• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.211-224
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• 2018

터널의 지보패턴 설계는 터널의 안정성에 직접적인 영향을 끼치기 때문에 터널에 작용하는 다양한 하중들을 적절히 고려하여야 한다. 국내에서는 프로젝트에 따라 암반분류법을 기반으로 표준 지보패턴을 정의하고 있으며, 시공 시 터널거동을 고려하여 적절히 수정되어야 한다고 기술되어 있다. 본 연구에서는 내공변위제어법, 토압, 록볼트의 축력 및 숏크리트의 모멘트 등을 종합적으로 고려하여 지보패턴을 최적화할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 차분진화알고리즘(DEA)을 적용하여 터널 심도에 따라 록볼트의 길이 및 간격, 숏크리트의 두께를 최적화하였으며, 도출된 결과를 철도터널의 표준지보패턴(3등급)과 비교하였다. 천층지반에서 록볼트의 길이는 표준지보패턴보다는 짧아질 수 있으며, 간격은 넓어질 수 있다. 터널의 심도가 깊어질수록 숏크리트의 두께는 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 숏크리트의 두께는 심도가 깊어질수록 표준지보패턴보다는 두꺼워져야 터널의 안정성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권6호
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• pp.747-758
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• 2006

경제성장과 함께 교량의 설계 및 형식 선정에서 안전성 및 경제성과 함께 미적 관점이 중요시되어 장대화 및 장경간화되고 있다. 또한, 경제성장은 교통량의 증대를 가져오게 되어 하나의 교량이 도로교 및 철도교로의 역할을 동시에 수행하는 복합이용교량이 되는 경우가 발생되고 있으며, 이러한 사회간접시설(SOC) 건설 사업에 민간자본의 유입이 발생되는 복합이용교량의 경우, 시공비는 민간자본 유치 비중에 따라 쉽게 해결할 수 있으나, 유지관리비의 경우 관리주체가 도로교와 철도교로 분리 운영되는 경우 도로교와 철도교가 각기 일정비율의 비용을 분담하여야 할 필요가 생기게 된다. 그러나 철도와 도로의 하중이나 안전율 등의 기준이 서로 상이한 상태에서 사용응력이나 사용 수익금 등에만 의존하여 그 비율을 정하는 데는 다소 문제가 발생될 소지가 있다. 본 연구에서는 해외의 사례와 함께 국내의 복합이용교량을 대상으로 유지관리비의 분담비율을 결정하면서 발생될 수 있는 여러 요인들에 대하여 검토하고 분담비율을 결정하는 하나의 방법으로서 구조해석에 의한 발생응력에 기초한 방법을 제시하고, 추후 유사한 문제 발생시를 대비하여 한 예시가 되고자 한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권8호
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• pp.5-16
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• 2017

근입깊이가 직경에 비하여 상대적으로 작은 말뚝은 편심이 큰 횡방향 하중을 받는 경우 전도되어 파괴된다. 지금까지 횡방향하중을 받는 짧은말뚝의 지지거동에 대해서는 주로 모형실험을 적용한 연구가 수행되었지만, 전주, 표지판, 가로등 기초와 같이 매우 큰 모멘트를 받는 짧은말뚝의 지지거동은 아직까지 명확히 규명된 바 없다. 본 연구에서는 직경 750mm의 실물크기 말뚝에 대한 재하시험을 수행하였다. 실제 하중조건을 모사하기 위하여 기초로 부터 8m 이격된 지점에 횡방향 하중을 가하여 매우 큰 모멘트를 유발하였으며, 말뚝의 근입깊이를 2.0m, 2.5m, 3.0m로 변화시킨 3회의 시험을 수행하였다. 시험결과 큰 모멘트를 받는 짧은말뚝은 파괴 직전까지 변위나 회전각이 거의 발생하지 않다가 전도로 인해 급격한 변위가 발생하는 취성형태로 파괴 되었다. 이러한 거동은 기존의 횡방향 위주의 하중을 받는 짧은말뚝에서 나타난 연성파괴 거동과는 대조적이다. 기존에 제안된 세 종류의 지지력 예측식으로 부터 구한 짧은말뚝의 극한 횡방향지지력을 시험결과와 비교하였으며, 말뚝 근입깊이가 상대적으로 작은 경우는 말뚝선단 중심의 회전을 가정한 제안식이 적절하지만, 근입깊이가 커지면서 회전점을 중심으로 응력방향이 반전되는 토압분포를 가정한 제안식이 보다 적절한 것으로 평가되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.173-178
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• 2016

