• Wind and Structures
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• 제29권3호
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• pp.163-175
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• 2019

Multispan suspension bridges make a good alternative to single-span ones if the crossed strait or river width exceeds 2-3 km. However, multispan three-tower suspension bridges are found to be very sensitive to the wind load due to the lack of effective longitudinal constraint at their central tower. Moreover, at certain critical wind speed values, the aerostatic instability with sharply deteriorating dynamic characteristics may occur with catastrophic consequences. An attempt of an in-depth study on the aerostatic stability mode and damage mechanism of three-tower suspension bridges is made in this paper based on the assessment of strain energy and dynamic characteristics of three particular three-tower suspension bridges in China under different wind speeds and their further integration into the aerostatic stability analysis. The results obtained on the three bridges under study strongly suggest that their aerostatic instability mode is controlled by the coupled action of the anti-symmetric torsion and vertical bending of the two main-spans' deck, together with the longitudinal bending of the towers, which can be regarded as the first-order torsion vibration mode coupled with the first-order vertical bending vibration mode. The growth rates of the torsional and vertical bending strain energy of the deck after the aerostatic instability are higher than those of the lateral bending. The bending and torsion frequencies decrease rapidly when the wind speed approaches the critical value, while the frequencies of the anti-symmetric vibration modes drop more sharply than those of the symmetric ones. The obtained dependences between the critical wind speed, strain energy, and dynamic characteristics of the bridge components under the aerostatic instability modes are considered instrumental in strength and integrity calculation of three-tower suspension bridges.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.15-22
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• 2003

강관 내부 속채움한 현장타설말뚝에 대한 기존의 하중전이 측정에서는 강관의 변형률만 측정하고 콘크리트의 변형률은 강관과 동일하다고 가정하였으며, 시방서에 규정한 방법으로 구한 강관과 콘크리트의 탄성계수를 이용하여 말뚝 구성부재의 응력 및 축하중을 산정하였다. 그러나 강관의 변형률만 측정하여 강관과 콘크리트가 완전합성 거동하는 것으로 산정한 축하중은 실제 하중값과 상당한 차이를 보이고 있어 강관 내부 속채움한 현장타설말뚝의 거동을 정확히 분석할 수 없었다. 본 연구에서는 현장에서 제작한 콘크리트 공시체의 압축강도 시험을 통하여 탄성계수를 구하고 강재와 콘크리트의 변형률을 각각 측정할 수 있는 변형봉 센서를 이용하여 새로운 말뚝축하중 측정 방법을 제안하였다. 변형봉 센서를 사용하여 말뚝축하중을 산정할 경우 콘크리트의 탄성계수는 현장에서 제작한 콘크리트 공시체의 압축강도 시험에서 구하였으며, (0.2-0.6)$f_{ck}$의 응력 범위에 해당하는 평균접선기울기를 탄성계수로 사용하였다. 세 개의 현장타설말뚝에 대해 수행된 하중전이 측정 실험 결과를 이용하여 현장 적용성을 확인하였다. 변형봉 센서의 적용성은 대구경 현장타설말뚝에 대한 축하중 분포도를 통하여 확인하였는데, 말뚝머리에서 계산된 하중은 강관 내부속채움한 현장타설말뚝의 경우 실제작용하중에 비하여 -11∼-16% 오차를 나타내었으며, 현장타설 철근콘크리트말뚝의 경우 3.4% 오차를 나타내었다.

• Advances in concrete construction
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• 제7권3호
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• pp.151-166
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• 2019

This paper introduces a new efficient analytical method, based on shear deformations obtained with 2D elasticity theory approach, to perform an explicit closed-form solution for calculation the interfacial shear and normal stresses in plated RC beam. The materials of plate, necessary for the reinforcement of the beam, are in general made with fiber reinforced polymers (Carbon or Glass) or steel. The experimental tests showed that at the ends of the plate, high shear and normal stresses are developed, consequently a debonding phenomenon at this position produce a sudden failure of the soffit plate. The interfacial stresses play a significant role in understanding this premature debonding failure of such repaired structures. In order to efficiently model the calculation of the interfacial stresses we have integrated the effect of shear deformations using the equilibrium equations of the elasticity. The approach of this method includes stress-strain and strain-displacement relationships for the adhesive and adherends. The use of the stresses continuity conditions at interfaces between the adhesive and adherents, results pair of second-order and fourth-order coupled ordinary differential equations. The analytical solution for this coupled differential equations give new explicit closed-form solution including shear deformations effects. This new solution is indented for applications of all plated beam. Finally, numerical results obtained with this method are in agreement of the existing solutions and the experimental results.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.204-211
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• 2022

