• Smart Structures and Systems
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• 제33권3호
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• pp.189-199
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• 2024

To properly extract the strain components under varying operational conditions is very important in bridge health monitoring. The abnormal sensor readings can be correctly identified and the expected operational performance of the bridge can be better understood if each strain components can be accurately quantified. In this study, strain components under varying load conditions, i.e., temperature variation and live-load variation are evaluated based on field strain measurements collected from a real concrete box-girder bridge. Temperature-induced strain is mainly regarded as the trend variation along with the ambient temperature, thus a smoothing technique based on the wavelet packet decomposition method is proposed to estimate the temperature-induced strain. However, how to effectively extract the vehicle-induced strain is always troublesome because conventional threshold setting-based methods cease to function: if the threshold is set too large, the minor response will be ignored, and if too small, noise will be introduced. Therefore, an autoencoder framework is proposed to evaluate the vehicle-induced strain. After the elimination of temperature and vehicle-induced strain, the left of which, defined as the model error, is used to assess the operational performance of the bridge. As empirical techniques fail to detect the degraded state of the structure, a clustering technique based on Gaussian Mixture Model is employed to identify the damage occurrence and the validity is verified in a simulation study.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.11-22
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• 2018

철도터널의 방재시설 계획 시 터널의 안전성을 정량적 위험도 평가에 의해서 정량화하여 방재시설의 적정성 여부를 판단하도록 하고 있다. 이에 본 연구에서는 터널화재에 대한 정량적 위험도 평가 시 결과에 크게 영향을 미치는 화재열차의 터널 내 정차확률을 예측하는 방법을 제시하였다. 이를 위해서 열차의 주행저항계수를 고려하여 타력운전거리를 계산하기 위한 모델을 개발하였으며, 타력운전특성과 비상제동거리를 고려하여 몬테카를로 시뮬레이션 기법에 의해 터널연장 및 경사도, 초기주행속도를 변수로 하여 화재열차가 터널에 정차할 확률을 예측하였다. 타력운전거리의 예측을 위한 운동방정식은 KTX II의 주행저항계수를 반영하여 분석하였다. KTX II 열차의 경우, 타력운전거리는 상향경사의 터널에서는 경사도가 증가할수록 감소하나 하향경사구간에서는 정지하지 않고 계속하여 주행이 가능하다. 화재열차의 터널 내 정차확률은 열차의 주행속도가 증가할수록, 경사도가 낮을수록 감소하며, 고속열차(주행속도 250 km/h 이상)는 인적오류를 고려하지 않는 경우, 경사도 0.5% 이하의 터널에서는 화재 시 열차가 터널에 정차할 확률은 0%이고, 경사도가 증가하고 터널연장이 증가하면 정차확률은 급격하게 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.51-59
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• 2014

국내 토사 사면 불안정성의 일반적인 형태는 얕은 사면파괴와 토석류로 구분할 수 있다. 일반적으로 이러한 사면파괴는 장기간의 기후변화 영향에 의해 강우강도 및 지속시간에 의존성이 높아지고 있다. 본 연구는 전국 58개 기상관측소에서 최근 38년간 강우 관측 자료를 정량적(지속 시간별 최대강우강도로 분류)으로 이용하여 강우로 발생하는 자연사면의 안정성과 철도나 고속도로와 같은 수직하중이 재하되고 있는 토목섬유로 보강된 성토사면의 불안정성을 평가하고자 한다. 강우패턴에 따른 무한사면과 토목섬유 보강된 유한사면 안정해석은 1973년부터 2010년까지의 기간을 대략 10년 단위로 나누어 관측소별 지속시간에 따른 최대강우량을 산정하여 수행하였다. 기상관측소에서 최대강우강도를 사용하여 불포화 침투해석을 수행하여, 산사태 위험도를 10년 단위별 4단계에 걸쳐 등고선 지도로 나타내었다. 비록 지반조건을 화강풍화토의 평균적인 강도정수와 일반적인 경사로 일정하게 가정하였지만, 장기간 기상관측자료를 토대로 기후 변화에 따른 사면의 불안정성을 예측할 수 있었으며, 기상변화의 경향을 대비할 수 있는 지반구조물의 적절한 설계도움이 되리라 판단된다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2006년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.86-95
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• 2006

