• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권4호
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• pp.441-461
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• 2021

Reinforced concrete (RC) columns are crucial in building structures and they are of higher vulnerability to terrorist threat than any other structural elements. Thus it is of great interest and necessity to achieve a comprehensive understanding of the possible responses of RC columns when exposed to high intensive blast loads. The primary objective of this study is to derive analytical formulas to assess vulnerability of RC columns using an advanced numerical modelling approach. This investigation is necessary as the effect of blast loads would be minimal to the RC structure if the explosive charge is located at the safe standoff distance from the main columns in the building and therefore minimizes the chance of disastrous collapse of the RC columns. In the current research, finite element model is developed for RC columns using LS-DYNA program that includes a comprehensive discussion of the material models, element formulation, boundary condition and loading methods. Numerical model is validated to aid in the study of RC column testing against the explosion field test results. Residual capacity of RC column is selected as damage criteria. Intensive investigations using Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) methodology are then implemented to evaluate the influence of scaled distance, column dimension, concrete and steel reinforcement properties and axial load index on the vulnerability of RC columns. The generated empirical formulae can be used by the designers to predict a damage degree of new column design when consider explosive loads. With an extensive knowledge on the vulnerability assessment of RC structures under blast explosion, advancement to the convention design of structural elements can be achieved to improve the column survivability, while reducing the lethality of explosive attack and in turn providing a safer environment for the public.

• Steel and Composite Structures
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• 제38권5호
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• pp.477-496
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• 2021

The main objective of this paper is to study vibration of sandwich open cylindrical panel with damaged core and 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 panel under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. 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. It is seen that for the large amount of power-law index "P", increasing this parameter does not have significant effect on the non-dimensional natural frequency parameters of the FG sandwich curved panel. Results indicate that by increasing the value of isotropic damage parameter "D" up to the unity (fully damaged core) the frequency would tend to become zero. One can dictate the fiber variation profile through the radial direction of the sandwich panel via the amount of "P", "b" and "c" parameters. It should be noticed that with increase of volume fraction of fibers, the frequency parameter of the panels does not increase necessarily, so by considering suitable amounts of power-law index "P" and the parameters "b" and "c", one can get dynamic characteristics similar or better than the isotropic limit case for laminated FG curved panels.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권2호
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• pp.113-131
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• 2022

A rockburst is a common disaster in deep-tunnel excavation engineering, especially for high-geostress areas. An anomalously low friction effect is one of the most important inducements of rockbursts. To elucidate the correlation between an anomalously low friction effect and a rockburst, we establish a two-dimensional prediction model that considers the discontinuous structure of a rock mass. The degree of freedom of the rotation angle is introduced, thus the motion equations of the blocks under the influence of a transient disturbing force are acquired according to the interactions of the blocks. Based on the two-dimensional discontinuous block model of deep rock mass, a rockburst prediction model is established, and the initiation process of ultra-low friction rockburst is analyzed. In addition, the intensity of a rockburst, including the location, depth, area, and velocity of ejection fragments, can be determined quantitatively using the proposed prediction model. Then, through a specific example, the effects of geomechanical parameters such as the different principal stress ratios, the material properties, a dip of principal stress on the occurrence form and range of rockburst are analyzed. The results indicate that under dynamic disturbance, stress variation on the structural surface in a deep rock mass may directly give rise to a rockburst. The formation of rockburst is characterized by three stages: the appearance of cracks that result from the tension or compression failure of the deformation block, the transformation of strain energy of rock blocks to kinetic energy, and the ejection of some of the free blocks from the surrounding rock mass. Finally, the two-dimensional rockburst prediction model is applied to the construction drainage tunnel project of Jinping II hydropower station. Through the comparison with the field measured rockburst data and UDEC simulation results, it shows that the model in this paper is in good agreement with the actual working conditions, which verifies the accuracy of the model in this paper.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권4호
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• pp.469-476
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• 2023

