• Steel and Composite Structures
• /
• 제47권1호
• /
• pp.91-102
• /
• 2023

To study the evaluation standard and control limit of mortar filling layer void length, in this paper, the train sub-model was developed by MATLAB and the track-bridge sub-model considering the mortar filling layer void was established by ANSYS. The two sub-models were assembled into a train-track-bridge coupling dynamic model through the wheel-rail contact relationship, and the validity was corroborated by the coupling dynamic model with the literature model. Considering the randomness of fastening stiffness, mortar elastic modulus, length of mortar filling layer void, and pier settlement, the test points were designed by the Box-Behnken method based on Design-Expert software. The coupled dynamic model was calculated, and the support vector regression (SVR) nonlinear mapping model of the wheel-rail system was established. The learning, prediction, and verification were carried out. Finally, the reliable probability of the amplification coefficient distribution of the response index of the train and structure in different ranges was obtained based on the SVR nonlinear mapping model and Latin hypercube sampling method. The limit of the length of the mortar filling layer void was, thus, obtained. The results show that the SVR nonlinear mapping model developed in this paper has a high fitting accuracy of 0.993, and the computational efficiency is significantly improved by 99.86%. It can be used to calculate the dynamic response of the wheel-rail system. The length of the mortar filling layer void significantly affects the wheel-rail vertical force, wheel weight load reduction ratio, rail vertical displacement, and track plate vertical displacement. The dynamic response of the track structure has a more significant effect on the limit value of the length of the mortar filling layer void than the dynamic response of the vehicle, and the rail vertical displacement is the most obvious. At 250 km/h - 350 km/h train running speed, the limit values of grade I, II, and III of the lengths of the mortar filling layer void are 3.932 m, 4.337 m, and 4.766 m, respectively. The results can provide some reference for the long-term service performance reliability of the ballastless track-bridge system of HRS.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제43권1호
• /
• pp.71-77
• /
• 2023

지속적인 산업 발전에 따라 천연자원 고갈, 폐기물 발생 뿐만 아니라 다양한 기상이변 현상 발생이 빈번해지고 있다. 기후위기 극복과 자원절약을 위해 산업부산물을 재활용하기 위한 노력이 계속되고 있다. 슬래그는 철강산업에서 발생하는 대표적인 부산물로 밀도가 크고 강성이 높은 특징에 따라 아스팔트 콘크리트용 재료로 활용시 강도 증진, 변형 감소를 가져와 소성변형 저항성과 수분 저항성을 향상시키는 특징이 있다. 반면 팽창 특성을 갖고 있어 성토재, 매립재 등 비교적 저부가가치용 재료로 활용되고 있다. 슬래그 재료의 적용처 확대를 위해 슬래그 아스팔트 콘크리트 포장의 균열 저항성 평가 실험을 수행하였다. 간접인장강도 시험결과 슬래그 골재를 사용한 아스팔트 혼합물은 동일 입도의 일반 혼합물 대비 1.13배 이상 높은 값을 보이고 터프니스 또한 1.17대 높아 균열저항성이 향상되는 것으로 나타났다. 또한, 4점 빔 피로 실험과 슬래그 아스팔트 혼합물의 파괴횟수가 20,409회로 일반 혼합물 대비 2배 이상 증가하였으며 Overlay Test 결과 인장하중 잔류율이 4배 이상 높은 값을보여 반복적인 피로에 대한 균열 저항성도 향상되는 것을 알 수 있었다. 이에 따라 슬래그 골재의 사용은 아스팔트 콘크리트 포장의 성능 향상에 다양한 이점이 될 수 있을 것으로 평가된다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제28권4A호
• /
• pp.537-548
• /
• 2008

