• 콘크리트학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.143-150
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• 2014

콘크리트의 압축파괴에 의한 취성적인 비틀림파괴와 사인장균열의 폭을 제한하기 위하여 콘크리트구조기준은 비틀림보강철근의 항복강도를 제한하고 있다. 2012년에 콘크리트구조기준에서는 비틀림보강철근의 항복강도를 400 MPa에서 500 MPa로 상향하였다. 그 이유는 500 MPa의 비틀림보강철근을 사용한 비틀림부재의 경우에도 전단파괴하는 부재와 유사하게 기준에서 요구하는 비틀림파괴모드, 사용성, 경제성을 만족시킬 수 있을 것으로 판단하였기 때문이다. 그러나 현재 고강도 비틀림보강철근을 사용한 비틀림부재에 대한 연구는 전단부재에 대한 연구에 비하여 부족한 실정이다. 이 연구에서는 340 MPa, 480 MPa, 667 MPa의 비틀림보강철근을 사용한 철근콘크리트 보의 비틀림거동을 실험적으로 평가하였다. 실험에 의하면 비틀림보강철근의 파괴모드는 비틀림보강철근의 항복강도와 콘크리트의 압축강도에 의하여 영향을 받았다. 비틀림보강철근의 항복강도가 400 MPa이하인 경우에는 콘크리트의 압축강도와 무관하게 한 곳 이상에서 비틀림보강철근이 항복강도에 도달하여 비틀림인장파괴하였지만, 항복강도가 480 MPa 이상인 경우에는 비틀림보강철근이 항복하지 않는 경우가 발생하여 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.59-78
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• 2024

현재 터널 시공 시 인접 구조물 및 지반의 침하를 기준으로 안정성을 평가하고 있지만, 지반의 전단변형은 터널 굴착 및 작용하중 변화에 따른 지반의 파괴메커니즘을 결정짓는 주요 인자로서 터널 굴착 시 안정성 검토 및 보강영역 산정에 활용할 수 있다. 본 연구에서는, 실내모형시험을 통해 도심지 연약지반에 병렬터널 굴착을 모사하여 병렬터널 굴착이 인접한 군말뚝 기초 및 인접 지반에 미치는 거동에 대해 분석하였다. 실내모형시험 시 근거리 사진계측을 활용하여 지중의 변위 및 지반의 전단변형을 구하고, 이를 바탕으로 2차원 유한요소 수치해석을 수행하였다. 역해석 결과 병렬터널의 필라부 수평이격거리 및 군말뚝 기초 선단부와 터널 천단부 사이 수직이격거리가 증가할수록 최대전단변형률이 감소하는 경향을 보였다. 필라부 수평이격거리가 증가할수록 두 번째 터널에 의해 첫 번째 터널 및 군말뚝 기초에 미치는 영향이 줄어들었다. 또한, 필라부 수평이격거리보다 군말뚝 기초 선단부와 터널 천단부 사이 수직이격거리가 지반의 전단변형률 결과에 미치는 영향이 상대적으로 더 큰 것으로 나타났다. 근거리사진계측과 수치해석 결과 인접 군말뚝 및 인접 지반의 침하는 설계 기준 이내로 측정되었으나, 지반의 전단변형률은 모든 Case에서 미소변형 범위를 벗어나 보강이 필요한 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.121-130
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• 1999

본 연구는 전응력 개념에 근거한 비등방경화 구성관계를 적용하여 유한요소해석을 수행하는 데 목적이 있다. 이에 대상문제에 적합한 비등방경화 구성관계를 개발하여 수학적으로 정식화하고 실험적으로 검증하였다. 동반논문에서는 유한요소해법의 정확도와 수렴성을 확보하도록 정식화하여 해석코드에 구현한 후 실제문제를 해석한다. 제안된 구성관계는 von Mises 형태의 파괴규준과 일반 등방경화규칙에 의거한 비등방경화규칙을 채택하여 비선형성과 비등방성이 심한 응력-변형률 관계를 모델하였다. 결과적으로 UU 삼축시험, 과압밀 상태에 대한 CU 삼축시험, $K_0$ 압밀조건의 주응력축 회전시 비등방적 거동에 대하여 검증할 수 있었다.

