• Geomechanics and Engineering
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• 제35권2호
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• pp.195-208
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• 2023

The nodular diaphragm wall (NDW) is a novel type of foundation with favorable engineering characteristics, which has already been utilized in high-rise buildings and high-speed railways. Compared to traditional diaphragm walls, the NDW offers significantly improved vertical bearing capacity due to the presence of nodular parts while reducing construction time and excavation work. Despite its potential, research on the vertical bearing characteristics of NDW requires further study, and the investigation and visualization of its displacement pattern and failure mode are scant. Meanwhile, the measurement of the force component acting on the nodular parts remains challenging. In this paper, the vertical bearing characteristics of NDW are studied in detail through the indoor model test, and the displacement and failure mode of the foundation is analyzed using particle image velocimetry (PIV) technology. The principles and methods for monitoring the force acting on the nodular parts are described in detail. The research results show that the nodular part plays an essential role in the bearing capacity of the NDW, and its maximum load-bearing ratio can reach 30.92%. The existence of the bottom nodular part contributes more to the bearing capacity of the foundation compared to the middle nodular part, and the use of both middle and bottom nodular parts increases the bearing capacity of the foundation by about 9~12% compared to a single nodular part of the NDW. The increase in the number of nodular parts cannot produce a simple superposition effect on the resistance born by the nodular parts since the nodular parts have an insignificant influence on the exertion and distribution of the skin friction of NDW. The existence of the nodular part changes the displacement field of the soil around NDW and increases the displacement influence range of the foundation to a certain extent. For NDWs with three different nodal arrangements, the failure modes of the foundations appear to be local shear failures. Overall, this study provides valuable insights into the performance and behavior of NDWs, which will aid in their effective utilization and further research in the field.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.209-222
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• 2024

토압식(Earth Pressure Balance) 쉴드 TBM (Tunnel Boring Machine)은 기계화 터널 굴착 공법 중 이수식(Slurry) 쉴드 TBM에 비하여 슬러리 처리 시설을 필요하지 않아 설비가 간단하고 진동과 소음이 적어 최근에 터널 시공에 널리 사용되고 있다. 토압식 쉴드 TBM으로 터널 굴착 시 첨가제를 활용하여 굴착토 물성을 개선하는 쏘일 컨디셔닝(soil conditioning) 기법을 적용하며, 이를 통해 토압식 쉴드 TBM을 적용할 수 있는 지반의 범위를 확장할 수 있다. 본 연구에서는 쏘일 컨디셔닝을 위한 첨가제로 주로 사용되는 폴리머를 대체할 수 있는 바이오폴리머(biopolymer)의 일종인 잔탄검(xanthan gum)의 적용성을 검토하였다. 바이오폴리머란 생물학적 기원으로 생성된 폴리머로써 모두 생분해가 가능하다. 환경에 유해한 성분을 함유하고 있는 일반 폴리머(폴리아크릴산계 폴리머)와 달리 잔탄검은 유독성이 거의 없고 환경에 미치는 영향이 적어 친환경 소재로 각광받고 있다. 슬럼프 시험을 통해 유사한 워커빌리티(workability)를 보이는 시험조건을 선정하고, 실내 가압 베인전단 시험을 통해 유동학적(rheological) 특성을 평가하였다. 유사한 슬럼프 값을 보이더라도 잔탄검의 함유량이 증가할수록 유동곡선(flow curve)상에 첨두강도가 감소하는 경향이 나타났으며, 이를 통해 잔탄검 함량과 첨두강도 사이의 상관관계를 도출하였다. 일반 폴리머를 잔탄검으로 대체한다면 환경친화적이라는 장점과 더불어 장비 부하를 감소시켜 안정적인 TBM 운용이 가능할 것이다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제37권10호
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• pp.1278-1286
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• 2008

