• Steel and Composite Structures
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• 제49권5호
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• pp.487-502
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• 2023

In the realm of nanotechnology, the nonlocal strain gradient theory takes center stage as it scrutinizes the behavior of spinning cantilever nanobeams and nanotubes, pivotal components supporting various mechanical movements in sport structures. The dynamics of these structures have sparked debates within the scientific community, with some contending that nonlocal cantilever models fail to predict dynamic softening, while others propose that they can indeed exhibit stiffness softening characteristics. To address these disparities, this paper investigates the dynamic response of a nonlocal cantilever cylindrical beam under the influence of external discontinuous dynamic loads. The study employs four distinct models: the Euler-Bernoulli beam model, Timoshenko beam model, higher-order beam model, and a novel higher-order tube model. These models account for the effects of functionally graded materials (FGMs) in the radial tube direction, giving rise to nanotubes with varying properties. The Hamilton principle is employed to formulate the governing differential equations and precise boundary conditions. These equations are subsequently solved using the generalized differential quadrature element technique (GDQEM). This research not only advances our understanding of the dynamic behavior of nanotubes but also reveals the intriguing phenomena of both hardening and softening in the nonlocal parameter within cantilever nanostructures. Moreover, the findings hold promise for practical applications, including drug delivery, where the controlled vibrations of nanotubes can enhance the precision and efficiency of medication transport within the human body. By exploring the multifaceted characteristics of nanotubes, this study not only contributes to the design and manufacturing of rotating nanostructures but also offers insights into their potential role in revolutionizing drug delivery systems.

• Steel and Composite Structures
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• 제48권1호
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• pp.1-17
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• 2023

The main goal of this paper is to study vibration of damaged core laminated sectorial plates with Functionally graded (FG) face sheets based on three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. Three complicated equations of motion for the sectorial plates under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Using the 2-D differential quadrature method in the r- and z-directions, allows one to deal with sandwich annular sector plate with arbitrary thickness distribution of material properties and also to implement the effects of different boundary conditions of the structure efficiently and in an exact manner. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. The sandwich annular sector plate is assumed to be simply supported in the radial edges while any arbitrary boundary conditions are applied to the other two circular edges including simply supported, clamped and free. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution and boundary conditions.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권3호
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• pp.307-323
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• 2023

In this research, the study of the thermoelastic flexural analysis of silicon carbide/Aluminum graded (FG) sandwich 2D uniform structure (plate) under harmonic sinusoidal temperature load over time is presented. The plate is modeled using a simple two dimensional integral shear deformation plate theory. The current formulation contains an integral terms whose aim is to reduce a number of variables compared to others similar solutions and therefore minimize the computation time. The transverse shear stresses vary according to parabolic distribution and vanish at the free surfaces of the structure without any use of correction factors. The external load is applied on the upper face and varying in the thickness of the plates. The structure is supposed to be composed of "three layers" and resting on nonlinear visco-Pasternak's-foundations. The governing equations of the system are deduced and solved via Hamilton's principle and general solution. The computed results are compared with those existing in the literature to validate the current formulation. The impacts of the parameters (material index, temperature exponent, geometry ratio, time, top/bottom temperature ratio, elastic foundation type, and damping coefficient) on the dynamic flexural response are studied.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.5-16
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• 2018