• Computers and Concrete
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• 제29권 6호
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• pp.393-405
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• 2022

Lightweight concrete is a superior material due to its light weight and high strength. There however remain significant lacunae in engineering knowledge with regards to shear failure of lightweight fiber reinforced concrete beams. The main aim of the present study is to investigate the optimum usage of steel fibers in lightweight fiber reinforced concrete (LWFRC). Multi-scale finite element model calibrated with experimental results is developed to study the effect of steel fibers on the mechanical properties of LWFRC beams. To decrease the amount of steel fibers, it is preferred to reinforce only the middle section of the LWFRC beams, where the flexural stresses are higher. For numerical simulation, a multi-scale finite element model was developed. The cement matrix was modeled as homogeneous and uniform material and both steel fibers and lightweight coarse aggregates were randomly distributed within the matrix. Considering more realistic assumptions, the bonding between fibers and cement matrix was considered with the Cohesive Zone Model (CZM) and its parameters were determined using the model update method. Furthermore, conformity of Load-Crack Mouth Opening Displacement (CMOD) curves obtained from numerical modeling and experimental test results of notched beams under center-point loading tests were investigated. Validating the finite element model results with experimental tests, the effects of fibers' volume fraction, and the length of the reinforced middle section, on flexural and residual strengths of LWFRC, were studied. Results indicate that using steel fibers in a specified length of the concrete beam with high flexural stresses, and considerable savings can be achieved in using steel fibers. Reducing the length of the reinforced middle section from 50 to 30 cm in specimens containing 10 kg/m3 of steel fibers, resulting in a considerable decrease of the used steel fibers by four times, whereas only a 7% reduction in bearing capacity was observed. Therefore, determining an appropriate length of the reinforced middle section is an essential parameter in reducing fibers, usage leading to more affordable construction costs.

• 터널과지하공간
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• 제32권6호
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• pp.568-585
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• 2022

본 연구에서는 3차원 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 열에 의한 미끄러짐 거동을 해석하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G에 참여하여 수행한 연구로, 해석대상은 한국건설기술연구원에서 수행된 saw-cut 균열 시료에 대한 열-역학적 하중 재하 실험 결과이다. 여기에서는 암석 시험편을 Voronoi 다면체의 집합체로 모델링하고, 개별요소법 코드인 3DEC을 통해 입자와 입자 간 경계면, 내부에 포함된 균열에서의 열-역학적 연계거동을 해석하였다. 주요 해석내용은 가열로 인한 암석 표면의 온도 분포, 열응력의 증가에 따른 주응력 변화, 균열의 전단변위와 수직변위이다. 해석 결과, 상기 수치모델은 실내실험에서 관찰된 열전달과 열손실 특성, 열에 의한 균열의 점진적 전단파괴 프로세스, 변위의 제한으로 인한 열응력의 증가 등을 합리적 수준에서 재현하고 있는 것으로 나타났다. 그러나 가열에 의한 전단파괴 시점, 열응력 증분과 변위 크기 등에서는 다소 차이를 보였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류 및 협력을 통해 지속적으로 개선, 검증할 예정이다.

• Computers and Concrete
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• 제22권3호
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• pp.337-353
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• 2018

The present study focuses on examining the structural behaviour of steel-fibre-reinforced concrete (SFRC) beams under high rates of loading largely associated with impact problems. Fibres are added to the concrete mix to enhance ductility and energy absorption, which is important for impact-resistant design. A simple, yet practical non-linear finite-element analysis (NLFEA) model was used in the present study. Experimental static and impact tests were also carried out on beams spanning 1.3 meter with weights dropped from heights of 1.5 m and 2.5 m, respectively. The numerical model realistically describes the fully-brittle tensile behaviour of plain concrete as well as the contribution of steel fibres to the post-cracking response (the latter was allowed for by conveniently adjusting the constitutive relations for plain concrete, mainly in uniaxial tension). Suitable material relations (describing compression, tension and shear) were selected for SFRC and incorporated into ABAQUS software Brittle Cracking concrete model. A more complex model (i.e., the Damaged Plasticity concrete model in ABAQUS) was also considered and it was found that the seemingly simple (but fundamental) Brittle Cracking model yielded reliable results. Published data obtained from drop-weight experimental tests on RC and SFRC beams indicates that there is an increase in the maximum load recorded (compared to the corresponding static one) and a reduction in the portion of the beam span reacting to the impact load. However, there is considerable scatter and the specimens were often tested to complete destruction and thus yielding post-failure characteristics of little design value and making it difficult to pinpoint the actual load-carrying capacity and identify the associated true ultimate limit state (ULS). To address this, dynamic NLFEA was employed and the impact load applied was reduced gradually and applied in pulses to pinpoint the actual failure point. Different case studies were considered covering impact loading responses at both the material and structural levels as well as comparisons between RC and SFRC specimens. Steel fibres were found to increase the load-carrying capacity and deformability by offering better control over the cracking process concrete undergoes and allowing the impact energy to be absorbed more effectively compared to conventional RC members. This is useful for impact-resistant design of SFRC beams.

