• Smart Structures and Systems
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• 제31권3호
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• pp.213-227
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• 2023

A passive prismatic-shaped isolation platform (PIP) is proposed to realize enhanced quasi-zero stiffness (QZS) effect. The design concept uses a horizontal spring to produce a tunable negative stiffness and installs oblique springs inside the cells of the prismatic structure to provide a tunable positive stiffness. Therefore, the QZS effect can be achieved by combining the negative stiffness and the positive stiffness. To this aim, firstly, the mathematical modeling and the static analysis are conducted to demonstrate this idea and provide the design basis. Further, with the parametric study and the optimal design of the PIP, the enhanced QZS effect is achieved with widened QZS range and stable property. Moreover, the dynamic analysis is conducted to investigate the vibration isolation performance of the proposed PIP. The analysis results show that the widened QZS property can be achieved with the optimal designed structural parameters, and the proposed PIP has an excellent vibration isolation performance in the ultra-low frequency due to the enlarged QZS range. Compared with the traditional QZS isolator, the PIP shows better performance with a broader isolation frequency range and stable property under the large excitation amplitude.

• Smart Structures and Systems
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• 제31권3호
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• pp.283-299
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• 2023

Structural stability of floating platforms has long since been a crucial issue in the field of marine engineering. Excessive motions would not only deteriorate the operating conditions but also seriously impact the safety, service life, and production efficiency. In recent decades, several control devices have been proposed to reduce unwanted motions, and an attractive one is the tuned heave plate (THP). However, the THP system may reduce or even lose its effectiveness when it is mistuned due to the shift of dominant wave frequency. In the present study, a novel adaptive tuned heave plate (ATHP) is proposed based on inerter by adjusting its inertance, which allows to overcome the limitation of the conventional THP and realize adaptations to the dominant wave frequencies in real time. Specifically, the analytical model of a representative semisubmersible platform (SSP) equipped with an ATHP is created, and the equations of motion are formulated accordingly. Two optimization strategies (i.e., J₁ and J₂ optimizations) are developed to determine the optimum design parameters of ATHP. The control effectiveness of the optimized ATHP is then examined in the frequency domain by comparing to those without control and controlled by the conventional THP. Moreover, parametric analyses are systematically performed to evaluate the influences of the pre-specified frequency ratio, damping ratio, heave plate sizes, peak periods and wave heights on the performance of ATHP. Furthermore, a Simulink model is also developed to examine the control performance of ATHP in the time domain. It is demonstrated that the proposed ATHP could adaptively adjust the optimum inertance-to-mass ratio by tracking the dominant wave frequencies in real time, and the proposed system shows better control performance than the conventional THP.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1C호
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• pp.31-40
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• 2008

본 연구에서는 지진하중을 받는 Single Column/Shaft의 내진해석으로 의사정적해석법을 적용하였으며 해석상에서 지반의 비선형 거동특성을 나타내는 다양한 수평방향 하중전이특성(p-y 곡선, Bi-linear 곡선)를 이용하여 지반-말뚝의 상호작용을 고려하였다. 비선형 지반모델을 적용한 해석은 지반-말뚝 시스템의 지진거동을 간편히 예측할 수 있었으며 동일한 해석조건에서 응답변위법에 의한 Single Column/Shaft의 수평거동이 진도법에 근거하여 산정한 해석결과보다 크게 예측되었다. 두부경계조건과 상대강성이 Single Column/Shaft의 단면력에 미치는 영향을 분석하기 위해 다양한 지반모델에 대한 변수연구를 수행한 결과, 두부경계가 고정이고 말뚝강성이 감소할수록 수평변위가 작은 것으로 나타났으며, JRA의 Bi-linear 지반모델을 적용한 해석은 Single Column/Shaft의 수평거동을 비교적 정확히 예측하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권3A호
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• pp.383-390
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• 2008

