• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권9호
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• pp.3068-3084
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• 2021

Investigations of large commercial aircraft impact effect on nuclear power plant (NPP) buildings have been drawing extensive attentions, particularly after the 9/11 event, and this paper aims to experimentally assess the damage and vibrations of NPP buildings subjected to aircraft crash. In present Part I, two shots of reduce-scaled model test of aircraft impacting on NPP building were carried out. Firstly, the 1:15 aircraft model (weighs 135 kg) and RC NPP model (weighs about 70 t) are designed and prepared. Then, based on the large rocket sled loading test platform, the aircraft models were accelerated to impact perpendicularly on the two sides of NPP model, i.e., containment and auxiliary buildings, with a velocity of about 170 m/s. The strain-time histories of rebars within the impact area and acceleration-time histories of each floor of NPP model are derived from the pre-arranged twenty-one strain gauges and twenty tri-axial accelerometers, and the whole impact processes were recorded by three high-speed cameras. The local penetration and perforation failure modes occurred respectively in the collision scenarios of containment and auxiliary buildings, and some suggestions for the NPP design are given. The maximum acceleration in the 1:15 scaled tests is 1785.73 g, and thus the corresponding maximum resultant acceleration in a prototype impact might be about 119 g, which poses a potential threat to the nuclear equipment. Furthermore, it was found that the nonlinear decrease of vibrations along the height was well reflected by the variations of both the maximum resultant vibrations and Cumulative Absolute Velocity (CAV). The present experimental work on the damage and dynamic responses of NPP structure under aircraft impact is firstly presented, which could provide a benchmark basis for further safety assessments of prototype NPP structure as well as inner systems and components against aircraft crash.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.28-36
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• 2021

콘크리트 구조물의 내부의 매립된 철근은 부동태 피막으로 인해 부식으로부터 보호된다고 알려져 있다. 구조물의 경제적인 내구수명 산정을 위해 부식 발생 시기를 지연시키거나 초기 부식 시점을 평가하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 3 가지 수준의 피복두께(60 mm, 45 mm, 30 mm), 물-시멘트 비(40.0%, 50.0%, 60.0%), 염화물 농도(0.0%, 3.5%, 7.0%)를 고려한 콘크리트 시편을 대상으로 부식 모니터링을 수행하였는데, 한천(Agar) 기반 소켓 형식 센서를 활용하여 OCP를 측정하였다. OCP 측정 시 습윤 조건에서는 전위가 감소하고 건조 조건에서는 감소된 전위가 일부 회복하는 거동을 확인하였다. 모든 물-시멘트 비에서 피복두께가 30 mm의 경우 가장 낮은 OCP값이 측정되었으며, 피복두께가 30 mm에서 45 mm로 증가할 때 빠르게 OCP가 회복하였다. 이는 피복두께가 염화물 이온의 침투에 효과적인 방어기구로 작용하기 때문이다. 염화물 농도가 증가함에 따라 물-시멘트 비의 영향보다 피복두께에 대한 영향이 더 지배적인 경향을 보이는 것으로 도출되었다. 시편의 해체 후 추가적인 모니터링과 염화물량의 평가를 수행하면 제안된 부식 모니터링 기법의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.71-77
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• 2019

지지력이 큰 하부지반에 구조물의 하중을 전달하기 위한 방안으로 말뚝기초가 대부분 적용되고 있다. 이 연구에서는 접합부에 보강되는 철근량에 따라 반복하중 하에서 프리캐스트공법과 철근 및 속채움 콘크리트로 말뚝머리부를 보강한 철근콘크리트 말뚝(HPC)과 기초 접합부 거동을 실험을 통해 평가하였다. 철근량에 변화에 따라 제작된 두 종류의 접합부 실험체의 균열패턴과 파괴거동은 유사한 수준으로 평가되었다. 철근량 1.77배 증가에 기인하여 BS-H25 실험체는 BS-H19 실험체에 비해 최고하중은 약 1.47배 증가하였지만 연성비는 정가력시 76%, 부가력시 70% 수준을 나타내었다. 강성감소는 접합부 철근 항복 이후 BS-H19 실험체와 BS-H25 실험체는 정가력시 초기강성의 약 66% ~ 71% 수준으로 부가력시 54% ~ 57% 수준으로 감소되었고 BS-H25 실험체가 평균 13% 높은 강성값을 나타내었다. 극한하중 상태에서의 BS-H19와 BS-H25 실험체의 누적 에너지 소산량은 사용하중 상태에 비해 약 5.5배 및 6.6배 큰 값으로 측정되었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권1호
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• pp.67-74
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• 2021