최근 들어 비부착 강선을 이용한 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 건설이 증가하고 있다. 그러나 극한거동 해석 시 단면 적합조건을 이용하는 내부 부착 강선과는 다르게 비부착 강선은 부재의 전체거동에 의해서 응력 증가량이 결정된다. 또한 외부 강선의 경우에는 편향부에서의 미끌림 효과와 강선의 편심 변화 효과 등이 발생하게 된다. 따라서 본 연구는 비부착 강선을 가지는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 보의 거동 특성을 평가하고 비부착 강선의 극한 응력을 구하기 위하여 지간길이/유효깊이, 콘크리트 압축강도, 철근비 및 기존 부착강선의 영향 등을 변수로 하여 정적 휨실험을 수행하여 비부착 강선 부재의 휨거동 특성을 얻었다. 실험결과에 의하면 균열하중, 철근 항복 하중 및 파괴하중의 경우, 콘크리트 강도보다는 철근비의 영향이 더 크게 나타났으며, 강도 측면에서는 고강도의 경우가 저강도의 경우보다 약간은 구조 성능이 우수하나, 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 또한 L/dp 값이 커질수록 훨씬 더 긴 구간의 연성 거동이 있는 것으로 나타났다. 이는 철근 항복 이후 비부착 강선의 기여가 상당히 크다는 것을 알 수 있었으며, ACI-318에서 제시하고 있는 비부착 강선의 극한 응력식은 실험 결과와 잘 일치하지 않으며, 경향성도 없는 것으로 나타났다. 실험결과 들을 분석하여 미끌림 현상이 없는 비부착 강선의 극한응력에 대한 예측식을 제안하였다. 제안된 예측식은 실험결과와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났으며, 미끌림 현상이 없는 비부착 강선의 극한 휨거동 평가, PSC 부재 해석 및 설계 시 본 연구에서 제안된 식은 유용한 기초가 될 것으로 사료된다.

• 한국건설순환자원학회논문집
• /
• 제11권4호
• /
• pp.527-534
• /
• 2023

본 논문은 기존의 교량받침 마찰재인 PTFE의 내구성을 보완하고 낮은 마찰계수 발현 및 윤활제 미사용에서 마찰거동을 할 수 있는 세라믹 소재의 교량받침 적용을 위한 연구를 수행하였다. 세라믹 소재는 지르코니아계(ZrO₂)를 설정하였으며, 조도계수에 따른 마찰거동 평가를 수행하였다. 조도계수는 0.8 및 0.027로 구분하였으며, 15 MPa 면압조건에서 평균마찰계수는 모두 0.16으로 산정되었다. 이후, 세라믹을 마찰재로 제작하여 교량받침에 적용하였으며, PTFE 적용 교량받침과의 압축실험 및 마찰실험을 통해 성능비교를 수행하였다. 압축실험에서 세라믹 및 PTFE 적용 교량받침은 하중 재하에 따라 이상적인 압축거동을 나타냈다. 세라믹 적용 교량받침은 파손 및 결함이 관찰되지 않았지만, PTFE 적용 교량받침에서는 윤활제 소실이 관찰되었다. 마찰거동을 통해 분석한 세라믹 적용 교량받침의 평균마찰계수는 0.16으로 나타났다. 세라믹의 물리적 및 화학적 특성의 고유 재료물성과 성능평가를 통해 도출된 우수한 역학적 특성 및 0.16 수준의 마찰계수는 마찰재로써 고려할 수 있는 가능성을 제시한다.

• 자원환경지질
• /
• 제56권6호
• /
• pp.675-695
• /
• 2023

군산 산북동 공룡과 익룡발자국 화석산지는 국내 최대의 전기 백악기 공룡발자국 화석지이며, 모든 발자국은 대형 조각류와 수각류 공룡들이 전기 백악기에 한반도에 서식하였음을 지시하는 중요한 증거이다. 산북동 화석산지는 2021년 보호각 설치 이전까지 야외 환경에서 방수포로 보호되어 있었다. 이로 인해 화석의 기반암에는 전단력, 하중 감소, 온습도변화, 산성비, 염분 및 미생물 등이 복합적으로 작용하여 발자국의 손상이 가중되었다. 이 연구에서는 발자국 화석 중 형태 및 보행렬 확인이 가능한 12개 보행렬의 159개 발자국을 대상으로 각각의 손상정도를 평가하고 6개의 손상유형으로 분류하였다. 화석산지 전체 표면에 대한 초음파 물성평가 결과, 대부분 완전풍화단계(CW)를 보였다. 또한 연구대상 화석산지에는 다양한 풍화양상이 나타나 층준별 표면의 오염원을 분석한 결과, 화석산지의 신선부와 오염물은 지점별로 양상은 상이하나 조성은 거의 유사하였다. 이를 바탕으로 공룡 및 익룡발자국 화석산지의 효율적인 보존관리체계를 구축하였으며 각 발자국의 보존처리 유형을 제안하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제27권6호
• /
• pp.182-192
• /
• 2023