반복하중이나 동적하중에 대한 지반의 소성모델은 지반구조물의 비선형 수치해석에 매우 중요하다. 단일 항복면 모델은 반복하중에 대해 선형적 거동을 보이는 반면, 개발된 탄성영역이 없는 J₂-경계면 소성모델은 동일한 물성치로 효과적으로 지반의 비선형성을 모사할 수 있다. 경계면 내부 항복면의 반경을 0으로 수렴시켜 탄성영역이 사라지도록 수식화하고, 소성경화 계수과 팽창률을 이용하여 소성변형 증분을 정의하였다. 개발된 모델의 응력-변형률 증분식을 제시하고, 쌍곡선 모델에 대한 소성경화 계수를 유도하였다. 삼축압축조건과 얕은기초의 반복하중에 대한 비교해석은 개발된 모델의 안정적인 수렴성, 이론식과의 일치성, 그리고 이력경로을 보여 주었다. 또한, 수정된 쌍곡선함수에 대한 소성경화 계수를 제시하여, 1차원 등가선형모델에 부합하는 모델변수 산정법을 제안하여 지반의 다차원 거동을 모델링할 수 있도록 하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제52권3호
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• pp.273-291
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• 2024

This paper presents a three-dimensional displacement-based formulation to investigate the free vibration of functionally graded nanoplates resting on a Winkler-Pasternak foundation based on the nonlocal elasticity theory. The material properties of the FG nanoplate are considered to vary continuously through the thickness of the nanoplate according to the power-law distribution model. A general three-dimensional displacement field is considered for the plate, which takes into account the out-of-plane strains of the plate as well as the in-plane strains. Unlike the shear deformation theories, in the present formulation, no predetermined form for the distribution of displacements and transverse strains is considered. The equations of motion for functionally graded nanoplate are derived based on Hamilton's principle. The solution is obtained for simply-supported nanoplate, and the predicted results for natural frequencies are compared with the predictions of shear deformation theories which are available in the literature. The predictions of the present theory are discussed in detail to investigate the effects of power-law index, length-to-thickness ratio, mode numbers and the elastic foundation on the dynamic behavior of the functionally graded nanoplate. The present study presents a three-dimensional solution that is able to determine more accurate results in predicting of the natural frequencies of flexural and thickness modes of nanoplates. The effects of parameters that play a key role in the analysis and mechanical design of functionally graded nanoplates are investigated.

• 한국도로학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.1-13
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• 2008

본 연구에서는 다양한 아스팔트포장의 공용수명을 예측하기 위한 포장상태 평가의 사례를 제시하였다. ARAN(Automatic Road Analyzer)을 이용하여 균열 및 소성변형 감과 감전 포장의 표면파손 현황에 대한 조사를 실시하고 HPCI(Highway Pavement Condition Index)를 산정하였다. 포장 파손현황을 분석한 결과 가장 빈번한 형태의 파손은 Top-down 균열로 나타났다. FWD(Falling Weight Deflectometer)로부터 측정한 처짐데이터를 사용하여 포장의 탄성계수를 역산정하여 실내에서 구한 동탄성계수와 비교하였다. 그 결과를 역학적-경험적 방법과 AASHTO 93 설계법에 적용하여 포장의 지지력을 평가하였으며, 지지력은 설계수명 동안 충분한 것으로 평가되었다. 현재 포장의 주된 파손은 표층부의 Top-down 균열이므로 포장상태 평가로 계산된 HPCI와 기존 공용성 자료에 근거하여 포장의 잔존수명을 예측하였다. 포장상태 평가와 함께 포장의 조기파손 원인분석을 위해 대상구간의 코어 시편을 채취하여 공극률, 입도, 아스팔트 함량, 피로저항성 등의 물성을 측정하였다. 바인더를 태워 아스팔트 함량을 측정하는 방법은 현장시료의 경우 부정확한 것으로 나타났다. 실내시험결과 조기 균열이 발생한 가장 큰 이유는 다짐부족과 골재의 입도 부정확 등 시공시의 품질관리가 미흡한 것이 주된 원인으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권12호
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• pp.87-105
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• 2009