본 논문에서는 노후화된 PSC I형 교량을 대상으로 철근부식에 대한 구조적 안전성을 평가하였다. 대상 PSC I형 교량은 실제 구조물을 참고하여 철근을 배근하고 해석 시 콘크리트의 파괴와 철근의 항복을 고려하였다. 한국시설안전공단 정밀안전진단의 교량 평가 기준을 참고하여 철근노출면적률과 철근부식률로 구분하여 총 32가지의 철근부식 시나리오를 구성하였다. 철근노출은 교량의 바닥판 하부 인장철근이 콘크리트 피복 탈락에 의해 노출된 것으로 가정하였다. 각 시나리오별 해석 결과, PSC I형 교량의 안전율과 내하율은 철근노출면적률과 철근부식률이 증가함에 따라 감소하였다. 철근부식률이 50% 이상일 경우는 모든 철근노출면적률에 대해서 안전성등급을 세밀하게 분석할 필요가 있었으며, 철근부식률 57%이상인 경우는 철근노출면적률에 관계없이 모두 E등급으로 산정되었다. 철근노출면적률 2%에 대해서 상관도 분석을 실시한 결과,철근부식률이 약 55.8% 까지는 A등급, 56.9% 까지는 C등급, 58.5% 까지는 D등급, 58.5% 이상인 경우 E등급으로 평가되었다. 본 연구를 통해 노후화된 교량에 대한 철근부식의 정량적인 구조적 안전성 평가가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.169-176
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• 2021

본 연구에서는 고온가열 이후의 탄소 보강근의 잔류 부착 강도 평가를 위하여 상온, 150℃에 따른 부착실험을 수행하였으며, 탄소 보강근과의 비교를 위한 D10 및 D13 철근도 고온 가열한 이후 잔류 부착 강도를 평가하였다. 실험 결과, 150℃ 가열 이후 탄소 보강근의 부착 강도는 상온 대비 약 9.94% 감소하였다. 반면 가열 이후 D10 철근 및 D13 철근 모두 탄소 보강근 대비 부착 강도 감소율이 적게 나타났다. 또한 온도 가열 이후 최대부착 강도에서 발생한 슬립도 탄소 보강근과 철근 모두 줄어드는 경향을 보였다. 이를 통해 고온가열에 따른 부착 강도와 슬립 감소의 상관관계를 확인하였으며, 부착-슬립 곡선을 나타내었다. 최종적으로는 실험 결괏값을 상대부착 강도로 나타냄으로써 가열 이후 탄소 보강근 및 철근의 잔류 부착성능을 확인하고자 하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권12호
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• pp.19-28
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• 2022

벽체 배면에 발생한 공동은 벽체의 안정성에 악영향을 줄 수 있다. 본 연구의 목적은 실내 실험을 통해 콘크리트 벽체 배면에 발생한 공동을 마이크로폰을 이용하여 평가하는 방법을 개발하는 것이다. 철근이 매설된 콘크리트 판과 건조토를 이용하여 콘크리트 벽체 구조물과 배면의 흙을 모사하였으며, 속이 빈 반구형 플라스틱 통을 콘크리트 판과 건조토 사이에 설치하여 벽체 배면의 공동을 모사하였다. 누설 탄성 표면파는 해머로 콘크리트 판을 타격하여 발생시켰으며, 마이크로폰을 이용하여 측정하였다. 획득한 마이크로폰 신호의 고유주파수를 분석하여 공동이 존재하는 구역을 평가하였다. 공동이 존재하는 구역에서는 콘크리트 판의 굽힘 진동 거동에 의하여 1차 고유주파수가 감소하였다. 또한 1차 고유주파수에 해당하는 진폭은 공동에서 멀어질수록 감소하였으며, 철근에 인접한 측점에서는 더 큰 감소폭을 보였다. 본 연구는 마이크로폰이 콘크리트 벽체 배면에 발생한 공동의 위치를 평가하기 위해 유용하게 이용될 수 있음을 보여준다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권1A호
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• pp.183-190
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• 2006

