• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제22권2호
• /
• pp.161-168
• /
• 2018

이 연구는 CRC기둥강도곡선의 비탄성영역에 대한 해석적 고찰이다. CRC기둥강도곡선의 비탄성영역은 최대 잔류응력 크기 $0.5{\sigma}_y$와 Bleich이론을 기초로 하고 있다. 이는 실제로 알려진 최대 압축 잔류응력의 크기가 $0.3{\sigma}_y$인 경우 보다 다소 보수적이다. 본 연구는 열압연강재의 최대 압축 잔류응력의 크기를 $0.3{\sigma}_y$으로 고려하여 그에 따른 기둥강도곡선과 접선탄성계수 Et를 제안하고 이를 CRC에서 제안하고 있는 값들과 각각 비교 고찰한다. 축 압축력을 받는 비탄성 기둥의 응력은 기둥에 작용하는 하중이 좌굴을 일으키기 전에 재료의 비례한도를 넘어 항복점에 도달할 것이다. 따라서 점차적인 단면의 항복 상태에 따른 기둥강도곡선을 검토할 필요가 있다. 본 연구는 최대 압축 잔류응력 ${\sigma}_r=0.5{\sigma}_y$을 사용하여 재료의 항복에 따른 임계하중 곡선식을 유도하고 이를 CRC기둥강도곡선과 비교 고찰한다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제19권5호
• /
• pp.515-526
• /
• 2007

본 연구에서는 시공간의 구조안전도 확보와 교량붕괴를 방지하기 위해 FCM과 FSM공법으로 가설되는 강-콘크리트 복합사장교의 안전도평가 모형을 제안하였다. 구조물의 저항과 하중효과에 내제된 각종 불확실성을 합리적으로 고려하는 구조신뢰성이론에 의해 강합성거더와 콘크리트거더가 연결된 강-콘크리트 복합사장교의 저항과 하중의 분포특성을 정의하고 가설중 영구구조물과 가설구조물의 강도한계상태방정식을 제안하였다. 케이블, 주탑, 거더, 강-콘크리트 접합부 및 가설벤트의 신뢰성해석을 위해 AFOSM 알고리즘과 MCS 기법을 사용하였다. 또한, 가설단계별 구조시스템에 따라 요소신뢰성해석을 수행하였다. 제안된 평가모형의 타당성과 실용성을 검증하기 위하여 제시된 방법을 실제 교량에 적용하였다. 유사한 교량의 안전도 관리를 위한 중점 항목을 정의하기 위해서 주요 인자에 대한 민감도 분석이 수행되었다. 본 연구를 통해, 제안된 모형은 FCM과 FSM으로 가설되는 강-콘크리트 복합사장교의 시공간 안전도 평가를 위한 합리적이고 실용적인 방법으로 적용될 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제34권3호
• /
• pp.137-149
• /
• 2021

장교는 공공성이 매우 높은 사회기반시설물로 운용 중 안전성 확보가 필수적이며, 붕괴 또는 파손 시 신속한 대처가 필요하다. 사장교의 붕괴 또는 파손을 야기시킬 수 있는 원인은 크게 자연재난과 사회재난으로 분류할 수 있다. 이 중 사회재난에 속하는 충돌사고는 차량이 교량 하부구조인 교각에 충돌하는 사고, 항공기의 결함으로 인한 추락사고 등이 있을 것이며, 해상교량의 경우 주탑 하단에서의 선박 충돌사고가 있을 것이다. 본 연구에서는 수치해석적 접근법을 기반으로 항공기 충돌에 대한 사장교의 구조거동을 평가하는 절차를 제안하고, 충돌해석을 수행하여 절차의 타당성을 보였다. 제안된 절차에는 1) 적절한 항공기 충돌 시나리오 설정, 2) 사장교의 복잡한 거동 메커니즘을 고려한 구조 모델링, 3) 충돌해석을 통한 구조거동 평가가 포함된다. 해석 결과, 본 연구에서 설정한 시나리오는 대상 교량에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났지만, 향후 다양한 시나리오를 통한 충돌해석을 수행한다면 교량에 심각한 손상을 일으키는 하중 위치 및 임계 하중 수준을 결정할 수 있을 것으로 판단한다. 본 연구에서 수행한 충돌해석 절차를 바탕으로 사장교에서 발생하는 항공기 충돌에 대한 간접적인 평가가 가능할 것으로 기대된다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제28권2호
• /
• pp.414-421
• /
• 2022