본 연구는 MC와 저분자량 유화제 Tween 20 간의 경쟁 흡착 현상이 MC 유화액(1 wt% MC, 10 wt% n-tetradecane, 20 mM bis-tris, pH 7)의 안정도(크리밍 안정도 및 orthokinetic stability) 특성에 미치는 영향을 구명하고자 수행하였다. 크리밍 특성 변화는 시료 유화액의 크리밍 프로화일 및 지방구 평균 이동 속도($V_m$) 등을 비교하였고, orthokinetic stability는 전단시간(shear time)에 대한 지방구 크기 변화를 측정하여 평가하였다. 지방 함량을 달리하여(1$\sim$30wt%) 제조한 Tween 20 무첨가 MC 유화액의 경우 지방구 평균 이동 속도($V_m$)로 표현된 크리밍 안정도는 유화액 중 지방구 크기에 의존하는 경향을 보였다. 즉 지방구 크기가 클수록 안정도는 낮은 것으로 나타났다[$V_m$: 0.326 $\mu$m $min^{-1}$ ($d_{32}$: 0.32 $\mu$m)${\rightarrow}V_m$: 0.551 $\mu$m $min^{-1}$ ($d_{32}$: 0.53 $\mu$m)]. Tween 20을 첨가할 경우 MC 유화액의 크리밍 안정도는 Tween 20을 첨가하지 않은 경우보다 낮았고(0.2 wt% Tween 20 첨가 제외), 낮은 첨가 농도에서 가장 낮은 안정도를 보였으며, 농도가 증가할수록 안정도는 회복되는 것으로 관찰되었다[$V_m$: 0.598 $\mu$m $min^{-1}$(0.01 wt%)${\rightarrow}V_m$: 0.389 $\mu$m $min^{-1}$(0.2wt%)]. MC 유화액 연속상의 점도를 측정한 결과 이러한 크리밍 안정도 변화는 연속상의 점도 변화 경향과 잘 일치하고 있었다(Stokes 법칙에 잘 따름). 따라서 Tween 20을 함유하는 유화액의 크리밍에 대한 안정도는 물/기름 계면에서 일어나는 MC/Tween 20 간 경쟁흡착에 의하여 수용액 상으로 이탈된 MC 농도에 의존되고 있음을 알 수 있었다. 유화 불안정화 시간($t_d$)으로 평가한 orthokinetic stability의 경우 Tween 20 첨가에 의하여 MC 유화액의 유화 안정도는 낮아 졌으며, 유화제 첨가 농도의 증가와 더불어 더욱 낮아지는 경향을 보였다[$t_d$: 160 min(0.03 wt%)${\rightarrow}t_d$: 100 min(0.2wt%)]. Tween 20은 계면 흡착 MC를 수용액 상으로 이탈시키므로 Tween 20을 함유한 MC 유화액의 orthokinetic stability 특성은 MC load에 지수 함수적으로 의존됨을 확인할 수 있었다. 결론적으로 MC 유화액에 Tween 20을 첨가할 경우 유화안정도에 영향을 미칠 수 있으며 그 정도는 첨가한 Tween 20의 농도에 의존되는 특성을 보였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.305-330
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• 2023