교량의 하부구조에 프리캐스트 공법을 적용하기 위해 제안된 조립식 교각은 강관과 강봉을 연결구조로 활용하였으며, 강봉에 긴장력을 도입하여 교각의 일체화를 도모하였다. 제안된 조립식 교각 시스템을 적용하여 교각 실험체를 제작하였으며, 준정적 실험을 수행하였다. 실험결과, 교각 실험체의 파괴모드는 휨파괴로 나타났으며, 이음부에서의 손상은 발생하지 않았다. 또한 강봉에 도입된 긴장력으로 변형에 대한 복원능력이 우수하며, 교각의 연성능력이 내진설계기준을 만족하는 것을 확인하였다. 실험체를 대상으로 비선형 유한요소해석을 수행하였으며, 해석기법의 타당성을 검증하였다. 조립식 교각의 하중-변위 관계와 균열발생 위치에 대한 해석결과가 실험결과와 일치함을 확인함으로서 해석방법의 타당성을 확인하였다. 조립식 교각의 강재비, 강봉에 도입되는 긴장력, 콘크리트의 강도를 변수로 하여 비선형유한요소해석을 수행하였다. 해석결과를 통하여 제안된 조립식 교각 시스템의 적절한 수준의 강재비와 강봉에 도입되는 긴장력 등을 정성적으로 평가하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2A호
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• pp.261-271
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• 2006

앞 편의 논문에서 제안된 수치해석을 토대로 외부 비부착 강선에 의해 보강된 PSC 부재에 영향을 주는 여려 인자들을 분석하였다. 설계과정에서 반드시 고려되어야 할, 편향부에서의 미끌림, 편향부의 개수, 콘트리트의 시간의존적 변형, 긴장재의 응력이완, 그리고 하중이력의 영향과 같은 많은 설계변수들을 검토하였으며, 설계변수들의 연구를 통해 중요한 결과들을 얻었다. 나아가 최적 강선 배치형상이 작용하는 하중 형태에 의존하므로 외부 비부착 강선의 배치형%에 따른 구조물의 거동을 파악하기 위해 분석하였다. 이를 통해 편향부의 위치와 하중의 위치가 일치할 때 가장 안정적인 구조물의 거동을 보임을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.255-264
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• 2009

본 연구에서는 2-Arch 터널의 3차원 거동 메카니즘에 관한 내용을 다루었다. 이를 위해 도심지 지하철에 적용된 2-Arch 터널을 고려하였으며 3차원 유한요소해석을 수행하여 좌우 터널의 이격거리, 지반조건, 토피고 등에 대한 매개변수연구를 실시하였다. 해석결과 토대로 다양한 조건에 대한 터널 천단침하 및 쇼크리트 응력, 중앙기둥 작용하중 등을 중점으로 분석하였으며, 그 결과를 토대로 좌우 터널 이격거리, 지반조건, 토피고에 따른 2-Arch 터널의 거동 메카니즘을 고찰하였다. 그 결과 숏크리트 라이닝 응력 및 중앙 기둥 작용하중은 후행터널 시공에 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며 터널관통지층이 취약할 경우 후행터널이 선행터널의 거동에 영향을 미치는 영향거리가 증가하는 것으로 분석되었다. 본 논문에서는 해석 결과를 토대로 2-Arch 터널의 시공중 변위 및 숏크리트 라이닝 응력 변화 경향에 대한 구체적인 내용을 기술하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제12권3호
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• pp.223-237
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• 2010

본 연구에서는 화재에 의한 콘크리트의 단면손실과 역학적 특성을 저하하는 주요 요인 가운데 온도증가율, 즉 초기가열구배를 변화시키면서 모의화재실험을 수행하였다. 그리고 수행된 모의화재실험에서 관찰된 단면손실을 모사하기 위하여 요소제거모델을 활용한 유한요소해석법에 의해 열전달해석을 수행하였다. 이때 모의화재실험결과와 수치해석결과가 가장 일치하는 대류열전달계수를 반복적인 해석과정을 통해 도출하였다 이상의 과정으로부터 얻어진 초기가열구배에 따른 대류열전달계수의 변화를 조사한 결과, 각 초기가열구배별 대류열전달계수의 변화는 분수함수 형태로 근사시킬 수 있었다. 최종적으로 모의화재실험으로부터 도출된 초기가열구배별 대류열전달계수의 변화 결과를 내삽하여 다양한 초기가열구배에 따른 화재경과시간별 대류열전달계수의 변화를 추정할 수 있는 수식을 함께 제시하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권4C호
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• pp.175-183
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• 2010