Brillouin backscatter is a type of reflection that occurs when light is shone into an optical fibre. Brillouin reflections are very sensitive to changes in the fibre arising from external effects, such as temperature, strain and pressure. We report here several case studies on the measurement of strain using Brillouin reflections. A mechanical bending test of an I beam, deployed with both fiber optic sensors and conventional strain gauge rosettes, was performed with the aim of evaluating: (1) the capability and technical limit of the DTSS technology for strain profile sensing; (2) the reliability of strain measurement using fiber optic sensor. The average values of strains obtained from both DTSS and strain gauges (corresponding to the deflection of I beam) showed a linear relationship and an excellent one-to-one match. A practical application of DTSS technology as an early warning system for land sliding or subsidence was examined through a field test at a hillside. Extremely strong, lightweight, rugged, survivable tight-buffered cables, designed for optimal strain transfer to the fibre, were used and clamped on the subsurface at a depth of about 50cm. It was proved that DTSS measurements could detect the exact position and the progress of strain changes induced by land sliding and subsidence. We also carried out the first ever distributed dynamic strain measurement (10Hz) on the Korean Train eXpress(KTX) railway track in Daejeon, Korea. The aim was to analyse the integrity of a section of track that had recently been repaired. The Sensornet DTSS was used to monitor this 85m section of track while a KTX train passed over. In the repaired section the strain increases to levels of 90 microstrain, whereas in the section of regular track the strain is in the region of 30-50 microstrain. The results were excellent since they demonstrate that the DTSS is able to measure small, dynamic changes in strain in rails during normal operating conditions. The current 10km range of the DTSS creates a potential to monitor the integrity of large lengths of track, and especially higher risk sections such as bridges, repaired track and areas at risk of subsidence.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.51-60
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• 2011

본 연구에서는 환경적인 요인으로 인한 성능저하현상으로 내구성 저하가 예상되는 건대-구의간 고가교의 현재 상태를 분석하고 내구성 저하로 인한 내구연한의 감소를 막기 위하여 고가교 구조물의 경량화를 통한 성능개선을 수행하고자 한다. 경량화 작업은 콘크리트 방음벽을 경량재 방음벽으로, 도상을 자갈도상에서 콘크리트 도상으로, 마지막으로 트라프를 경량화 함으로써 고가교 전체의 경량화를 유도한다. 이러한 고가교 경량화에 따른 정적 및 동적 거동 변화와 성능개선 효과를 분석하고, PSC I 형교 구간의 내하율 증진에 의한 구조안전성을 확인한다. 경량화 결과 구조물의 처짐이 2.6mm가 감소하고 1.07MPa의 인장응력이 감소된 것으로 평가되어 대상 구조물의 구조성능이 효과적으로 개선되었음을 알 수 있다. 고유진동수도 경량화에 따라 약 30% 증가하여 진동이 감소하고 동적거동이 향상되었다. 또한, 해석 및 계측 결과를 근거로 하여 대상교량의 내하력을 평가한 결과, 경량화에 따라 내하율이 1.82에서 1.93으로 증가하여 경량화에 따른 성능개선 효과가 우수한 것으로 판명되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.637-644
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• 2016

