cantilever beam with random bending rigidity. Finally, a more general application, randomly loaded simply supported reinforced concrete beam with random bending rigidity, is presented to illustrate the method.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제17권1호
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• pp.124-132
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• 2013

손상된 구조물의 동적응답신호를 역해석함으로써 손상위치와 정도를 파악할 수 있다. 일반적으로 손상 전 후 고유진동수의 변화로부터 강성의 감소량을 구하고, 모드형상의 변화로부터 손상위치를 파악할 수 있다. 토목구조물의 경우 동적 응답신호로부터 손상을 검출코자 하는 연구가 상당히 진행되었으며 실용화 되었다. 그러나 건축구조물의 경우 몇 가지 문제로 인하여 이에 대한 연구가 활발히 진행되지 못하고 있다. 본 연구에서는 모드형상을 이용한 전단형 건물의 손상위치 추적방안을 제시 하고자 한다. 전단형 건물의 손상 전 후 1차 모드강성의 차이를 이용한 손상위치 추적지수를 이론적으로 고찰하였으며, 이를 Matlab 또는 MIDAS GENw와 같은 수치해석모델에 적용함으로써 손상위치추적기법의 타당성을 검증하였다. 또한 소형 진동대 실험을 수행하고 실측된 동적응답신호를 이용하여 손상위치를 추적함으로써 실구조물에 대한 적용성을 검토하였다. 진동대 실험결과 층강성이 25% 감소할 때 1차 모드 진동수는 12%증가 하였으며, 손상위치 지수는 손상 층에서 마이너스 값을 나타내었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권1A호
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• pp.31-43
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• 2009

본 논문에서는 다양한 차종의 영향을 반영할 수 있고, 차량과 교량의 연성 운동방정식을 구성하여 시간 단계별 직접해를 산정할 수 있는 수치해석기법을 제시하였다. 운동방정식의 해는 직접적분법인 Newmark ${\beta}$을 이용하여 해석 단계별로 구성된 유효강성행렬과 유효하중벡터를 바탕으로 정적평형방정식의 해를 구하는 원리와 동일하게 산정하였다. 또한 해석의 효율성을 증진시키기 위하여 유효강성행렬은 Skyline 법에 의해 재구성하였으며, Cholesky의 행렬 분해기법을 동시에 적용하여 직접적인 역행렬 계산에서 야기되는 오차의 발생을 최소화 하였다. 또한 기존선 철도차량인 새마을 PMC 열차와 디젤 견인 무궁화 열차에 대한 3차원 정밀수치해석 모델을 개발하였고, 각 차량은 차체와 전 후방 대차에 각각 6자유도씩 고려하여 총 18자유도로 수치모델을 작성하였다. 교량은 3차원 공간뼈대 요소를 이용하여 모델링하였고, 차륜과 레일 접촉면의 불규칙성은 미국의 FRA에서 규정하고 있는 연직방향 및 횡방향틀림에 대한 PSD 함수를 이용하여 궤도틀림을 수치적으로 구현하였다. 제시된 수치해석 기법은 12 m, 18 m형 판형교의 실측결과를 이용하여 타당성을 검증하였으며, 실측 및 수치해석결과는 교량의 1차 휨 고유진동수의 2.0배를 기준으로 Low pass filtering 하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.13-20
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• 2009

본 연구에서는 섬유혼입률이 초고강도 강섬유보강 콘크리트의 인장연화거동 특성에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 노치 낸 보에 대한 3점 재하 휨실험을 통해 초고강도 강섬유보강 콘크리트의 휨인장 거동을 구하고, Uchida 등이 제안한 역해석법을 사용하여 휨 실험 결과로부터 인장연화곡선을 도출하였다. 노치 낸 보의 휨 실험 결과에서 초기강성은 섬유혼입률에 관계없이 일정한 값을 나타내고, 강섬유의 혼입률이 증가할수록 초고강도 강섬유보강 콘크리트의 휨인장강도는 증가하며 연화거동은 일정 균열폭에서 점근적으로 수렴하는 경향을 나타내었다. 역해석을 통해 구한 인장연화곡선으로부터 섬유혼입률과 임계균열폭, $\omega_0$의 함수로 인장연화모델을 제안하였으며, 인장연화모델은 균열이 진행됨에 따라 일정한 인장응력 값을 가지는 소성구간과 지수함수로 주어지는 연화구간으로 나누어 제시하였다. 본 연구에서 제시한 인장연화모델을 적용하여 점성균열모델을 이용한 유한요소해석을 수행한 결과, 해석 결과와 실험 결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.43-48
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• 2021

프리캐스트 콘크리트는 일반적으로 건설 기간을 줄이고 시공 능력을 향상시키는 데 주로 사용되고 있다. 그러나 분할 과정에서 원래 구조 시스템과 다른 경계 조건과 구조적 거동을 적용하여 구조적 문제가 발생할 수도 있다. 이 연구에서는 시공 후 휨모멘트 및 크리프 증가로 인해 처짐과 균열이 발생한 프리캐스트 콘크리트 슬래브를 대상으로 검토하였으며, 이는 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 지지 조건 및 구조거동에 대한 잘못된 적용에서 비롯된 것임을 알 수 있었다. 프리캐스트 콘크리트 슬래브 하부에 2 개의 지지대를 삽입하여 휨모멘트를 줄이고 보강 작업시 구조적 안전성을 확보하기 위해 잭킹력에 따른 캠버를 추정해야 한다. 따라서 기존 구조물의 처짐 및 균열을 확인하기 위해 역 해석을 통해 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 다양한 지지 조건과 휨강성을 고려하였으며, 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 잭킹력에 따라 캠버를 추정하고 안전한 구조물을 만드는 보강방법을 제안하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권3호
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• pp.319-336
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• 2024

Ultra-high-performance concrete (UHPC) has attracted increasing attention in prefabricated steel-concrete composite beams as achieving the onsite construction time savings and structural performance improvement. The inferior replacement and removal efficiency of conventional prefabricated steel-UHPC composite beams (PSUCBs) has thwarted its sustainable applications because of the widely used welded-connectors. Single embedded nut bolted shear connectors (SENBs) have recently introduced as an attempt to enhance demountability of PSUCBs. An in-depth exploration of the mechanical behavior of SENBs in UHPC is necessary to evidence feasibilities of corresponding PSUCBs. However, existing research has been limited to SENB arrangement impacts and lacked considerations on SENB geometric configuration counterparts. To this end, this paper performed twenty push-out tests and theoretical analyses on the shear performance and design recommendation of SENBs. Key test parameters comprised the diameter and grade of SENBs, degree and sequence of pretension, concrete casting method and connector type. Test results indicated that both diameters and grades of bolts exerted remarkable impacts on the SENB shear performance with respect to the shear and frictional responses. Also, there was limited influence of the bolt preload degrees on the shear capacity and ductility of SENBs, but non-negligible contributions to their corresponding frictional resistance and initial shear stiffness. Moreover, inverse pretension sequences or monolithic cast slabs presented slight improvements in the ultimate shear and slip capacity. Finally, design-oriented models with higher accuracy were introduced for predictions of the ultimate shear resistance and load-slip relationship of SENBs in PSUCBs.