본 연구에서는 현장에서 실규모로 시공된 8본의 강관매입말뚝의 공학적 거동을 정재하시험, 동재하시험(EOID 및 restrike 시험) 및 Class-A 및 C1 type의 수치해석을 수행하여 상세히 고찰하였다. 이를 통해 말뚝의 하중-침하, 설계지지력 및 전단응력 전이 특성 등을 분석하였다. 정재하시험을 통해 평가된 설계지지력에 비해 동재하시험 및 수치해석은 이를 매우 상이하게 평가하는 것으로 분석되었으며, 이 가운데 restrike 시험이 전반적으로 최상의 결과를 도출하였고, 수치해석 결과의 신뢰성은 동재하시험에 비해 낮은 것으로 분석되었다. 각 시험에서 산정된 설계지지력을 정재하시험의 결과와 비교할 때 EOID는 정재하시험값의 20.0%-181.0%(평균: 69.3%)의 범위를 보였고, restrike 시험의 경우 48.2%-181.1%(평균: 92.1%)의 범위를 보였다. 또한 Class-A type에서는 37.1-210.5%(평균: 121.2%)로 가장 큰 분산을 보였다. EOID 시험에서는 선단지지력이 말뚝의 전체지지력의 대부분을 차지하는데 비해, restrike 시험에서는 주면마찰력 및 선단지지력이 비슷한 정도로 발현되었다. 이때 restrike 시험에서 측정된 선단지지력은 EOID 시험에서 측정된 크기보다 작은 것으로 분석되었다. 즉 restrike 시험에서 타격에너지가 충분하지 않은 경우 말뚝의 선단지지력이 과소평가될 가능성이 있는 것으로 나타났다. 말뚝의 축력분포로부터 측정된 전단응력은 말뚝의 심도가 깊어질수록 증가하는 양상을 보였으며, 수치해석 결과는 정재하시험과는 상당한 정도의 차이를 보였다. 말뚝선단 인근에 슬라임이 존재하는 경우 말뚝의 거동에 매우 큰 영향을 주는 것으로 분석되었는데, 슬라임의 탄성계수가 작을수록 그리고 슬라임의 두께가 두꺼울수록 말뚝의 침하량이 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다.

• 한국산업보건학회지
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• 제15권2호
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• pp.124-134
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• 2005

To investigate the exposure effect of polynuclear aromatic hydrocarbons (PAHs), we measured airborne total PAHs as an external dose, urinary 1-hydroxypyrene (1-OHP) as an internal dose of PAHs exposure, and analyzed the relationship between urinary 1-OHP concentration and PAHs exposure. The study population contained 44 workers in steel-pipe coating and paint manufacture industries. The airborne PAHs was obtained during survey day, and urine were sampled at the end of shift. Personal information on age, body weight, height, eniployment duration, smoking habit, and alcohol consumption was obtained by a structured questionnaire. Airborne PAHs were analyzed by the gas chromatograph with mass selective detector. Urinary 1-OHP levels were analyzed by the high performance liquid chromatograph with ultraviolet wavelength detector. For statistical estimation, t-test, ${\chi}^2$-test, analysis of variance, correlation analysis, arid regression analysis were executed by SPSS/PC (Windows version 10). The mean of environmental total PAHs was $87.8{\pm}7.81{\mu}g/m^3$. The mean concentration ($526.5{\pm}2.85{\mu}g/m^3$) of workers in steel-pipe coating industries using coal tar enamel was the higher than that ($17.5{\pm}3.36{\mu}g/m^3$) of workers in paint manufacture industries using coal tar paint. The mean of urinary 1-OHP concentration ($51.63{\pm}3.144{\mu}\;mol/mol$ creatinine) of workers in steel-pipe coating industries was the higher than that ($2.33{\pm}4.709{\mu}\;mol/mol$ creatinine) of workers in paint manufacture industries. The mean of urinary 1-OHP concentration of smokers was the higher than that of non-smokers. There was significant correlation between the urinary concentration of 1-OHP and the environmental concentration of PAHs (r=O.S48, p<0.001), pyrene(r=0.859, p<0.001), and urinary cotinine (r=0.324, p<0.05). The regression equation between the urinary concentration of 1-OHP in ${\mu}g/g$ creatinine($C_{1-OHP}$) and airborne concentration of PAHs (or pyrene) in ${\mu}g/m^3$ ($C_{PAHs}$ or Cpyrene) is: Log ($C_{1-OHP}$)=-0.650+0.889×Log($C_{PAHs}$), where $R^2=0.694$ and n=38 for p<0.001.Log ($C_{1-OHP}$)=1.087+0.707${\times}$Log(Cpyrene), where $R^2=0.713$ and n=38 for p<0.001. From the results of stepwise multiple regression analysis about 1-OHP, significant independents were total PAHs and urinary cotinine (adjusted $R^2=0.743$, p<0.001). In this study, there were significant correlation between the urinary concentration of 1-OHP and the airborne concentration of PAHs. The urinary 1-OHP was effective index as a biomarker of airborne PAHs in workplace. But it was influenced by non-occupational PAHs source, smoking.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.429-438
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• 2013

