• Earthquakes and Structures
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• 제26권4호
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• pp.261-267
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• 2024

With the increase in the exploitation depth of offshore oil and gas, it is possible to control the global buckling of deep-sea pipelines by the snake lay method. Previous studies mainly focused on the analysis of critical buckling force and critical temperature of pipelines under the snake-like laying method, and pipelines often suffer structural failure due to seismic disasters during operation. Therefore, seismic action is a necessary factor in the design and analysis of submarine pipelines. In this paper, the seismic action of steel pipes in the operation stage after global buckling has occurred under the active control method is analyzed. Firstly, we have established a simplified finite element model for the entire process cycle and found that this modeling method is accurate and efficient, solving the problem of difficult convergence of seismic wave and soil coupling in previous solid analysis, and improving the efficiency of calculations. Secondly, through parameter analysis, it was found that under seismic action, the pipe diameter mainly affects the stress amplitude of the pipeline. When the pipe wall thickness increases from 0.05 m to 0.09 m, the critical buckling force increases by 150%, and the maximum axial stress decreases by 56%. In the pipe soil interaction, the greater the soil viscosity, the greater the pipe soil interaction force, the greater the soil constraint on the pipeline, and the safer the pipeline. Finally, the pipeline failure determination formula was obtained through dimensionless analysis and verified, and it was found that the formula was accurate.

• Earthquakes and Structures
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• 제18권4호
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• pp.423-435
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• 2020

An accurate evaluation of structural damage is essential to performance-based seismic design for the structure across the earth fissure. By comparing the calculation results from three commonly used damage models and the experimental results, a weighted combination method using Chen model was selected in this paper as the seismic damage evaluation. A numerical model considering the soil-structure interaction (SSI) was proposed using ABAQUS software. The model was calibrated by comparing with the experimental results. The results from the analysis indicated that, for the structure across the earth fissure, the existence of earth fissure changed the damage distribution of the structural members. The damage of structural members in the hanging wall was greater than that in the foot wall. Besides, the earth fissure enlarged the damage degree of the structural members at the same location and changed the position of the weak story. Moreover, the damage degree of the structure across the earth fissure was greater than that of the structure without the earth fissure under the same excitation. It is expected that the results from this research would enhance the understanding of the performance-based seismic design for the structure across the earth fissure.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제22권1호
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• pp.33-52
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• 2006

Three-dimensional description of building structure taking into consideration soil-structure interaction is a very complex problem and solution of this problem is often obtained by using finite element method. However, this method takes a significant amount of computational time and memory. Therefore, an efficient computational model based on subdivision of the structure into building elements such as wall and floor slab elements, plane and three-dimensional joints and lintels, that could provide accurate results with significantly reduced computational time, is proposed in this study for the analysis three-dimensional structures subjected to dynamic load. The examples prove the efficiency and the computing possibilities of the model.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권12호
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• pp.5963-5973
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• 2011

현재 사용되고 있는 소일네일링 구조물에 관한 설계 및 해석법들은 실내모형실험이나 원형실험 또는 수치해석 결과를 바탕으로 주변지반과 보강네일 사이의 상호작용 메카니즘을 달리 적용함으로서 서로 다른 안전율을 제시하고 있다. 이러한 해석법들은 네일의 강성도나 지반조건 등이 가정된 바와 같이 잘 일치할 경우에는 합리적인 설계법이 될 수 있다. 하지만 이와 조건이 다른 경우 부적절한 결과를 가져올 가능성이 크다. 따라서, 본 연구에서는 원심모형시험기를 사용하여 소일네일링 구조물의 거동과 파괴메카니즘에 관한 매개변수적 실험을 실시하였다. 매개변수적 실험에서는 네일의 길이 및 설치각, 네일과 전면판의 강성도 등을 다양하게 변화시키면서 모형 벽체가 파괴될 때까지 중력수준을 증가시키는 자중실험을 실시하였다. 실험으로부터 얻어진 결과를 바탕으로 매개변수의 변화에 따른 영향, 파괴메카니즘 등을 비교분석하였다. 원심모형실험 결과와 현재 사용되고 있는 방법들과 비교 검토함으로서 기존 방법들에 대한 타당성을 검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권6호
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• pp.17-28
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• 2022

