• Smart Structures and Systems
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• 제15권1호
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• pp.99-117
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• 2015

The Stonecutters Bridge (SCB) in Hong Kong is the third-longest cable-stayed bridge in the world with a main span stretching 1,018 m between two 298 m high single-leg tapering composite towers. A Wind and Structural Health Monitoring System (WASHMS) is being implemented on SCB by the Highways Department of The Hong Kong SAR Government, and the SCB-WASHMS is composed of more than 1,300 sensors in 15 types. In order to establish a linkage between structural health monitoring and maintenance management, a Structural Health Rating System (SHRS) with relevant rating tools and indices is devised. On the basis of a 3D space frame finite element model (FEM) of SCB and model updating, this paper presents the development of an SHR-oriented 3D multi-scale FEM for the purpose of load-resistance analysis and damage evaluation in structural element level, including modeling, refinement and validation of the multi-scale FEM. The refined 3D structural segments at deck and towers are established in critical segment positions corresponding to maximum cable forces. The components in the critical segment region are modeled as a full 3D FEM and fitted into the 3D space frame FEM. The boundary conditions between beam and shell elements are performed conforming to equivalent stiffness, effective mass and compatibility of deformation. The 3D multi-scale FEM is verified by the in-situ measured dynamic characteristics and static response. A good agreement between the FEM and measurement results indicates that the 3D multi-scale FEM is precise and efficient for WASHMS and SHRS of SCB. In addition, stress distribution and concentration of the critical segments in the 3D multi-scale FEM under temperature loads, static wind loads and equivalent seismic loads are investigated. Stress concentration elements under equivalent seismic loads exist in the anchor zone in steel/concrete beam and the anchor plate edge in steel anchor box of the towers.

• 해양환경안전학회지
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• 제23권6호
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• pp.731-738
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• 2017

쌍동선의 경우 선미의 형상적인 특이성으로 인하여, 두 개의 선체를 연결하는 부위는 선박의 항해 시 발생되는 피칭운동에 의한 손상이 자주 발생하고 있으며, 이로 인하여 주변부에 대한 구조보강 설계가 필요하다. 이러한 국부 보강에 대한 구조설계 지침이 명확하지 않기 때문에, 엔지니어는 판 두께, 보강재 변경 및 프레임 간격을 줄이는 방법으로 대응을 하고 있다. 그러나 이러한 부위는 선박의 길이방향으로 약 85 % 이상 위치하고 있기 때문에, 최소 구조부재를 국부 보강하여 중량 증가를 최소화하고, 이에 따른 건조비 증가 및 건현확보의 문제를 해결해야 한다. 따라서 본 연구에서는 KR(한국선급)의 고속경구조선 규칙을 바탕으로, 쌍동형 카페리 구조설계 절차를 분석하고 추가가 필요한 항목을 발굴하여 쌍동형 구조설계 프로그램을 개발하였다. 좌굴강도 평가 절차서 및 프로그램에 대한 신뢰성을 확보하기 위하여, 타 선급의 기준과 비교 검토를 수행하여 6 %내 차이가 발생함을 확인하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제54권4호
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• pp.335-343
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• 2017

The Newman-Raju formula and contour integral-based finite element analyses(FEAs) have been widely used to assess crack growth rates and residual lives at crack locations in ships or offshore structures, but the Newman-Raju formula is known to be less accurate for the complicated weld details and the conventional FEA-based contour integral approach needs concentrated efforts to construct FEA models. Recently, an extended finite element method(XFEM) has been proposed to reduce those modeling efforts with reliable accuracy. Stress intensity factors(SIFs) from the approaches such as the Newman-Raju formula, conventional FEA-based J-integral, and XFEM-based J-integral were compared for an infinitely long plate with a propagating elliptic crack. It was concluded that the XFEM approach was far reliable in terms of prediction ability of SIFs. Assuming a 25 year-aged coast guard patrol ship had the prescribed cracks at the bracket toes attached to longitudinal stiffeners in way of deck and bottom, SIFs were derived based on the three approaches. To obtain axial tension loads acting on the longitudinal stiffeners, long term hull girder bending moments were assumed to obey Weibull distribution of which two parameters were decided from a reference (DNV, 2014). For the complicated weld details, it was concluded that the XFEM approach could cost-effectively and accurately estimate the crack growth rates and residual lives of ship structures.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권2호
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• pp.287-296
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• 2019