정규화 전단탄성계수 감소곡선(G/$G_{max}-\log\gamma$)과 감쇠비 곡선(D-$\log\gamma$)으로 표현되는 비선형 동적 변형특성은 현장 전단파속도 주상도와 함께 필댐의 동적 내진해석시 중요한 입력 물성치로 사용된다. 본 논문에서는 필댐 심벽부와 사력부 각각에 대하여 합리적이고 경제적인 비선형 동적 변형특성 산정 방법을 제시하였다. 심벽부의 경우, 기존 여러 연구 결과로부터 심벽부 구성 재료의 조건을 만족하는 정규화 전단탄성계수 감소곡선 111개, 감쇠비 곡선 98개를 확보하여 3개의 구속응력 영역(0~100kPa, 100kPa~200kPa, 200kPa 초과)에 대한 대표 곡선 및 범위를 제안하였고, 2종의 기존 댐 심벽부 시료에 대한 공진주 시험 결과와 비교하여 신뢰성을 확인하였다. 사력부의 경우, 자갈 등 입자가 큰 사석 재료에 대해 대형 시험장비를 이용하여 시험을 수행한 국외 연구 결과로 부터 정규화 전단탄성계수 감소곡선 135개, 감쇠비 곡선 65개를 획득하였다. 정규화 전단탄성계수 감소곡선은 3개의 구속응력 영역(50kPa 이하, 50kPa~100kPa, 100kPa 초과)에 대해 대표 곡선을 제안하였고, 감쇠비 곡선은 구속응력에 관계없이 하나의 대표 곡선으로 제안하였다. 또한 현재 시공중인 B댐의 사석 재료에 대한 결과와 비교하여 대표 곡선 및 범위에 대한 신뢰성을 검증하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제7권1호
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• pp.93-101
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• 1987

용접부(鎔接部)에서 잔류응력(殘留應力)은 용접열(鎔接熱)에 의한 국부(局部) 가열(加熱)과 불규칙적(不規則的)이고 비교적(比較的) 급속(急速)한 냉각(冷却)으로 유발(誘發)되는 열응력(熱應力)과 구조물(構造物)의 강성(剛性) 및 재료(材料) 등에 의하여 발생(發生)되며, 잔류응력(殘留應力)의 존재(存在)는 취성파괴강도(脆性破壞强度), 피로강도(疲勞强度), 좌굴강도(挫屈强度), 진동특성(振動特性), 부식저항(腐蝕抵抗) 등에 영향(影響)을 미치는 궁극적(窮極的) 요인(要因)으로 간주(看做)됨으로 본(本) 연구(硏究)는 구조물(構造物)의 강도(强度)를 저하(低下)시키고 기능(機能)에 악영향(惡影響)을 끼치는 잔류응력(殘留應力)의 기구학적(機構學的) 특성(特性)을 파악(把握)하기 위하여 SWS 58 강판(鋼板)을 X홈 용접(鎔接)하여 이것을 4단계(段階) 즉 $350^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $650^{\circ}C$, $800^{\circ}C$로 열처리(熱處理)하여 hole drilling method를 사용(使用)하여 잔류응력(殘留應力)을 측정(測定)한 결과(結果), 다음과 같은 결론(結論)을 얻었다. 잔류응력(殘留應力)을 제거(除去)시키는 가장 효과적(效果的)인 온도(溫度)는 $650^{\circ}C$ 정도(程度)이었고, 구멍의 직경(直經)이 구멍의 깊이와 일치할 때 구멍바로 근처(近處)의 소성변형(塑性變形)은 완전(完全)히 해방(解放)되었으며, 경도시험(硬度試驗)을 통(通)해 열처리(熱處理) 후(後) 열영향부(熱影響部)의 높은 경도(硬度)가 모두 삭감(削減)되는 것을 알 수 있었으며 또한 잔류응력(殘留應力)에 끼치는 용접입열(鎔接入熱)의 영향(影響)은 입열량(入熱量)의 표준(標準)보다 1/4 이상(以上), 이하(以下)인 경우 잔류응력(殘留應力)은 용접입열(鎔接入熱)에 큰 영향(影響)이 없음을 알았다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.241-250
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• 2007