본 연구에서는 복합말뚝의 장점을 활용하고 CFT말뚝의 단점인 부식에 대한 문제점을 해결할 수 있는 모델로 중공형 콘크리트 충전 FRP Tube 말뚝(Hollow Concrete Filled FRP Tube Pile, HCFFT말뚝)을 제시하였고, 수치해석 모델을 개발하여 거동을 분석하였다. 콘크리트가 손상 소성 거동, 강재가 항복 소성 거동, FRP가 탄성 거동을 한다는 것을 고려하여 변형률적합법을 적용하고, 중립축으로부터의 거리에 따른 FRP Tube 단면의 변화를 고려하여 HCFFT말뚝의 휨 강도 산정식을 제안하였다. 휨 강도 산정식과 수치해석 결과, 실험결과를 비교 분석하여 적정성을 검증하였다. 본 연구 결과는 FRP를 이용한 다양한 HCFFT말뚝의 최적설계에 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제63권6호
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• pp.735-742
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• 2017

Steel cables as the most important components are widely used in the certain types of structures such as cable-supported bridges, but the long-span structures may result in an increase in fatigue under high stress and corrosion of steel cables. The traditional steel cable is becoming a more evident hindrance. Fiber Reinforced Polymer (FRP) cables with lightweight, high-strength are widely used in civil engineering, but there is little research in vibrational characteristics of FRP cables, especially on the damping characteristic. This article studied the two methods to evaluate dynamical damping characteristic of basalt FRP(BFRP) and glass FRP(GFRP) cables. First, the vibration tests of the B/G FRP cables with different diameter and different cable force were executed. Second, the cables forces were calculated using dynamic strain, static strain and dynamic acceleration respectively, which were further compared with the measured force. Third, experimental modal damping of each cables was calculated by the half power point method, and was compared with the calculation by Rayleigh damping theory and energy dissipation damping theory. The results indicate that (1) The experimental damping of FRP cables decreases with the increase of cable force, and the trend of experimental damping changes is roughly similar with the theoretical damping. (2) The distribution of modal damping calculated by Rayleigh damping theory is closer to the experimental results, and the damping performance of GFRP cables is better than BFRP cables.

• 대한기계학회논문집B
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• 제29권9호
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• pp.997-1005
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• 2005

The extinction characteristics of low strain rate normal gravity (1-g) nonpremixed methane-air flames were studied numerically and experimentally. A time-dependent axisymmetric two-dimensional (2D) model considering buoyancy effects and radiative heat transfer was developed to capture the structure and extinction limits of 1-g flames. One-dimensional (1D) computations were also conducted to provide information on 0-g flames. A 3-step global reaction mechanism was used in both the 1D and 2D computations to predict the measured extinction limit and flame temperature. A specific maximum heat release rate was introduced to quantify the local flame strength and to elucidate the extinction mechanism. Overall fractional contribution by each term in the energy equation to the heat release was evaluated to investigate the multi-dimensional structure and radiative extinction of 1-g flames. Images of flames were taken for comparison with the model calculation undergoing extinction. The two-dimensional numerical model was validated by comparing flame temperature profiles and extinction limits with experiments and ID computation results. The 2D computations yielded insight into the extinction mode and flame structure of 1-g flames. Two combustion regimes depending on the extinction mode were identified. Lateral heat loss effects and multi-dimensional flame structure were also found. At low strain rates of 1-g flame ('Regime A'), the flame is extinguished from the weak outer flame edge, which is attributed to multi-dimensional flame structure and flow field. At high strain rates, ('Regime B'), the flame extinction initiates near the flame centerline due to an increased diluent concentration in reaction zone, which is the same as the extinction mode of 1D flame. These two extinction modes could be clearly explained with the specific maximum heat release rate.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권4호
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• pp.555-562
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• 2014

성능 기반 내진설계를 위해서는 지진후 건물의 사용성과 복원성에 대한 명확한 목표가 필요하다. 이를 위해서는 건물의 구성 재료의 검토가 필요하고, 특히, 부재에 잔류하는 변형을 지표로 사용하는 것은 유용하다. 프리스트레스트 콘크리트는 PC 강재의 원점지향적 성질 덕분에 많이 이용이 될 것으로 생각된다. 이 연구는 PSC 보부재의 잔류 변형을 연구하고 산정하는 것에 목표를 두고 있다. '등가 소성 힌지 길이법'을 바탕으로 위험단면에서의 곡률과 등가 소성 힌지 길이를 이용하여 부재의 변형각을 구하는 식을 유도한다. '분할 요소 해석법'을 통하여 PC강재와 콘크리트 사이의 부착-미끄러짐을 고려하면서 힘의 균형과 변형을 적합 조건을 만족하는 해석값을 도출했다. 잔류 변형률에 영향을 미치는 각종 요인들을 파라미터 스터디를 통하여 잔류 변형률 산정식에 필요한 각종 수치를 결정했다. 그중에서 잔류변형에 많은 영향을 미치는 피크시 등가 소성 힌지 길이, 잔류 변형시 등가 소성 힌지 길이 및 피크시부터 잔류 변형시에 발생하는 위험 단면 위치에서의 곡률 감소량에 대하여 중점적으로 검토를 실시했다. 이 연구 결과를 바탕으로 앞으로 활발한 연구가 진행되기를 기대한다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제17권1호
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• pp.16-20
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• 2005