2거더교를 위한 장지간 바닥판의 설계에서 바닥판의 안전성과 사용성을 만족시키면서 두께를 줄여 자중을 최소화하는 것은 중요한 요소 중의 하나이다. 이 논문에서는 2거더교를 위한 횡방향 프리스트레스트 콘크리트 바닥판의 설계 최소두께와 배근상세를 안정성, 사용성을 고려하여 제시하였다. 대상 교량은, 실용적인 2거더교를 대표할 수 있는 교량으로, 교량길이 40 m의 단순교이다. 대상교량의 바닥판의 지간을 4 m~12m로 변화시켜 가며 분석하였다. 바닥판의 이방성 거동을 고려하여 최소단면을 일방향 슬래브로 설계하고, 균열폭과 피로강도를 평가하였으며, 처짐제한을 충족시킬 수 있는 최소 수준의 두께와 비교하였다. 연구결과, 피로내구성의 확보를 위해서는 직경 16 mm이하의 철근을 사용하는 것이 좋으며, 지간이 8 m를 넘는 장지간 바닥판은 처짐에 대한 사용성이 두께 결정의 지배적 요소임을 확인하였다. 또한, 현행 도로교 설계기준의 배력 철근량 규정을 적용하면 지간 4 m 이상의 바닥판에서는 지간 3 m 이하의 바닥판에서 기대되는 정도의 교축방향의 구조적 연속성을 확보할 수 없는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.5-14
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• 2024

철근 콘크리트 교량 바닥판은 차량 하중과 우수침투 등으로 가장 먼저 손상이 발생하며 제설염화물 등으로 인한 철근 및 기타 금속 부재가 부식되면서 콘크리트 열화가 주로 발생한다. 교량 바닥판의 시공 상태 및 포장 내부 바닥판의 열화는 지표투과레이더(ground-penetrating radar, GPR) 탐사 자료를 이용하여 평가하고 있다. 교량의 콘크리트 열화 상태를 평가하기 위해서는 철근의 위치 및 열화 지점을 정확하게 파악하기 위한 GPR 자료 해석 기술 개발이 필요하다. GPR 탐사에서는 지반 매질의 레이더파 전파 속도 차이에 의한 반사 및 회절파 신호를 취득한다. 그러므로 이 연구에서는 GPR 탐사 자료를 이용해서 지반 매질의 레이더파 전파 속도를 추정하고 교량 바닥판의 열화를 평가하기 위한 완전파형역산(full-waveform inversion, FWI) 기술을 개발하였다. 개발된 FWI 기술의 적용성은 콘크리트 박리 및 철근 부식과 같은 교량 바닥판 열화현상을 보여주는 GPR 속도 모델을 만들어서 수치 실험을 수행하여 검증하였다. 합성 GPR 자료로 역산한 결과 교량 바닥판의 철근 위치와 열화 지점을 역산으로 계산된 속도 영상으로 확인할 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권4호
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• pp.503-514
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• 2011

본 연구에서는 콘크리트채움 U형 합성보와 H형강 기둥 십자형 합성접합부의 내진상세를 제시하고, 2개의 실물대 실험체를 설계/제작하여 강구조내진기준의 표준실험절차에 따라 내진성능을 평가하였다. 주요 실험체 구성요소는 춤 450mm(실험체 A) 및 550mm(실험체 B) U형 강재보, 두께 165mm의 골데크플레이트 위에 타설된 콘크리트 바닥슬래브, U형보의 완전합성작용을 하기 위한 전단스터드, 부모멘트 전달을 위한 4개의 주철근 및 H형강 기둥에 정착을 위한 용접커플러 그리고 접합부 보강을 위한 보강판으로 구성된다. 순수 강재 보-기둥 접합부와 상이한 U형 합성접합부의 독특한 특성을 고려하여, 지진하중 하에서 내진성능에 결정적 영향을 미치는 보-기둥 접합부의 용접부 취성파단, 강판의 국부좌굴, 주철근의 휨좌굴, 콘크리트 압괴 등의 한계상태가 적절히 제어되도록 실험체를 설계하였다. 강구조내진기준의 지진하중 가력프로그램에 따른 실험결과, 설계에서 의도한 바와 같이 여러 한계상태가 적절히 제어되어 실험체 A 및 B는 각각 6% 및 6.8% 라디안에 이르는 매우 뛰어난 층간변형능력을 발휘하였다. 이는 특수모멘트골조에 요구되는 4% 라디안 수준을 충분히 상회하는 만족스런 층간변형능력이다. 특히 접합부 강화전략에 의해 제안된 합성접합부 상세는 설계에서 의도한 것과 같이 소성힌지를 보강단부로서 밀어냄으로서 취약할 수 있는 보-기둥 용접접합부를 효과적으로 보호하였다. 실험체 A의 최종 파괴모드는 6.0% 층간변위에서 발생한 보강단부에 인접한 냉간성형 코너부의 점진적 저사이클피로에 의한 하부플랜지의 파단에 의해 발생하였다. 한편, 실험체 B는 8.0%의 높은 수준의 층간변위에서 발생한 볼트이음부 파단에 의해 내력을 상실하였다.