본 논문은 터널 환경 측정 시스템 개발 및 측정 I [1], II [2]의 후속논문이다. 본 연구의 대상이 되는 터널인 솔안터널은 백두대간을 관통하는 연장 16.7 km의 루프식 단선 터널로 산악지형에 위치하며 화물열차와 승객열차가 혼용인 일반철도 터널이다. 본 논문에서는 솔안터널의 환경 측정을 위하여 터널 내부에 3개의 위치에 설치된 환경 측정 장치에서 약 1년간 측정된 온도 및 습도를 분석하였다. 선행의 연구에서는 도심지 및 도심지 인근에 위치한 터널 내부에서 측정 결과 결과에 대하여 분석하였지만, 본 논문에서는 산악지형에 위치한 터널 내부에서 측정한 온도 및 습도 등을 외부에서의 기상 측정 결과와 비교한 것으로 선행 연구와 차별성을 지닌다. 솔안터널 내부에 측정된 온도 및 습도를 월별로 지역에서의 기상 측정 결과와 비교하였으며, 여름과 겨울을 대표하는 대표적인 일자에 대해서 철도터널에서의 시간별 온도 및 습도의 변화도 분석하였다. 또한 터널 내 측정 위치에 따른 환경 특성도 분석하였다. 본 연구에서 제시한 철도터널의 환경측정 분석 결과는 터널의 환기 및 화재 시뮬레이션 등 터널의 기류의 컴퓨터 해석 및 터널의 공기질 및 온열환경과 관련된 연구에 폭넓게 사용될 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권3호
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• pp.263-278
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• 2022

본 논문에서는 가소성 특성을 지니는 TBM 뒤채움재의 개발과 성능을 연구하기 위하여 실험한 내용을 다루고 있다. 쉴드 TBM 굴진 시 배면을 충전하는 방법으로 현재 LW 뒤채움재를 사용해오고 있는데, LW 뒤채움재는 강도 저하로 인한 침하발생, 지하수에 의한 재료분리, 가소성 저하와 같은 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 개발한 무기질계 가소성 뒤채움재의 성능을 분석하기 위해 실내시험과 모형실험을 수행하였다. 실내시험 결과, 무기질계 가소성 뒤채움재는 LW 뒤채움재 대비 재령 1시간의 일축압축강도가 12배 이상 높게 나타났고 블리딩률은 8.3배 이상 낮게 측정되었으며 플로우 값은 27배 이상 높게 나타났다. 이러한 결과로 미루어볼 때 무기질계 가소성 뒤채움재가 강도 저하, 재료분리, 주입성면에서 LW보다 성능이 우수한 것으로 판단된다. 또한 충전 성능을 분석하기 위해 모형 주입장치 시험기를 제작하였고, 수중에서 재료분리 발생여부를 육안으로 확인하였으며, LW 뒤채움재보다 ITB의 충전율이 20% 이상 높게 나타났다. 이는 무기질계 가소성 뒤채움재가 지하수에 의한 재료분리를 방지하며, 터널의 공동 발생을 억제시킬 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2D호
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• pp.299-309
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• 2006

철도의 고속화와 관련하여 궤도와 구조물의 진동 및 열차소음 등에 대한 대처가 중대한 과제가 되고 있다. 이에 대한 대책으로 궤도패드에 대한 저 탄성화를 제안하여 궤도시스템의 저 탄성화를 추구하고 있지만 곡선부 선로에서 열차의 주행안전을 저해하는 횡압에 의한 레일의 회전이 문제가 되고 있다. 따라서 궤도의 저 탄성화를 위해서는 열차의 주행안전성을 만족하는 궤도패드의 최소 수직 스프링계수의 결정이 매우 중요하다. 이러한 경향에 따라서 본 논문에서는 궤도패드의 최소 수직 스프링계수 결정을 위해 기존의 레일 회전에 관한 이론해와 궤도의 3차원 비선형 유한요소모델간의 결과를 비교 검토하여 열차의 주행안전성을 만족할 수 있도록 하였다. 해석 하중은 차량조건과 궤도조건을 고려한 윤중 횡압 추정식을 구성하여 안전측으로 산정한 하중과 일본의 신간선 하중을 비교 검토하여 궤도 모델에 적용하였다. 구조해석 결과 레일의 회전은 횡압/윤중비와 패드의 강성에 따라서 두 가지 구조해석 모델간 차이가 변화함을 확인하였고, 그 결과 중에서 안전측으로 패드의 최소 강성을 결정하였다.

