• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.119-128
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• 2016

성능기반 설계에서 구조물의 안정성은 손상 상태와 이를 수치화한 손상 지수에 의해 평가한다. 지상 구조물에 대해서는 이들이 비교적 명확하게 정의되어 있으나 지중 구조물에 대한 연구 수행 사례는 매우 제한적이다. 본 연구에서는 국내 지하철 시스템에 널리 사용되는 박스형 개착식 터널에 작용하는 지진하중에 의한 손상 상태와 손상 지수를 일련의 비탄성 프레임 해석을 통하여 규명하였다. 터널의 3 단계 손상 상태는 구조물에 발생한 소성 힌지의 수에 의해 정의하였다. 손상 지수는 터널 구조 부재의 탄성 모멘트와 항복 모멘트의 비로 정의하여 탄성 해석만으로도 비탄성 거동과 파괴 메커니즘의 모사가 가능하도록 하였다. 또한 손상 지수를 자유장 전단 변형률의 함수로도 제시하였다. 전단 변형률은 1 차원 지반응답해석으로 쉽게 계산할 수 있으므로 이를 이용하여 간편하게 박스형 터널의 초기 내진 안정성 평가가 가능할 것으로 판단된다. 보다 일반적이고 보편적인 적용성 확보를 위해서는 추후 포괄적인 해석을 수행하여 다양한 형태의 터널과 지반에서의 전단 변형률 분포와 불확실성에 대한 연구가 진행되어야 할 것이다. 본 연구에서 제시된 터널 내진설계를 위한 손상 상태, 손상 지수, 그리고 전단파 속도 및 전단변형률 간의 상호관계 플래트폼은 새로운 아이디어를 담고 있으며 추후 설계에 널리 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권4호
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• pp.31-40
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• 2017

본 연구에서는 하천제방이 홍수 때를 대비한 임시적인 기능이 크나 영구구조물이라는 기능적 특성과 길이가 매우 길다는 구조적 특성을 감안하여, 제방의 지진취약도를 간편하게 평가할 수 있는 방안을 검토하였다. 제방의 지진 시 주된 파괴모드가 제체 및 기초지반의 과잉간극수압 증가로 야기되는 지반의 강도감소 및 액상화로 인한 제체 침하인 점에 착안하여, 2차원 형태의 제방단면을 1차원으로 간주하고 액상화 가능 지수를 산정한 후, 그 결과를 지진 시 하천제방의 취약도와 연관시키는 방안을 검토하였다. 지진으로 야기된 제방 정상부의 변위와 제방의 지진취약도와의 관계를 기존 연구결과로부터 획득하였고, 2차원 동적 유효응력해석을 수행하여 산정한 제방 정상부 변위와 1차원 지진응답해석 결과를 기초로 산정한 액상화 가능 지수와의 상관관계를 검토하였다. 이러한 상관관계와 연계하여, 궁극적으로 액상화 가능 지수와 제방 지진취약도와의 연관성을 검토한 결과, 액상화 가능 지수를 이용한 국내 하천제방의 지진취약도를 평가하는 방법이 적용성이 있는 것으로 판단되었다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제11권5호
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• pp.61-69
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• 2007

본 연구의 목적은 하부층에 필로티 구조, 상부층에 전단벽식구조를 가진 저층 철근콘크리트 건물의 내진설계 및 내진성능 평가를 위한 기본적인 자료를 제공하는 것으로서, 비선형 지진응답해석을 실시하여 각 층의 내력과 연성율 사이의 상관관계를 파악하여, 이것들의 비율이 건물 전체의 내진성능에 어떻게 영향을 미치는가를 검토하였다. 본 연구에서는 필로티 구조를 가진 저층 철근콘크리트 전단벽식 건물의 특성을 2질점계로 치환하였으며, 하부층인 필로티 구조는 휨파괴형으로 상부층인 전단벽식 구조는 전단파괴형 시스템으로 각각 모델링하였다. 또한 각층의 복원력 특성으로는 필로티 구조는 Degrading Trilinear Model(휨파괴형), 상부층은 Origin Oriented Model(전단파괴형)을 선정하였다. 상기 복원력 특성은 각 층의 보유내력에 의하여 변화를 하며, 지진응답해석용 입력지진파로는 8개의 피해지진의 가속도 성분을 선정하여 이들 가속도 성분의 최대가속도를 0.1g, 0.2g, 0.3g로 표준화 하였다. 각각 지진강도수준에 따라 지진 응답해석을 실시하여 하부층 필로티 구조와 상부층 전단벽식 구조의 내력비와 응답 연성율 사이의 상관관계를 파악하였다. 최종적으로 특정 연성율을 위한 필로티 구조를 가진 저층 철근콘크리트 전단벽식 건물의 요구내력을 산정하여 요구내력 스펙트럼(Required Strength Spectrum)을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 요구내력스펙트럼은 특정 지역에서 요구하는 지진수준에 대하여 지진발생시 특정 연성율 이내로 머물게 하는 하한내력의 범위를 파악할 수 있는 등, 연구결과는 필로티 구조를 가진 철근콘크리트 전단벽식 건물의 내진성능평가 및 내진설계의 기본적인 자료로서 활용 가능하다고 사료된다.