최근 지자체들이 경쟁하듯이 건설하고 있는 장경간 케이블 보도교(일명 출렁다리)는 공원 시설로 인식되어 제대로 된 검토와 설계 없이 진행되는 경우가 있다. 케이블 보도교는 기존 도로 현수교보다 훨씬 유연한 특성으로 인하여 내풍안정성 확보는 반드시 필요하며, 오히려 더 기존의 도로교보다 다양한 관점에서 상세하게 검토되어야 한다. 이에 본 연구에서는 케이블 보도교의 내풍 특성을 파악하고, 고유진동수를 추정할 수 있는 추정식을 제시하였다. 또한 경간장에 따른 플러터 풍속 추정에 대한 추세선을 제시하여 평판 거더 보도교의 내풍안정성 확보의 어려움과 그 한계를 제시하였다. 그리고 풍동실험을 통해 바닥 데크 그레이팅 적용 비율 변화를 통해 내풍안정성을 만족하는 단면을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 방법은 향후 세장 케이블 보도교 계획시 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국항해항만학회지
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• 제31권3호
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• pp.235-245
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• 2007

선체의 갑판부와 선저부 그리고 해양구조물의 기본적인 구조는 보강판이다. 보강판넬은 한쪽방향으로 위치한 보강재 혹은 종/횡 방향으로 복잡하게 위치한 구조를 이루고 있으며, 후자의 모델을 그릴리지 구조라고 부른다 선체구조설계 단계에서 선박의 종강도 평가는 가장 중요한 항목이다. 일반적으로, 극심한 해상상태에 놓인 선박의 선저부에는 호깅조건에 의해 발생되는 횡모멘트에 기인하여 압축하중이 작용하게 되며, 이와 동시에 수압하중 작용으로 인한 국부휭모멘트가 작용된다. 본 논문에서는, 구조해석 결과의 검증을 위해서 여러 가지 해석프로그램 및 현재 사용되고 있는 선급룰과의 비교를 하여 횡하중의 영향에 따른 압축최종강도에 대해 분석하고, 여러 가지 설계변수를 변화하여, 각각의 영향을 검토하고, 최종적으로 조합하중 조건에서의 횡하중의 영향에 대해서 분석하였다. 본 연구에서 얻어진 결과들은 최종한계상태설계법에 기반을 두고, 조합하중이 작용하는 선체보강판의 구조강도 거동에 대해서 하중성분에 대한 관계를 고찰하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.559-573
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• 2007

강바닥판 교량은 비교적 얇은 강판을 서로 용접에 의해 연결한 구조물로서 많은 양의 용접을 피할 수 없다. 강바닥판의 횡리브 복부판에서는 전단력과 비틀림 모멘트가 작용하는 동시에 종리브의 비틀림으로 인한 면내 면외 변형이 작용하기 때문에 종리브-횡리브 복부판-데크플레이트 교차부 및 횡리브복부판 컷아웃(슬릿)부에서 응력집중 현상이 두드러지게 발생하게 된다. 본 연구에서는 강바닥판 구조형식의 피로성능 향상 효과가 큰 교차부에 스캘럽을 두지 않는 동시에 종리브 내부에 횡리브 복부판면과 일치되게 다이아프램을 설치하면 컷아웃부 및 교차부에서의 응력집중 감소효과가 크며, 특히 다이아프램의 설치가 컷아웃부에서의 응력집중 감소효과에 큰 영향을 미치고 있는 연구결과를 바탕으로 다이아프램 상하부면 곡률반경을 대상으로 매개변수해석을 수행한 결과 피로성능에 영향이 큰 응력집중 감소효과가 큰 최적 다이아프램형상을 도출하였다. 또한 최적 다이아프램 형상을 바탕으로 피로성능 향상에 유리한 다이아프램 최적 설치위치를 도출하였다.