• 한국항만경제학회지
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• 제37권4호
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• pp.127-144
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• 2021

본 연구 목적은 1990년 이후 2019년까지의 철도서비스 공급자인 철도청과 한국철도공사의 '철도통계 연보' 자료에 근거하여 서비스 요인을 도출하고, 그 서비스 요인이 철도수송 서비스 공급자의 대표적 경영성과 변수인 영업이익률에 미친 영향을 분석하고자 함에 있다. 특히, 한국철도공사 출범 이후인 2004년을 기점으로 전기(1990년~2003년)와 후기(2004년~2019년)로 연구 시기를 구분하여, 최근 10여년 간의 한국철도공사의 경영혁신이 공사로의 설립 목적에 부합하는 변화를 보였는지를 평가하는 실증적 연구라는 차원에서 학술적 의미가 있다. 본 연구 내용은 철도여객수송 서비스 품질에 관한 선행연구를 조사하고 한국철도공사의 경영성과 평과와 관련된 정부 발표자료 내용을 분석하였다. 실증분석 모델로서 분석기간 29년 동안의 철도여객수송 서비스 공급자의 운영·경영 활동 정보를 기초로 영업이익률을 종속변수로, 그리고 기반성, 경제성, 안전성, 연계성, 사업다양성의 서비스 요인변수를 설명변수로 이용하여 연구모형을 구축하였다. 연구 분석 결과에서 영업이익률은 기반성 요인이 구조적 개혁 또는 효율성 개선으로 향상된다는 점이다. 그리고 경제성 요인은 원가를 절감함으로써 영업이익률이 향상된다는 사실이다. 안전성 요인은 회귀계수의 유의한 설명력을 밝히지는 못하였지만, 그 영향력 부호는 예측과 같았다. 연결성 요인은 KTX 서비스 개시 전후, 변수가 미치는 영향력 차이가 드러났는데, 영업이익률에 미치는 영향력 방향이 전기에는 부에서 후기에는 정으로 변하였다. 이는 후기에 연결성 효과가 실제로 발휘될 수 있는 환경이었다고 해석된다. 수입다양성 요인은 종속기업투자지분과 정부보조금의 효과가 경영성과에 나타나지 않았다는 점도 확인된다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2011년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.1701-1708
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• 2011

지하철은 대표적인 교통수단으로 하루에도 수십만 명이 이용하고 있어 안전에 대한 관심이 높으며 지하철의 각종 기능실에서의 화재 등으로 이하여 지하철 이용자들에게까지 피해를 입을 수 있는 가능이 제기되고 있는 실정이다. 실제로 2010년에는 환기실에서의 화재로 환기구를 통해 연기 및 유해가스로 인해 인명 피해 및 열차 운행 중단사고 등의 사례까지 보도되기도 하고 있다. 이러한 사고에 대응하기 위해 지하철 역사의 경우에도 최신의 IT기술인 무선센서네트워크기술 및 지능형영상감시기술 등과 접목하여 화재 및 역사 건전성 등을 종합적으로 감시하는 도시철도지능형종합감시시스템 개발 및 연구 중에 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 개발 중인 도시철도 지능형 종합 감시시스템의 현장 역사 적용에 앞서 ZigBee 기반의 무선센서네트워크 성능 시험을 서울지하철 충무로 역사에서 수행하였고, 본 논문에 충무로역사 내부 통신기계실과 환기실, 전기실에서의 ZigBee기반 무선통신환경 시험결과를 정리, 분석하였다. (주)휴텍21에서 개발한 ZigBee 센서노드와 게이트웨이를 이용한 무선데이터 전송 시험 결과, 데이터 전송은 기능실 내의 각종 전자 및 기계설비로 인한 멀티패스 페이딩(multi-path fading)의 영향을 받는 것으로 나타났으며 통신기계실과 같이 여러 개의 작은 공간으로 구분되어진 곳에 대한 게이트웨이의 안테나 및 센서노드 설치 지점 선정 시 이를 고려하여야 할 것으로 판단된다.