본 연구에서는 동적 횡하중을 받는 조적 담장의 내진성능 향상을 위한 ECC(Engineered Cementitious Composite) 자켓의 효과를 실험적으로 검증하였다. 첫째로, 임팩트 해머 시험을 통해 비보강과 ECC로 보강된 조적 담장의 고유진동수와 모드 감쇠비, 변형 형상을 식별하여, 940mm의 비보강 조적담장과 970mm의 ECC 보강 담장이 각각 6.4, 35.3Hz의 고유진동수와 7.0, 5.3%의 감쇠비를 가지는 것을 확인하였다. 둘째로, 진동대를 사용하여 면외방향에 대한 지진파 실험을 수행하였고, El Centro(1940) 지진파를 25%부터 300%까지 스케일링하여 적용하였다. 비보강 조적담장의 경우, 50% 지진하중에서 벽돌과 줄눈 경계에 휨균열이 발생하였고, 다시 30%로 스케일링된 지반운동에서 면외방향으로 전도파괴되었다. 반면에 ECC로 보강된 조적담장은 300%의 지진하중에서도 균열이나 손상 없이 강건한 성능을 유지하였다. 마지막으로, 25~300%의 지반운동에 의한 비보강과 ECC 보강 조적담장의 밑면전단력과 설계기준에 따른 밑면전단력을 비교 및 평가하였다. 그 결과, 재현주기 1,000년의 지진에 대해 비보강 조적담장이 붕괴될 위험이 있는 데 반해, ECC 보강 담장은 4,800년 주기의 지진에도 안전한 것으로 추정되었다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제43권6호
• /
• pp.709-719
• /
• 2023

일반적으로 발전소 내 제어를 담당하는 대부분의 전기 설비는 자립식 캐비닛으로, 후설치 앵커를 사용하여 슬래브에 고정하는 정착 방식이 주로 사용된다. 정착부 앵커의 경우 외력이 작용될 시 모멘트 하중 등에 의한 전도의 위험성에 노출되지만 현행 앵커에 대한 성능 검토는 1축 재료 시험으로만 평가되고 있다. 따라서 본 연구는 현장 설치 조건이 반영된 후설치 앵커의 정적 성능 실험을 통하여 재료 시험과의 성능을 비교하고 앵커의 거동 특성을 분석하는 것이 주목적이다. 실제 캐비닛을 이용하여 실험을 진행하는 것이 타당하지만 경제적, 공간적 제약으로 수행하기에 어려움이 있어 강재 기둥과 받침으로 구성된 실험체로 대체하여 수행하였다. 결과적으로 현장 설치 조건을 반영한 앵커의 인발 성능이 재료 시험 대비 약 10 % 높게 측정되었으며, 앵커의 하중 감소 경향 및 최대 성능이 발현되는 시점도 상이한 것으로 나타났다. 한편, 실험적 연구의 신뢰성을 검증하기 위하여 3D FEM 해석을 수행하였으며, 이를 통해 향후 진동대를 이용한 전기 캐비닛의 구조 성능 평가 시 후설치 앵커에 전달되는 예측 가능한 하중 정보를 제공하고자 한다.

• Composites Research
• /
• 제36권6호
• /
• pp.454-460
• /
• 2023

최근 온실가스 배출량에 대한 규제가 높아지면서 IMO는 온실가스 배출량을 2050년까지 순 배출량 '0'을 목표로 하며 온실가스 규제를 강화하고 있다. 또한 조선/해양 분야에서는 추진 효율 향상, 구조 경량화와 같이 운항비 절감이 중요하다. 현재 이와 관련하여 구조 경량화와 고강성을 만족하기 위하여 3D 프린트 복합재료를 이용한 위상 최적화에 대한 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 3D 프린트 복합재료를 활용하여 선박 구조물인 방향타의 내부에 3가지 위상 형상(육각형, 사각형, 삼각형)을 적용하였다. 방향타에 위상 형상을 적용하였을 때 적합한 형상을 알아보기 위해 구조해석을 수행했다. 선속 8 knots의 조건에서 타 각 0°에서 30°까지 10° 간격으로 CFD 해석을 수행하였으며, CFD 해석 결과를 바탕으로 하중조건을 설정하였다. 방향타 내부 위상 형상을 고려한 구조 해석 결과 삼각형, 사각형, 육각형 위상 형상 순으로 우수한 성능을 갖는 것을 확인하였다. 사각형 위상 형상을 가지는 방향타가 삼각형 위상 형상을 가지는 방향타 대비 78.5%의 무게를 가지며 경량화 측면을 고려하였을 때 사각형 위상 형상이 우수하다고 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제28권1호
• /
• pp.70-81
• /
• 2024