• 한국건설관리학회논문집
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• 제20권1호
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• pp.52-61
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• 2019

2017년 6월 30일 국토교통부는 주차단위구획의 최소 크기를 확대하는 것을 입법 예고하였다. 주차단위구획의 확대는 주차장 연면적의 증가를 초래하여 아파트 분양가를 상승시킬 우려가 있다. 그러므로 주차장의 기둥 간격과 개수를 조정하고, 주차효율이 좋은 8-Bay 장스팬 주차모듈을 적용할 필요가 있다. 연구결과, 주차단위구획을 확대한 6-Bay 주차모듈과 8-Bay 주차모듈의 공사비는 거의 비슷한 수준이었으나, 8-Bay 주차모듈의 연면적 감소 효과가 확인되어 8-Bay 주차모듈이 더 경제적인 것으로 나타났다. 8-Bay 주차모듈의 공사비를 분석한 결과, 탈형데크플레이트 RC공법을 적용한 모듈이 가장 경제성이 있는 것으로 나타났다. PC 복합화공법은 부재의 체적 증가로 인해 비교적 공사비가 높게 나타났으나, 프리스트레스를 적용하여 보 춤을 감소시키면 경제성을 확보할 수 있을 것으로 확인되었다. 또한 중공슬래브 공법 모듈은 가장 공사비가 높게 나타났으나, $1m^2$당 공사비가 가장 낮아 비용적 측면에서 아파트 주차장의 구조공법으로 적용 가능성을 확인하였다. 이 연구는 8-Bay 주차모듈의 공사비를 분석하고 비용적 측면에서 경제성을 확인하였다는 점에서 의의를 가지며, 향후에 8-Bay 주차모듈을 적용한 최적의 공법을 도출하는데 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권4호
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• pp.503-514
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• 2011

본 연구에서는 콘크리트채움 U형 합성보와 H형강 기둥 십자형 합성접합부의 내진상세를 제시하고, 2개의 실물대 실험체를 설계/제작하여 강구조내진기준의 표준실험절차에 따라 내진성능을 평가하였다. 주요 실험체 구성요소는 춤 450mm(실험체 A) 및 550mm(실험체 B) U형 강재보, 두께 165mm의 골데크플레이트 위에 타설된 콘크리트 바닥슬래브, U형보의 완전합성작용을 하기 위한 전단스터드, 부모멘트 전달을 위한 4개의 주철근 및 H형강 기둥에 정착을 위한 용접커플러 그리고 접합부 보강을 위한 보강판으로 구성된다. 순수 강재 보-기둥 접합부와 상이한 U형 합성접합부의 독특한 특성을 고려하여, 지진하중 하에서 내진성능에 결정적 영향을 미치는 보-기둥 접합부의 용접부 취성파단, 강판의 국부좌굴, 주철근의 휨좌굴, 콘크리트 압괴 등의 한계상태가 적절히 제어되도록 실험체를 설계하였다. 강구조내진기준의 지진하중 가력프로그램에 따른 실험결과, 설계에서 의도한 바와 같이 여러 한계상태가 적절히 제어되어 실험체 A 및 B는 각각 6% 및 6.8% 라디안에 이르는 매우 뛰어난 층간변형능력을 발휘하였다. 이는 특수모멘트골조에 요구되는 4% 라디안 수준을 충분히 상회하는 만족스런 층간변형능력이다. 특히 접합부 강화전략에 의해 제안된 합성접합부 상세는 설계에서 의도한 것과 같이 소성힌지를 보강단부로서 밀어냄으로서 취약할 수 있는 보-기둥 용접접합부를 효과적으로 보호하였다. 실험체 A의 최종 파괴모드는 6.0% 층간변위에서 발생한 보강단부에 인접한 냉간성형 코너부의 점진적 저사이클피로에 의한 하부플랜지의 파단에 의해 발생하였다. 한편, 실험체 B는 8.0%의 높은 수준의 층간변위에서 발생한 볼트이음부 파단에 의해 내력을 상실하였다.