해저 석유와 가스 탐사가 점점 더 깊은 수심으로 진행되고 있으며, 해저 파이프라인은 고압 및 고온 조건에서 작동하는 것이 일반적이다. 온도 및 압력 차이로 인하여 파이프 축 방향 힘이 축적되는 현상이 있다. 이러한 현상은 파이프라인을 구속하는 해저면 효과 때문에 파이프라인은 횡 좌굴이 발생하게 된다. 온도가 증가하는 경우 축 방향의 압축 하중이 가해지며 이 하중이 임계 수준에 도달하면 파이프가 수직방향으로 움직이게 된다. 또는 파이프라인의 구조적 완전성을 위태롭게 할 수 있는 횡 방향 좌굴이 발생하는 상황에서, 작동 중 파이프라인의 구조적 안전함을 보장하기 위해 파이프라인의 상세 구조 강도평가가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 해저면의 마찰 효과 및 재료의 열 수축/팽창을 고려한 비선형 구조해석을 상용 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 활용하여 검토하였으며, 외부충격에 의한 횡 방향 좌굴 안전성을 분석하였다. 본 연구의 결과를 통하여 수치 해석적 단순화된 분석 모델을 통하여 해저면의 효과를 고려한 조건에서의 실제 파이프라인의 붕괴 조건을 예측할 수 있다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제26권4A호
• /
• pp.707-717
• /
• 2006

근래에 들어 기존의 PSC 거더 교량 외에 다양한 형태의 교량이 개발되고 있으며, 다단계 긴장에 의한 PSC 거더교는 대표적인 예이다. 다단계 긴장 PSC 거더교는 구조적 개념에 따라 자중을 줄이고 경간을 장대화할 수 있는 장점을 갖고 있다. 그러나, 이와 같은 장대화된 보다 유연한 교량은 구조적 안전성 및 사용성을 고려한 주행열차하중에 대한 동적거동 검토가 필수적이며, 철도교량의 주행열차하중에 대한 동적성능평가를 위한 정확한 동특성 입력은 매우 중요하다. 본 연구에서는 정확한 고유진동수 및 감쇠비 추출을 위하여 25m 실물 다단계 긴장 PSC 거더를 제작하여 시공단계별 모달테스트를 수행하였다. 모달테스트를 위한 가진방법으로 기존의 충격햄머에 의한 방법 외에 디지털 콘트롤에 의한 가진기를 사용하여 보다 정확한 주파수응답 함수를 얻고자 하였다. 또한, 시공단계별 구조계 변화 및 긴장에 의한 동특성 변화를 고찰하기 위하여 시공단계별 실험을 수행하였다. 모달테스트 결과에 의한 동특성 값을 주행열차하중 해석에 적용하여 다양한 매개변수연구를 통한 철도교량 동적성능평가를 수행하였다. 동적처짐, 충격계수, 바닥판의 연직가속도, 단부꺾임각 등에 대하여 열차별, 속도별 동적해석을 수행하여 국내외 철도교량 동적성능 평가기준과 비교하였다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제29권6호
• /
• pp.672-680
• /
• 2023

선박의 설계과정에 있어, 선박의 중량은 유체역학적 성능에 큰 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나이다. 선박은 일반적으로 최적의 흘수와 배수량을 갖는 하나의 조건으로 설계되지만, 실제로는 연료의 소비, 선박 평형수의 충전과 적재 조건과 같은 운항 활동으로 인해 선박의 중량 및 흘수가 일정 범위 내에서 바뀐다. 본 연구에서는 소형선박을 대상으로 3가지 하중조건에 따른 선박의 저항성능 변화를 모형실험과 수치해석을 통해 연구하였다. 마지막으로 2050년까지 CO2 배출 가스를 50% 감축한다는 국제해사기구(IMO) 목표를 따라 선박의 저항 성능을 개선하여 동력 요구 사항을 줄이기 위해 선박의 중량 변화에 따른 저항성능의 민감도를 연구하였다. 연구 결과, 선박의 중량변화에 따른 효과는 낮은 프루드 수에서 크게 나타나는 것으로 확인되며, 저항성능에 대한 연구 결과, 설계 흘수의 적재조건을 기준으로 배수량이 11.1% 증가하고, 흘수가 5% 증가한 Over load의 적재조건에서 운항 시 선체의 총 저항이 모형시험과 CFD 시뮬레이션에서 각각 15.97%, 14.31%까지 증가하는 것을 볼 수 있다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제27권2호
• /
• pp.387-393
• /
• 2021