콘크리트 장기변형이 합성단면과 부재의 경계조건에 의해 내 외부 구속된 구조물에 단계별계산법(SSM)을 적용하 기위해 축-휨 요소가 적용된 객체지향 전산구조해석 프로그램이 개발되었다. 단순 및 연속 지지된 PS 콘크리트 박스 및 합성거더, 연속 강합성거더의 조립식 바닥판, 단순 프리플렉스 합성거더에 대한 SSM의 전산구조해석 결과 구속정도가 클수록 수정계수는 감소하였다. 수정계수의 감소에 대해 선인장의 손실률에는 큰 변화가 없으나, 선압축의 손실률은 급격히 증가하였다. 연속보의 내부지점에서 선압축의 손실률은 더욱 증가하였다. 이는 선인장의 손실에 기초한 설계는 내 외부 구속 정도가 큰 구조물에 대한 선압축의 손실을 과소평가할 수 있음을 보여준다. 전산구조해석을 만족하는 크리프의 수정계수는 0.35~0.95의 값이었으며, 수정 계수는 콘크리트 장기변형의 내 외부 구속의 정도를 나타내는 지표로 사용될 수 있다. 도로교설계기준의 수정계수 0.5는 긴장력이 도입된 강합성단면의 조립식 바닥판에 대해서는 부적절하며, 2007년 도입된 AASHTO LRFD 도로교설계기준(2008)과 한계상태에 대한 도로교설계기준의 긴장력 손실에 적용된 수정계수 0.7과 0.8은 PS 콘크리트 합성거더의 연속화에 대한 손실률을 과소평가한다. 복합구조 합성단면의 수정계수는 0.4 이하의 값이 적절하다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.542-552
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• 2018

본 연구에서는 현장타설 콘크리트를 사용하는 친환경 에코필라 사방댐의 시공성과 경제성을 향상시키기 위해 프리캐스트공법을 제안하고 성능검증을 수행하였다. 강재를 이용한 사방댐 형식은 공사비가 높고 부식으로 인한 환경문제도 발생하고 있어, 최근에는 콘크리트를 이용한 친환경 사방댐의 설치가 늘고 있다. 그러나 국내에서 사방댐 설계기준으로 명확하게 제시된 자료가 없어 경험적으로 설계되고 있을 뿐 아니라 에코필라 사방댐에 대한 기준은 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서 에코필라 사방댐의 설계외력 산정방법에 대해 제안하고 중공트랙형 단면을 적용하여 설계를 수행하였다. 또한, 구조적으로 비교적 간단한 캔틸레버 기둥으로 최대 휨모멘트가 작용하며 프리캐스트 공법의 핵심기술이라 할 수 있는 연결부 공법을 3가지로 제안하고 실물모형 실험을 통해 성능검증을 수행하였다. 실험결과, 루프철근 이음을 적용한 실험체가 가장 큰 강성을 보였고 앵커철근으로 연결된 실험체가 작은 값을 보였으나, 제시된 3가지 형태의 연결공법은 모두 극한하중에 따른 최대 휨모멘트를 충분히 넘어서는 성능을 나타내었다. 실물 실험체의 제작과정에서 각 공법에 대한 시공성에 대해 검토한 결과 앵커식 연결방법이 가장 우수한 것으로 평가되었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제41권1호
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• pp.51-57
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• 2013