고함수비상태로 준설투기된 준설점토지반에 지반개량을 위한 하중재하시 보통 점토지반에 비해 큰 압밀침하가 발생한다. 미소변형률을 전제로 하고 있는 기존의 열전도형 압밀방정식은 준설토지반과 같이 대변형이 발생하는 지반에 적용하기 어렵다. 따라서 준설토층과 같이 큰 변형이 발생하는 지반에서는 압밀과정 중 층 두께의 변화가 고려되어지는 압밀방정식을 적용해야한다. 본 연구에서는 층 두께의 변화를 고려한 압밀해석을 하고 이들의 결과와 층 두께의 변화를 고려하지 않은 기존 압밀해석의 결과와 비교·분석하였다. 이들로부터 변형률이 큰 지반에서의 압밀기간은 층 두께의 변화를 고려한 이론이 그렇지 않은 경우보다 실측치에 보다 근사하게 산정되었고, 압밀침하량의 경우는 압축지수에 의한 방법보다 변형률에 근거한 계산이 실측치에 매우 근접하게 산정되었다.

• 한국재료학회지
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• 제2권3호
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• pp.220-227
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• 1992

전기유변유체(electrorheological fluid : ERF)는 크기가 $10^{-6}m$정도를 가진 분극성이 강한 입자 분말을 유전유체속에 혼합하여 만든 콜로이드용액으로서 외부전기 장에 의하여 액체상태로부터 겔(gel)상태로 상태변환을 한다. 상태변환과정은 가역과정이며 $10^{-3}$초 정도의 빠른 시간내에 이루어진다. 본 논문에서는 주기적응력이나 주기적 변형이 가해지는 강제진동실험을 통하여 ERF의 점탄성 특성을 조사하였다. 점탄성은 복소수로서 실수부인 동적전단탄성율(storage shear modulus, G')과 허수부인 동적손실율(loss modulus, G")의 합으로 표현된다. 동적전단탄성율은 강제진동의 진폭과 주파수의 함수로 외부전기장에 의하여 크게 변화되었으나 손실계수(loss factor, ${\eta}=G"/G'$)는 진동의 진폭, 진동수 및 외부전기 장에 거의 독립적이었다. 실험(1)은 강제진동의 진폭을 고정하고 진동수를 변화하는 방법(frequency sweep)과 실험(2)는 진동 진폭을 변화시키는 방법(amplitude sweep)으로 실행했다. 본 실험에서는 cornstarch입자를 corn oil에 혼합한 것과 zeolite입자를 silicone oil에 흔합한 콜로이드 용액이 ERF로서 사용되었으며 인가된 전기장은 약$(1~3){\times}10^6V/m$의 직류전기장이 가하여졌다.기장이 가하여졌다.

• Computers and Concrete
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• 제22권2호
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• pp.227-237
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• 2018

Today, the modeling of concrete as a material within finite element simulations is predominantly done through nonlinear material models of concrete. In current sophisticated computational systems, there are a number of complex concrete material models which are based on theory of plasticity, damage mechanics, linear or nonlinear fracture mechanics or combinations of those theories. These models often include very complex constitutive relations which are suitable for the modeling of practically any continuum mechanics tasks. However, the usability of these models is very often limited by their parameters, whose values must be defined for the proper realization of appropriate constitutive relations. Determination of the material parameter values is very complicated in most material models. This is mainly due to the non-physical nature of most parameters, and also the large number of them that are frequently involved. In such cases, the designer cannot make practical use of the models without having to employ the complex inverse parameter identification process. In continuum mechanics, however, there are also constitutive relations that require the definition of a relatively small number of parameters which are predominantly of a physical nature and which describe the behavior of concrete very well within a particular task. This paper presents an example of such constitutive relations which have the potential for implementation and application in finite element systems. Specifically, constitutive relations for modeling the plane stress state of concrete are presented and subsequently tested and evaluated in this paper. The relations are based on the incremental theory of elastic strain-hardening plasticity in which a non-associated flow rule is used. The calculation result for the case of concrete under uniaxial compression is compared with the experimental data for the purpose of the validation of the constitutive relations used.