• Earthquakes and Structures
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• 제10권5호
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• pp.989-1012
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• 2016

The structural dynamic behavior and yield strength considering both ductility and strain rate effects are analyzed in this article. For the single-degree-of-freedom (SDOF) system, the relationship between the relative velocity and the strain rate response is deduced and the strain rate spectrum is presented. The ductility factor can be incorporated into the strain rate spectrum conveniently based on the constant-ductility velocity response spectrum. With the application of strain rate spectrum, it is convenient to consider the ductility and strain rate effects in engineering practice. The modal combination method, i.e., square root of the sum of the squares (SRSS) method, is employed to calculate the maximum strain rate of the elastoplastic multiple-degree-of-freedom (MDOF) system under uniform excitation. Considering the spatially varying ground motions, a new response spectrum method is developed by incorporating the ductility factor and strain rate into the conventional response spectrum method. In order to further analyze the effects of strain rate and ductility on structural dynamic behavior and yield strength, the cantilever beam (one-dimensional) and the triangular element (two-dimensional) are taken as numerical examples to calculate their seismic responses in time domain. Numerical results show that the permanent displacements with and without considering the strain rate effect are significantly different from each other. It is not only necessary in theory but also significant in engineering practice to take the ductility and strain rate effects into consideration.

• 한국지반공학회논문집
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• 제31권4호
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• pp.57-66
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• 2015

지진에 대한 사면 재해도 작성 시 일반적으로 Newmark 활동블록 이론에 기초한 변위 추정식이 사용된다. 하지만 기존에 제안된 추정식들은 활동면에서의 동적 응답을 고려하지 않고 제방, 흙댐, 매립지 등 비교적 완만한 경사의 지반구조물을 대상으로 제안되었으며 산사면과 같이 경사진 기반암에 토사층이 피복된 경우에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 산사면의 지형적 특성을 모사한 2차원 비선형 동적해석을 수행하여 이의 동적 응답 특성을 분석하였다. 지진 시 산사면의 영구변위는 활동면에서 계산된 등가가속도를 Newmark 활동블록 방법에 적용하여 계산하였다. 이와 같이 계산된 영구변위는 본 연구에서 제안된 간편 변위 추정식과 비교하여 정확도를 평가하였다. 검토 결과, 산사면의 기하학적 증폭은 입력 지진의 세기와 주기, 토층의 고유주기에 영향을 크게 받으므로 이를 고려하지 않는 기존의 경험식은 영구변위를 정확하게 예측하지 못하는 것으로 나타났다. 변위 예측식의 정확도는 최대지반가속도, 최대지반속도, Arias 진도, 평균주기와 토층의 고유주기가 고려될 경우 현격하게 향상되는 것으로 분석되었으며 이를 기반으로 하여 새로운 변위추정식이 제시되었다. 나아가 본 연구에 제안된 변위추정식은 산사태 재해 위험도 예측에 적용되어 정확성이 검증되었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제66권2호
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• pp.217-227
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• 2018

In the last decades, valuable results have been reported regarding conventional passive, active, semi-active, and hybrid structural control systems on two-dimensional and a few three-dimensional shear buildings. In this research, using a three-dimensional finite element model of high-rise concrete structures, designed by performance based plastic design method, it was attempted to construct a relatively close to reality model of concrete structures equipped with Tuned Mass Damper (TMD) by considering the effect of soil-structure interaction (SSI), torsion effect, hysteresis behavior and cracking effect of concrete. In contrast to previous studies which have focused mainly on linearly designed structures, in this study, using performance-based plastic design (PBPD) design approach, nonlinear behavior of the structures was considered from the beginning of the design stage. Inelastic time history analysis on a detailed model of twenty-story concrete structure was performed under a far-field ground motion record set. The seismic responses of the structure by considering SSI effect are studied by eight main objective functions that are related to the performance of the structure, containing: lateral displacement, acceleration, inter-story drift, plastic energy dissipation, shear force, number of plastic hinges, local plastic energy and rotation of plastic hinges. The tuning problem of TMD based on tuned mass spectra is set by considering five of the eight previously described functions. Results reveal that the structural damage distribution range is retracted and inter-story drift distribution in height of the structure is more uniform. It is strongly suggested to consider the effect of SSI in structural design and analysis.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.976-983
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• 2023