동적 하중 재하시 지반-구조물 상호작용 확인을 위해 진동대 실험이 많이 시행됐으나, 대부분 단자유도 상부 구조물과 단말뚝을 적용한 진동대 실험이 주를 이루고 있다. 이에 본 연구에서는 다자유도 구조물과 군말뚝을 적용한 대형진동대 실험을 통해, 상부 구조물의 관성 상호작용 영향을 분석하였다. 실험 결과, 단일 진동수에서의 증폭 경향을 나타내는 단자유도 구조물과는 다르게 다자유도 구조물에서는 다수의 진동수 구간에서 시간-가속도 발생 경향 및 응답 주파수의 유사성과 증폭 경향이 나타났다. 또한, 벽체 구조물에 비하여 기둥 구조물에서의 기초판과 상부 구조물과의 증폭현상이 더 크게 발생하여 기둥 구조물에 의한 관성 상호작용 효과가 더 큰 것으로 판단된다. 그리고 기초판에서의 전단력 및 관성력 관계, 상대 수직 변위 및 상대 수평 변위 관계와 심도별 동적 p-y 곡선에 대한 분석을 수행하였다. 분석 결과, 다자유도 구조물에서는 단자유도 구조물과는 상이한 거동을 나타내고 있으며, 벽체보다 기둥 구조물의 관성 상호작용의 효과가 더 큰 것으로 나타났다.

• Earthquakes and Structures
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• 제8권1호
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• pp.275-304
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• 2015

The objective of this paper is to investigate the validity of transmitting boundaries in dynamic analysis of soil-structure interaction problems. As a case study, the proposed Baghdad metro line is considered. The information about the dimensions and the material properties of the concrete tunnel and surrounding soil were obtained from a previous study. A parametric study is carried out to investigate the effect of several parameters including the peak value of the horizontal component of earthquake displacement records and the frequency of the dynamic load. The computer program (Mod-MIXDYN) is used for the analysis. The numerical results are analyzed for three conditions; finite boundaries (traditional boundaries), infinite boundaries modelled by infinite elements (5-node mapped infinite element) presented by Selvadurai and Karpurapu, 1988), and infinite boundaries modelled by dashpot elements (viscous boundaries). It was found that the transmitting boundary absorbs most of the incident energy. The distinct reflections observed for the "fixed boundaries" disappear by using "transmitted boundaries". This is true for both cases of using viscous boundaries or mapped infinite elements. The type and location of the dynamic load represent two controlling factors in deciding the importance of using infinite boundaries. It was found that the results present significant differences when earthquake is applied as a base motion or a pressure load is applied at the surface ground. The peak value of the vertical displacement at nodes A, B, E and F (located at the tunnel's crown and side walls, and at the surface above the tunnel and at the surface 6.5 m away from tunnel's centre respectively) increases with the frequency of the surface pressure load for both cases 1 and 2 (traditional boundaries and mapped infinite elements respectively) while it decreases for case 3 (viscous boundaries). The modular ratio Ec/Es (modulus of elasticity of the concrete lining to that of the surrounding soil) has a considerable effect on the peak value of the horizontal displacement at node B (on the side wall of the tunnel lining) increase about (17.5) times, for the three cases (1, 2, and 3).