쉴드TBM 터널은 NATM 터널과 달리 라이닝이 세그먼트로 분절되어 있다. 따라서 라이닝에 동일 하중이 발생되어도 NATM 터널 라이닝과 쉴드TBM 터널 라이닝의 응력 분포가 다르게 발생된다. 쉴드TBM 터널에서 라이닝에 발생되는 응력을 분석하는 대표적 방법은 연결부를 고려하지 않는 강성일체법과 링간 이음 및 세그먼트 연결을 고려하는 2링 빔스프링 모델이 있다. 본 연구는 라이닝 분절 Segmentaion을 고려한 Break-joint Mode 해석 방법이지만 세그먼트 라이닝 연결부의 구조적 역할을 고려하지 않고 마찰력 성분인 수직강성과 전단강성 만 도입된 쉘 인터페이스 요소를 이용한 모델링을 적용하여 진동하중 발생 시 라이닝의 응력 및 변위에 대한 응답결과를 분석했다. 토압 등 정적 하중에 대해 천 정부에서 가장 큰 응력이 발생되는 강성일체법과 달리 본 연구의 해석방법에 의해 발생된 세그먼트 라이닝 응력 분포는 세그먼트 연결부가 집중된 천정부 Key 세그먼트에서 가장 작은 응력이 발생하였고 연결부를 경계로 응력의 분포가 뚜렷이 구분되었다. 그리고 정적 해석 결과는 강성일체법에 발생된 라이닝 응력이 본 연구 방법에 의해 발생된 세그먼트 라이닝의 응력에 비해 최대 7배의 큰 응력이 발생되었다. 이러한 결과는 세그먼트 연결부를 고려한 기존의 2링 빔-스프링 모델의 응력분포 양상과 일치하는 결과다. 그러나 열차 진동하중에 대한 응력값은 Break-joint Mode로 해석한 본 연구방법의 응력이 강성일체법에 비해 더 큰 응력을 발생되었다. 이는 짧은 부재들의 조합으로 이루어진 세그먼트 Ring이 원주방향으로 일체로 되어 부재의 길이가 상대적으로 더 긴 강성일체법 결과에 비해 더 작은 응력이 발생되는 정역학적 개념과 상이한 결과다. 진동하중에 대해 Break-joint Mode에서 세그먼트 라이닝에 응력이 더 크게 발생된 원인은 부재의 고유주기, 감쇠비 등 동역학적 요인의 차이보다는 열차 진동하중에 대해 라이닝에 발생되는 변위의 차이에 기인하는 것으로 판단되지만 이에 대한 증명은 추후의 과제로 남겨두었다. 본 연구 방법의 Break-joint Mode를 이용하면 정지상태의 열차 하중에 의해 발생되는 라이닝의 응력과 변위값을 비교하여 쉴드TBM 터널의 충격계수(DIF)를 비교적 간단하게 추정할 수 있다. 본 연구는 쉴드TBM 터널의 Segmentaion을 고려한 3차원 모델링으로 추후 지진파 등 다양한 하중조건의 검토를 통해 기존 해석방법 결과와 비교하여 모델링의 추가적 신뢰성을 확보할 필요가 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.73-80
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• 2022

본 연구에서는 공장에서 L형강을 이용하여 선조립한 NRC 보와 NRC 기둥을 현장에서 볼트 조립하는 NRC 보-기둥접합부 상세를 개발하였다. 개발된 접합부 상세는 NRC-J형과 NRC-JD형이다. NRC-J형은 NRC 기둥 측면의 강재 플레이트와 NRC 보의 엔드플레이트의 측면과 하부면에 TS볼트로 인장접합하는 방식이다. NRC-JD형은 전단에 대해서 NRC 보와 NRC 기둥의 측면을 고력볼트접합하고, 휨에 대해서 접합부를 관통하는 철근연결재와 보의 보강재를 겹침이음하도록하는 강접합 방식이다. 접합부 내진성능평가를 위하여, 두 가지 NRC 보-기둥 접합부 상세를 가지는 NRC-J 실험체, NRC-JD 실험체와 RC 보-기둥 접합부 상세를 가지는 RC-J 실험체 등 3개의 실험체를 제작하였다. 반복횡하중가력 실험결과, 모든 실험체의 최종 파괴형상은 보-기둥 접합면에서 보의 휨파괴로 나타났다. 정가력에 의한 실험체 최대내력은 RC-J 실험체에 비하여 NRC-J 실험체와 NRC-JD 실험체가 각각 10.1%, 29.6% 크게 나타났다. 두가지 NRC 접합부 상세 모두 KDS 기준(KDS 41 3100)의 합성중간모멘트골조 모멘트접합부에서 요구되는 최소 총층간변위각 0.03 rad 이상의 연성능력을 확보는 것으로 평가되었다. 부재각 5.7%에서 NRC-J실험체, NRC-JD 실험체가 RC실험체에 비해 약 34.8%, 61.1% 큰 누적 에너지 소산능력을 보유하고 있었다. NRC 보-기둥 접합부의 실험내력이 KDS 기준식에 의한 이론내력에 비하여 30%~53% 큰 것으로 평가되어, 기준식이 보유성능을 안전측으로 평가하였다.