본 연구에서는 해양플랫폼의 탑사이드 구조에서 주로 채택하고 있는 파이프 연결 구조의 피로 수명 증가를 위한 방안을 찾기 위하여, 유한요소해석을 수행하였다. 상용해석프로그램인 MSC Patran/Nastran을 적용하였으며, 대표적인 중앙부 구조 형상을 해석모델로 선정하였다. 하중에 따른 응력집중 현상을 구현하기 위하여, 8 절점 솔리드 요소를 이용한 모델링을 구현하였다. 주요하중은 횡방향 하중 2가지와 대각선 파이프에 인장 하중을 고려하였다. 주요 위치에서의 Hot spot 응력을 확인하기 위하여, 0.01 mm dummy 쉘 요소를 적용하였으며, 0.5 t와 1.5 t 위치에서의 주응력을 계산한 후 외삽법에 따라 용접부에 발생하는 응력을 추정하였다. 일부 구간에서는 만족해야 하는 피로 수명 이하로 평가되어, 보강이 필요하였다. 보강은 기존 설계된 파이프의 두께나 지름을 변경하지 않고, 피로수명이 부족한 부위에 응력집중계수를 낮출 수 있도록 브래킷을 추가하였다. 인장 하중에 대해서는 bracket toe에서 응력은 23 % 증가하였고, 기존에 문제가 된 파이프의 내측, 외측에서의 응력은 약 8 % 감소하였다. 휨 하중에 대해서는 bracket toe에서 응력은 3 % 증가하였고, 기존에 문제가 된 파이프의 내측, 외측에서의 응력은 약 48 % 감소하였다. 신규 브래킷 보강으로 인하여, bracket toe의 응력증가가 발생하였지만, S-N 커브 자체가 파이프 조인트에 비해 좋으므로 큰 문제가 되지는 않는다. 본 연구에서 적용한 국부 보강을 통한 피로 수명 개선 방법은 기존 설계안의 변경을 최소화하면서 피로 수명 증가를 효율적으로 할 수 있다는 점에서 관련 산업에서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제16권6호통권73호
• /
• pp.747-757
• /
• 2004

강-콘크리트 합성보에서 강과 콘크리트 사이의 불완전 합성거동은 완전 합성보에 비해서 처짐이 매우 증가하게 된다. 특히, 춤이 깊은 데크 및 속 빈 PC슬래브 등을 사용한 매립형 합성보의 경우, 자체의 형상에 기인하여 처짐에 매우 취약하다. 본 연구에서는 기존 연구에서 유도한 슬립효과를 고려한 처짐 계산법 및 실험으로부터 구한 하중-슬립 관계로부터 매립형 합성보의 전단부착응력 및 슬립에 의한 추가 처짐 값을 제시하였다. 매립형 합성보의 처짐에 미치는 슬립의 영향은 완전 합성보의 강성 값에 비해 약 30%정도 감소함을 알 수 있었다. 또한, 실험 및 예측 값의 비교결과, 6%내외의 오차로 비교적 좋은 결과를 나타내었다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제15권2호
• /
• pp.97-107
• /
• 2003

복합재료 적층판의 보다 정확한 해석결과를 얻기 위해서는 종방향 전단변형, 종방향 수직 변형률/응력에 의한 효과와 두께방향좌표에 관한 면내변위의 비선형 변화등이 고려되어야 한다. 본 연구에서는 3차원 고차이론을 이용하여 복합적층판의 좌굴하중 및 고유진동수를 구하였다. 단순지지된 적층판과 샌드위치의 해는 이중삼각함수형태의 Fourier 급수로 변환한 Navier 해법을 사용하였고, 일차전단변형, 고차전단변형이론에 의한 결과와 비교 분석하였다. 본 연구는 매개변수 즉, 보강각도, 적층수와 배열조건, 폭-두께비, 형상비의 변화에 따른 수치 해석 결과를 제시하였다.

• 한국방재학회 논문집
• /
• 제8권6호
• /
• pp.61-66
• /
• 2008

철도운행에 있어 분기기는 열차를 주행선로에서 이웃한 선로로 이동시키는 매우 중요한 역할을 수행하는 장치이다. 분기기는 레일 궤도설비 중 유일한 가동부로 구조도 복잡하고 천이과정 중 결선부에서 차륜, 레일간의 급격한 운동변화가 필연적으로 발생되어 안전성 문제와 반복되는 통과열차의 충격하중에 의한 진동 문제가 항상 거론되고 있다. 분기기의 진동은 레일과 궤도하부 노반의 상태, 그리고 지반의 물성치 등에 따른 변수가 많으므로 해석모델로 신뢰성있는 정량적인 결과를 도출하는 것은 매우 어려운 일이다. 따라서 대부분의 분기기진동에 관한 문제는 순수 해석적인 기법보다는 실험과 경험에 기초한 방법을 많이 적용하고 있다. 분기기의 진동 예측은 불확실성이 높은 인자들에 대해서 실험 및 측정값을 병행함으로써 예측정확성을 높일 수 있다. 본 연구에서는 기존선구 망간 분기기 크로싱부에서 발생하는 진동 측정치 결과를 열차 종류별, 거리별, 분기기별로 비교 분석하고 향후 틸팅열차 증속시 망간 분기기 크로싱부에서 발생하는 진동 발생 수준을 예측 평가하였다. 예측에 사용된 지반의 동적 거동은 선형 한계에 있다고 가정하였다.