대구경 말뚝의 수평 하중전이 거동 및 변형 해석을 위해 수평하중전이 해석법(p-y 곡선법)이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는, 기존 p-y 해석법의 단점을 보완하기 위하여, 지반의 연속성을 고려한 수평 지반저항력 산정법을 고찰하였으며, 3차원 유한요소 해석을 이용하여 수평하중을 받는 말뚝의 연속체 모델링을 수행하였다. 이를 바탕으로 심도별 말뚝 주변부 발생응력을 바탕으로 하중전이 함수를 산정하고 지반 연속성에 영향을 주는 인자들을 매개변수 연구를 통해 검증하였다. 현장재하시험 사례와의 비교분석 결과, 말뚝 주변부 지반응력을 이용한 유한요소 해석방법은 기존 p-y 곡선에 비해 수평하중을 받는 말뚝의 하중전이 거동을 보다 정확히 예측할 수 있음을 확인하였다. 따라서, 수평하중을 받는 대구경, 대심도 말뚝 설계 시, 신뢰성 있는 수평하중전이 함수의 산정이 중요하며, 지반연속성을 고려하면 보다 경제적인 설계를 할 수 있음을 알 수 있었다.

• 국제학술발표논문집
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• The 9th International Conference on Construction Engineering and Project Management
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• pp.1130-1137
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• 2022

The Industry Foundation Classes (IFC) provides standardized product models for the building construction domain. However, the current IFC schema has limited representation for infrastructure. Several studies have examined the data schema for road and highway modeling, but not in a sufficiently comprehensive and robust manner to facilitate the overall integrated project delivery of road projects. Several discussions have focused on slope engineering for road projects, but no solution has been provided regarding the formalized parametric modeling up to now. Iterative design, analysis, and modification are observed during the process of slope design for road projects. The practitioners need to carry out the stability analysis to consider different road design alternatives, including horizontal, vertical, and cross-section designs. The procedure is neither formalized nor automated. Thus, there is a need to develop the formal representation of the product and process of slope analysis for road design. The objective of this research is to develop a formal representation (i.e., an IFC extension data schema) for slope analysis. It consists of comprehensive information required for slope analysis in a structured manner. The deliverable of this study contributes to both the formal representation of infrastructure development and, further, the automated process of slope design for road projects.

• Geomechanics and Engineering
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• 제31권4호
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• pp.385-393
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• 2022

Previous studies postulated insignificant capillary rise (h_c) effect above the water table (H_w) for unsaturated soils. In addition, these studies utilised dry unit weight above H_w. This paper, therefore, addresses the effect of these postulations on strength where the influence of h_c using a modified upper bound approach, Discontinuity Layout Optimization (UNSAT-DLO) for a simulated soil was predicted. Two different parametric studies to model passive earth pressure and bearing capacity problems are carried out to provide an insight into the effect of capillary rise on strength. Significant increase in strength, owing to unsaturated conditions, was obtained where the maximum increase was when suction slightly less or greater than the air entry suction. On the other hand, the results showed a negative effect of h_c. For example, up to 8.24% decrease in passive thrust (P_p) was obtained at H_w=0 m when h_c rose 1 m from 0 m. To put this into perspective, this was equivalent to a decrease of about 2° in 𝜙 at H_w=0 m and h_c =0 m in order to obtain the same result at h_c =1 m. For the bearing capacity problem, the effect was seen to be higher, up to 18.4% decrease in N_𝛾 was obtained when h_c rose from 0 m to 2.5 m at H_w =0 m. In addition, the results revealed a negative influence of assigning dry unit weight above H_w or h_c.. However, considerable increase in strength was obtained when unsaturated unit weight above h_c was assigned.