직물형 유리섬유 조합에 따른 보강 집성재의 볼트 접합부 전단 성능을 알아보기 위하여 인장형 전단시험을 실시하였다. 보강재는 직물형 유리섬유로서 유리섬유 배열 형태는 평직형과 능직형을 사용하였다. 보강 집성재는 5층으로 직물형 유리섬유의 삽입 위치와 조합 형태를 달리하여 층재 사이에 삽입 적층시켜 제작하였다. 인장형 전단 시험편은 강판 삽입형로서 끝면거리 7D에 직경 12, 16 mm의 볼트로 접합하였다. 체적비 1% 직물형 유리섬유 보강 집성재의 경우 12 mm 볼트 접합부의 항복 전단내력은 집성재 외층부보다 내층부를 보강한 시험편에서 10% 큰 값을 나타내었다. 체적비 2% 직물형 유리섬유 보강 집성재의 항복 전단내력은 12 mm 볼트 접합부의 경우 각층재 사이에 삽입 적층시킨 시험편이 보강하지 않은 접합부보다 약 22% 향상되었으며, 16 mm 볼트 접합부의 항복 전단내력은 약 20% 향상되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.397-403
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• 2016

1970년대 이후 한국의 빠른 경제성장 동안에 수로나 철도 등 많은 지중구조물들이 건설되었다. 1988년에 내진설계가 의무화되었으나, 1988년 이전의 지중 구조물들은 내진설계가 반영되지 않았다. 따라서, 이러한 지중 구조물들은 지진이 일어났을 때 안전성을 확보하기 위해 효과적인 내진 보강방법이 필요하다. 그러한 이유로, 본 연구에서는 새롭게 개발된 보강재를 이용한 RC 박스 지중 구조물 우각부 보강공법의 내진성능에 대하여 분석하였다. 이 공법은 박스구조물 우각부에 Pre-flexed member를 설치하여 외력에 저항력을 증대시키는 원리이다. 타당성을 검증하기 위해서 새로이 개발된 보강재와 기존의 보강재를 실험과 유한요소해석으로 비교하였다. 유한요소모델에서 강재의 비선형 모델은 J2 Plasticity Model을 기초로 하고 콘크리트는 CEB-FIP MODEL CODE 1990로 모델링되었다. 또한, 설계반영을 위한 박스 구조물과 보강재와의 합성률을 산정하였다. 보강재와 박스구조물은 Tie에 의해 완전 부착된 상태의 연결조건 하에서 해석이 수행되었으며, 하중-변위곡선에서 실험과 유한요소해석의 결과가 서로 일치하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.697-704
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• 2008

이 논문은 외부 강선으로 보강된 PSC 교량의 시공단계가 고려된 비선형거동 예측을 위한 연구이다. 해석시 비부착 텐던 요소와 유연도법에 근거한 보-기둥 요소를 사용하였다. 비부착 텐던 모델은 PSC 구조물의 콘크리트내의 텐던의 거동을 모사하며 포스트텐션 (posttensioned) 구조물의 프리스트레싱력과 전달을 효율적으로 모사할 수 있다. 이 모델은 여러 절점과 세그먼트로 구성되며 PSC 구조물내의 같은 위치의 텐던을 하나의 텐던 요소로 모사할 수 있다. 보-기둥 요소는 분산균열 개념에 기초한 철근콘크리트 비선형 재료모델을 포함하고 있다. 유연도법에 근거하여 유도된 보-기둥 요소의 각각의 파이버는 콘크리트와 철근의 일축 거동을 모사한다. 보-기둥요소와 비부착 텐던 요소는 RC 및 PSC 구조물의 상세 비선형해석을 수행할 수 있는 RCAHEST (reinforce concrete analysis in higher evaluation system technology)에 이식하였다. 외부 강선으로 보강된 PSC 구조물에 대한 수치기법은 신뢰성 있는 실험 결과와 비교하여 검증하였다.