• 터널과지하공간
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• 제22권3호
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• pp.205-213
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• 2012

본 연구에서는 $30^{\circ}$ 경사진 층리면을 가진 이방성 암반내 위치한 쌍굴터널에서 터널간 이격거리와 터널 단면의 형상이 서로 다른 다섯 가지 모형에 대해 측압계수 2의 하중조건으로 축소모형실험을 실시하였다. 실험을 통해 모형별 균열개시압력과 터널 주변지반의 변형거동을 조사하였으며, 이 조건들이 터널의 안정성에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보았다. 터널간 이격거리가 작은 모형일수록 필라에서는 층리면을 따른 전단파괴가 발생하였으며 낮은 압력수준에서 균열이 발생하여 터널의 안정성은 상대적으로 작은 것으로 평가되었다. 사심아치형, 원형, 반원아치형 터널 모형들에 대한 실험에서 반원아치형 터널이 가장 작은 균열개시압력을 보여 터널 안정성이 가장 작게 나타났으며, 원형 터널의 안정성이 가장 크게 나타났다. 또한, 사심아치형 터널의 변형거동은 원형 터널과 반원아치형 터널의 중간적인 형태를 나타내었으며 터널 안정성도 중간정도에 해당하였다. FLAC을 사용한 수치해석 결과는 모형실험의 결과와 정성적으로 부합하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제3권4호
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• pp.291-321
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• 2011

The paper describes a simple numerical FLAC model that was developed to simulate the dynamic response of two instrumented reduced-scale model reinforced soil walls constructed on a 1-g shaking table. The models were 1 m high by 1.4 m wide by 2.4 m long and were constructed with a uniform size sand backfill, a polymeric geogrid reinforcement material with appropriately scaled stiffness, and a structural full-height rigid panel facing. The wall toe was constructed to simulate a perfectly hinged toe (i.e. toe allowed to rotate only) in one model and an idealized sliding toe (i.e. toe allowed to rotate and slide horizontally) in the other. Physical and numerical models were subjected to the same stepped amplitude sinusoidal base acceleration record. The material properties of the component materials (e.g. backfill and reinforcement) were determined from independent laboratory testing (reinforcement) and by back-fitting results of a numerical FLAC model for direct shear box testing to the corresponding physical test results. A simple elastic-plastic model with Mohr-Coulomb failure criterion for the sand was judged to give satisfactory agreement with measured wall results. The numerical results are also compared to closed-form solutions for reinforcement loads. In most cases predicted and closed-form solutions fall within the accuracy of measured loads based on ${\pm}1$ standard deviation applied to physical measurements. The paper summarizes important lessons learned and implications to the seismic design and performance of geosynthetic reinforced soil walls.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.345-356
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• 2008

선행 연구에서는 할선강성에 대한 선형해석을 수행함으로써 편리하게 비탄성 설계를 할 수 있는 직접 비탄성 스트럿-타이 모델이 개발되었다. 본 연구에서는 기존 직접 비탄성 스트럿-타이 모델을 개선하여, 반복계산 없이 할선강성에 대한 한번의 선형해석으로 철근콘크리트 부재의 비탄성 설계를 수행할 수 있는 간략화된 직접 비탄성 스트럿-타이 모델 (simplified direct inelastic strut-and-tie model, 이하 S-DISTM)을 개발하였다. S-DISTM은 철근콘크리트 부재를 콘크리트 압축 스트럿과 철근 인장 타이로 모델링한다. 스트럿과 타이 요소는 설계자의 설계 전략에 따라 탄성강성 또는 할선강성의 선형 재료 모델을 사용한다. 스트럿과 타이 요소의 파괴 기준을 정의하기 위하여 콘크리트 압축파괴 및 철근 인장파단 등을 고려하였다. S-DISTM을 사용하여 깊은보, 연결보, 전단벽 등 다양한 전단지배 철근콘크리트 부재의 비탄성 설계를 수행하였고, 비탄성 설계로 결정된 철근양, 변형 능력 등을 기존 실험 결과와 비교하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제14권3호
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• pp.271-281
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• 2018

A jointed rock slope stability evaluation was simulated by a discontinuous deformation analysis numerical method to investigate the process and safety factors for different crack distributions and different overloading situations. An optimized method using Discontinuous Deformation Analysis for Rock Failure (DDARF) is presented to perform numerical investigations on the jointed rock slope stability evaluation of the Dagangshan hydropower station. During the pre-processing of establishing the numerical model, an integrated software system including AutoCAD, Screen Capture, and Excel is adopted to facilitate the implementation of the numerical model with random joint network. These optimizations during the pre-processing stage of DDARF can remarkably improve the simulation efficiency, making it possible for complex model calculation. In the numerical investigations on the jointed rock slope stability evaluations using the optimized DDARF, three calculation schemes have been taken into account in the numerical model: (I) no joint; (II) two sets of regular parallel joints; and (III) multiple sets of random joints. This model is capable of replicating the entire processes including crack initiation, propagation, formation of shear zones, and local failures, and thus is able to provide constructive suggestions to supporting schemes for the slope. Meanwhile, the overloading numerical simulations under the same three schemes have also been performed. Overloading safety factors of the three schemes are 5.68, 2.42 and 1.39, respectively, which are obtained by analyzing the displacement evolutions of key monitoring points during overloading.