본 연구에서는 진동원으로서 교통하중(고속열차)에 대해 수직 방진기능과 수평 면진기능을 조합한 3차원 하이브리드 면진시스템(Tridimensional Hybrid Isolation System, THIS)을 제안하였고, 고속열차 진동에 대한 THIS의 수직 진동 사용성 개선 효과를 해석적으로 평가하였다. 해석을 위하여 실제 16층의 공동주택을 상용구조해석프로그램의 고유치해석과 침실 바닥판에 대한 펄스 응답 분석을 통해 주요 진동모드를 식별하였고, 이 주요 진동 모드를 가지고 바닥판의 수평과 수직, 회전 자유도를 가지는 16개 층의 골조 모델을 제작하였다. 해석방법은 실제 고속철도가 통행할 때 철로와 인접한 구조물에서 계측한 가속도를 진동원으로 적용하고 THIS의 강성과 감쇠비를 변수로 상태-공간방정식을 이용하여 동적해석을 수행하였다. 그 결과, 기존 구조물의 수직 고유주기 대비 THIS의 수직 주기가 커질수록 층별 바닥판 응답이 저감되기 시작하는 임계 주기비가 다르고, 주기가 5배 이상(0.006 이하의 강성비)일 때 모든 바닥판의 가속도 수준이 비면진 대비 약 70% 이하로 감소하였다. 또한, THIS의 감쇠비에 대한 응답 제어에 미치는 영향이 매우 적은 것으로 나타났다. 마지막으로 THIS에 대한 수직 진동 사용성 개선 효과를 확인하기 위하여 비면진 구조물과 0.006의 강성비와 0.03의 감쇠비를 가지는 THIS가 적용된 구조물에 대하여 1층과 16층 바닥판 가속도를 AIJ, SCI, AISC 진동 사용성 기준에 따라 평가하였고, 기존에 주거지 사용성 기준을 만족하지 못한 데 반해, THIS 적용 후 주거지 사용성 기준을 모두 만족하는 것을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제26권3호
• /
• pp.209-222
• /
• 2024

토압식(Earth Pressure Balance) 쉴드 TBM (Tunnel Boring Machine)은 기계화 터널 굴착 공법 중 이수식(Slurry) 쉴드 TBM에 비하여 슬러리 처리 시설을 필요하지 않아 설비가 간단하고 진동과 소음이 적어 최근에 터널 시공에 널리 사용되고 있다. 토압식 쉴드 TBM으로 터널 굴착 시 첨가제를 활용하여 굴착토 물성을 개선하는 쏘일 컨디셔닝(soil conditioning) 기법을 적용하며, 이를 통해 토압식 쉴드 TBM을 적용할 수 있는 지반의 범위를 확장할 수 있다. 본 연구에서는 쏘일 컨디셔닝을 위한 첨가제로 주로 사용되는 폴리머를 대체할 수 있는 바이오폴리머(biopolymer)의 일종인 잔탄검(xanthan gum)의 적용성을 검토하였다. 바이오폴리머란 생물학적 기원으로 생성된 폴리머로써 모두 생분해가 가능하다. 환경에 유해한 성분을 함유하고 있는 일반 폴리머(폴리아크릴산계 폴리머)와 달리 잔탄검은 유독성이 거의 없고 환경에 미치는 영향이 적어 친환경 소재로 각광받고 있다. 슬럼프 시험을 통해 유사한 워커빌리티(workability)를 보이는 시험조건을 선정하고, 실내 가압 베인전단 시험을 통해 유동학적(rheological) 특성을 평가하였다. 유사한 슬럼프 값을 보이더라도 잔탄검의 함유량이 증가할수록 유동곡선(flow curve)상에 첨두강도가 감소하는 경향이 나타났으며, 이를 통해 잔탄검 함량과 첨두강도 사이의 상관관계를 도출하였다. 일반 폴리머를 잔탄검으로 대체한다면 환경친화적이라는 장점과 더불어 장비 부하를 감소시켜 안정적인 TBM 운용이 가능할 것이다.