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.17-31
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• 2011

본 연구에서는 흙막이 굴착 공사시 지하수저하에 의한 주변 지반의 공학적 거동에 관한 수치해석 연구내용을 다루었다. 먼저 2차원 간극수압-응력 연계해석을 통하여 굴착공사가 지반침하 거동에 미지는 영향을 알아보았으며 그 결과를 토대로 벽체 수평변형, 벽체배변 변형, 소성변형률 분포, 유효응력분포 및 버팀보 축력분포 등을 분석을 수행하였다. 한편 다양한 지층조건과 초기 지하수위 조건에 대한 매개변수 연구를 통하여 주변지반 및 버팀보의 거동을 분석하였으며 해석 결과를 토대로 특정조건의 최대 지반변형범위를 제안하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.19-29
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• 2009

본 연구에서는 실제 붕괴가 발생한 토류벽을 대상으로 해석 기법에 따른 시공단계별 거동특성을 분석하기 위하여, 단계별 굴착에 따른 토류벽의 변위, 휨모멘트, 토압분포, 예상 활동 파괴면을 수치해석을 통해 분석하였다. 특히 수치해석에 사용되는 해석기법으로, 벽계와 지반의 상호작용이 고려되는 전단강도 감소기법과 상호작용을 고려하지 않는 탄소성 해석으로 나누어 해석기법에 따른 벽체의 거동 차이를 비교 하였다. 본 연구결과, 벽체의 휨모멘트와 토압은 해석기법에 따른 차이가 크지 않았지만, 지표 근처에서의 벽체 변위는 큰 차이를 나타냈다. 또한 실측 데이터와의 비교결과 탄소성 해석을 통한 해석 결과가 전단강도 감소기법을 통한 해석 결과보다 전체적으로 변위 및 파괴면 예측에서 과소 평가 되는 것으로 나타났다. 따라서, 전단강도 감소기법을 통한 유한요소 해석은 벽체의 시공 안정성 및 붕괴 후 원인 분석 등의 좀 더 세밀한 검토가 필요한 작업에서 유용하게 사용할 수 있으며, 탄소성 해석기법은 1차적인 설계 정도에 사용하여야 할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권11호
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• pp.83-95
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• 2017

본 연구는 절리가 형성된 암반지층에서 암석종류, 절리경사각, 토압계수 및 지하수조건을 달리할 때 굴착벽체에 발생하는 토압의 크기 및 분포에 대해서 조사하였다. 모형실험(Son and Park, 2014)에 근거하여 확장연구를 수행하였으며, 이 때 암반-구조 상호작용과 암반의 절리특성을 고려하기 위하여 개별요소법을 이용한 수치해석을 수행하였다. 본 연구로부터 굴착벽체에 작용하는 토압은 암석종류, 절리경사각 및 토압계수 뿐만 아니라 지하수조건에 의해서 크게 영향을 받는다는 것을 파악하였다. 이와 더불어 본 연구로부터 조사된 토압을 토사지반에 적용되는 Peck의 경험토압과 비교하였으며, 이를 통해 절리형성 암반지층 굴착벽체에 발생하는 토압은 토사지반에서 발생하는 토압과 크게 다를 수 있다는 것을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권11호
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• pp.43-55
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• 2018

인공동결공법은 일시적으로 지반의 강성을 높이고 투수계수를 낮추는 지반개량공법으로 지반에 적용가능하다. 하지만, 지하수 흐름과 지반의 불균질성은 동결구근 형성을 불확실하게 하여 공법에 대한 신뢰성을 저해한다. 동결지반 대한 열-수리 유한요소 해석 프로그램을 이용하여, 인공동결공법에서 지하수 흐름속도와 지반의 층상 비균질이 얼음벽 형성을 미치는 영향을 분석하였다. 지하수의 흐름은 원형의 동결구근을 원형에서 타원형을 변형시키며 얼음벽의 완성 소요시간을 증가시킨다. 기존의 이론식은 인접 동결구근의 열적 상호작용을 무시하여, 얼음벽의 완결시간과 한계유속을 과대 평가하였다. 수치해석 결과를 바탕으로 수정식을 제시하였으며 무차원 얼음벽 완결시간에 대한 제안식을 검증하였다. 층상의 비균질 지반에서 투수계수가 큰 지층의 두께와 상대적인 투수계수비는 얼음벽 완결시간과 한계 유속에 중요한 인자인 것으로 나타났다.