연구목적: 지진하중을 받는 교량 구조물의 동적 거동은 지진파의 특성 혹은 재료 및 기하학적 특성과 같은 많은 불확실성에 영향을 받는다. 하지만 모든 불확실성 인자가 교량 구조물의 동적 거동에 중요한 영향을 미치진 않는다. 영향성이 낮은 불확실성 인자까지 고려한 확률론적 내진성능 평가는 많은 계산비용이 요구되기 때문에 교량의 동적 거동에 미치는 영향을 고려하여 불확실성 인자는 식별되어야 한다. 따라서 본 연구는 I형 곡선 거더를 갖는 단경간 교량의 동적 거동에 영향을 미치는 주요 매개변수를 식별하기 위해 전역민감도 분석을 수행하였다. 연구방법: 지진파의 불확실성과 곡선 교량의 재료 및 기하학적 불확실성을 고려하여 유한요소 해석을 수행하였으며 해석결과를 기반으로 대리모델을 작성하였다. 결정계수와 같은 성능평가지료를 이용하여 대리모델을 평가하였으며 최종적으로 대리모델 기반의 전역 민감도 분석을 수행하였다. 연구결과: 지진하중을 받는 I형 곡선 거더의 응력응답에 가장 큰 영향을 미치는 불확실성 인자는 최대지반가속도(PGA), 교각의 높이(h), 강재의 항복응력(fy) 순으로 나타났다. PGA, h, fy의 주효과 민감도 지수는 각각 0.7096, 0.0839, 0.0352로 나타났으며 총 민감도 지수는 각각 0.9459, 0.1297, 0.0678로 나타났다. 결론: I형 곡선 거더의 응력응답은 입력운동의 불확실성에 대한 영향성이 지배적이며 각 불확실성 인자 사이의 교호작용에 큰 영향을 받는다. 따라서 입력운동의 개수 및 intensity measure과 같은 입력운동의 불확실성에 대한 추가적인 민감도 분석과 곡선거더의 개수 및 곡률과 같은 구조적 불확실성까지 고려한 총 민감도 분석은 필요하다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.123-133
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• 2003

사면안정 신뢰성 해석을 통해 다양한 불확실성을 체계적으로 모델링할 수 있는 실용적 인 확률통계 기법을 제시한다. 새로운 제안식은, 지반성질의 확률적 특성화를 위해 공간적 변화와 공간평균으로 인한 분산감소뿐만 아니라 통계 및 측정오차까지도 고려하였다. 지진하중의 불확실성은 인공지진파를 대량으로 생성하고 이를 응답해석에 이용함으로써 반영하였다. 예제 해석결과, 한반도와 같이 지진이 활발하지 않은 지역(중약진 지진대)에서는 일반적 수준의지반성질 변화특성화가 지진위험도 특성화만큼이나 사면 파괴 위험도와 과도한 사면변형 계산값에 영향을 준다는 결론에 도달하였다.

• 한국가스학회지
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• 제6권1호
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• pp.46-51
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• 2002

지하철 공사나 도로 공사에서는 다양한 건설장비의 사용으로 인해 발생되는 진동이 가스관에 직$\cdot$간접적으로 영향을 미치고 있다. 특히, 매설가스관은 매설된 위치와 근접한 곳에서 시행되는 발파로 인한 진동영향이 큰 상태이다. 매설가스관 근처의 발파작업시 발생되는 진동에 대한 응답을 해석하기 위해서 등가선형해석법을 적용하여 지반의 비선형거동을 구현하였다. 해석 결과, 매설가스관에서의 가속도 응답치는 실측치와 근사한 결과를 보였고, Peak치 발생시간도 실측치와 거의 일치하였다. 그러므로 매설가스관의 동적해석을 할 때 일반적인 지진해석 메카니즘의 적용이 가능함을 알 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권3호
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• pp.71-79
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• 2023

지진이 발생한 후 구조물의 안전성을 평가하기 위해 모든 교량 및 건축물에 지진가속도 및 변위를 계측하는 유지관리시스템을 구축하기는 효율적이지 않아, 이를 유지관리하기 위해서는 현장조사가 시행되며 조사범위가 넓은 경우 많은 시간이 소요된다. 그로 인해 2차 피해가 발생할 우려가 있으므로 신속한 개별 구조물의 안전성을 추정할 필요가 있다. 구조물의 지진 손상은 구조물에 인가된 지진력 정보와 구조해석모델을 이용하여 위험도평가 해석을 통해 예측할 수 있다. 이를 위해 지진 발생 시 임의위치에서 발생한 지진력을 추정할 필요가 있다. 본 연구에서는 국내 지진계측 기록과 선형추정방법 및 인공신경망 학습 방법을 활용한 임의위치의 지반 응답스펙트럼 및 가속도시간이력을 추정하는 방법들을 제안하고 적용성을 평가하였다. 선형추정방법의 경우 추정에 사용되는 인근 관측소의 위치가 가까울 경우 오차가 적었지만 멀어질 경우 오차가 크게 증가하였다. 인공신경망 학습 방법의 경우 동일한 조건에서 더 낮은 수준의 오차로 추정할 수 있었다.