폭발하중을 받는 콘크리트 구조물을 섬유 복합재 등의 보강 재료를 사용하여 보강하는 경우에는 강성 증가와 함께 적절한 연성을 확보할 수 있어야 한다. 그러나, 폭발하중을 받는 구조물의 설계 및 해석에 일반적으로 사용되는 기존의 근사적이며 단순화 모델은 보강 재료에 대한 효과를 정확히 반영할 수 없을 뿐 아니라 해석 결과의 정확성 및 신뢰성에 문제가 제기되어왔다. 또한, 동적 하중에 대한 콘크리트와 철근의 응답은 정적 하중에 대한 응답과 상이하기 때문에 기존의 정적, 준정적하에서 정의된 재료물성값들을 폭발하중에 대한 응답 계산에 사용하는 것은 부적절하다. 따라서, 본 연구에서는 명시적(explicit) 해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하여 매우 빠른 재하속도를 갖는 폭발하중에 대하여 강도 증진 및 변형률 속도 효과가 반영된 재료 모델을 포함하고 있는 정밀 HFPB(high fidelity physics based) 유한요소해석 기법을 제시하였다. 제시된 해석적 기법을 통하여 탄소섬유 복합재와 유리섬유 복합재를 사용하여 보강된 콘크리트 벽체의 폭발하중에 대한 거동을 해석하였으며, 이를 보강하지 않은 벽체의 해석 결과와 비교함으로써 보강 성능 분석을 실시하였다. 해석 결과 보강에 따른 최대 처짐이 약 $26{\sim}28%$ 감소하는 보강 성능을 확인하였으며, 제안된 해석 기법이 보강 재료와 보강 기법의 유효성을 평가하는데 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2006년도 공동학술대회 논문집
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• pp.117-122
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• 2006

지하구조를 영상화하기 위한 물리탐사자료의 역산에서 가장 기본적인 가정 중의 하나는 자료측정 시간 동안에 지하구조가 변화하지 않는다는 정적인 지하구조 모형에 있으며, 시간의 흐름에 따른 지하구조 변화를 이해하기 위한 지구물리 모니터링 탐사자료의 역산에서도 통상적으로 받아 드려지고 있다. 그러나 투수성이 매우 높은 지하 매질에서 수행하는 염수 주입 실험의 경우에는 전도성 유체가 매우 빠른 속도로 이동하게 되므로, 측정시간 동안에 지하구조가 변화하지 않는다는 정적인 지하구조 모형의 가정은 성립되지 않은 경우가 많다. 또한 역산 결과 얻어지는 지하 영상에도 심한 왜곡이 게재될 가능성이 높음은 자명한 일이다. 이 연구에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 지하구조가 시간에 대해 연속적으로 변화하는 시공간 모델에 입각한 새로운 최소자승 역산법을 개발하였다. 지하 시공간 모델을 수많은 공간 모델로 일정한 시간간격으로 샘플링하는 대신에, 미리 설정한 수개의 기준 시각의 공간 모델로 정의하는 방법을 제안하였으며, 이를 위해 동일한 공간좌표에서의 물성은 시간에 대해 선형적으로 변화한다는 가정을 채택하였다. 이에 의해 시간에 따라 연속적으로 변화하는 지하의 시공간 모델을 구하는 문제는 수 개의 기준 공간 모델을 구하는 문제로 단순화될 수 있다. 역산의 안정성을 기하고 신뢰도가 높은 지하구조를 계산하기 위해, 인접한 시간대의 지하구조의 변화는 크지 않다는 시간축을 따른 제한 또한 도입하였다. 전기비저항 시추공간 토모그래피 탐사의 수치 실험을 수행하였으며 이를 통해 제안한 알고리듬의 효용성을 입증하였다.