콘크리트 교량 상에 고속철도의 자갈 궤도가 시공될 경우 장대 레일의 종방향 변위가 고정된 반면 교량 바닥판 슬래브의 종방향 변위가 고정되지 않고, 온도 하중과 외부 하중에 의해 교량과 레일의 상대 변위가 발생한다. 현재 장대 레일 자갈 궤도에 대한 종방향 저항력(KR C-08080, UIC code 774-3)은 교량의 종방향 변위와 자갈 궤도와 콘크리트 슬래브 사이의 마찰력을 고려하고 있지 않다. 또한 종방향 저항력 값은 다소 보수적이어서 철도교의 장경간 및 연속화에 불리한 요소로 작용하고 있다. 따라서 실제의 거동을 보다 효과적으로 반영하기 위해 장대 레일의 종저항력은 콘크리트 슬래브와 궤도 사이의 추가적인 강성을 고려해야 한다. 본 연구에서는 콘크리트 바닥판과 도상 궤도를 모사한 실대형 실험체(mock-up test specimen)를 제작하여, 교량 상에 설치된 도상 궤도의 종저항력을 측정하였고, 또한 차륜 하중의 재하 유무에 대해서도 그 거동을 평가하였다. 실험 결과, 최대 종저항력은 현재의 코드와 유사한 경향을 보였으나, 한계 변위까지의 강성은 현재의 코드보다 실험 결과가 작게 측정되는 것으로 나타났다.

• Steel and Composite Structures
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• 제48권2호
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• pp.207-233
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• 2023

Steel-concrete composite box girder bridges are widely used in the construction of highway and railway bridges both domestically and abroad due to their advantages of being light weight and having a large spanning ability and very large torsional rigidity. Composite box girder bridges exhibit the effects of shear lag, restrained torsion, distortion and interface bidirectional slip under various loads during operation. As one of the most commonly used calculation tools in bridge engineering analysis, one-dimensional models offer the advantages of high calculation efficiency and strong stability. Currently, research on the one-dimensional model of composite beams mainly focuses on simulating interface longitudinal slip and the shear lag effect. There are relatively few studies on the one-dimensional model which can consider the effects of restrained torsion, distortion and interface transverse slip. Additionally, there are few studies on vehicle-bridge integrated systems where a one-dimensional model is used as a tool that only considers the calculations of natural frequency, mode and moving load conditions to study the dynamic response of composite beams. Some scholars have established a dynamic analysis model of a coupled composite beam bridge-train system, but where the composite beam is only simulated using a Euler beam or Timoshenko beam. As a result, it is impossible to comprehensively consider multiple complex force effects, such as shear lag, restrained torsion, distortion and interface bidirectional slip of composite beams. In this paper, a 27 DOF vehicle rigid body model is used to simulate train operation. A two-node 26 DOF finite beam element with composed box beams considering the effects of shear lag, restrained torsion, distortion and interface bidirectional slip is proposed. The dynamic analysis model of the coupled composite box girder bridge-train system is constructed based on the wheel-rail contact relationship of vertical close-fitting and lateral linear creeping slip. Furthermore, the accuracy of the dynamic analysis model is verified via the measured dynamic response data of a practical composite box girder bridge. Finally, the dynamic analysis model is applied in order to study the influence of various mechanical effects on the dynamic performance of the vehicle-bridge system.

• 문화기술의 융합
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• 제9권3호
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• pp.633-640
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• 2023

본 연구는 운행선 경전철 직결식 궤도 부설구간에서 발생한 도상블록의 변위거동 특성을 분석하여 적정 보강 방안을 도출하고자 현장조사를 바탕으로 한 수치해석을 수행하였다. 본 연구의 대상선로는 교량상 급곡선 직결식 콘크리트 궤도로서 교량바닥판에 부설된 도상블록이 종방향 및 횡방향으로 이동하는 문제가 발생하여 이에 대한 메커니즘을 분석하였다. 본 연구에서는 3D Solid요소를 이용한 궤도구조 모델링을 바탕으로 운행하중 조건에서 발생가능한 직결식 궤도의 거동을 분석하고 다양한 보강방안에 대한 보강효과를 해석적으로 분석하였다. 도상블럭의 보강 전, 후 횡변위 분석결과, 극한 횡압 작용 시 보강 후 최대 횡변위는 보강 전 대비 약 3% 수준(약 0.1mm)으로 크게 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 채움 모르타르, 교량 바닥판, 보강철근의 발생응력 검토결과, 모두 2.6 이상의 충분한 안전율을 확보하는 것으로 분석되어 보강방안에 대한 최적 조건을 도출하였다. 따라서 본 연구에서 검토한 앵커링 보강 수량 및 대칭형 앵커배치는 도상블록 횡방향 변위 발생 제어 및 교량, 도상블록의 구조적 건전성 확보에 효과적일것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권4D호
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• pp.671-678
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• 2006

본 연구에서는 2개의 질량을 갖는 1/4 차량모델을 이용하여 차량-궤도-교량간의 동적상호작용 현상을 표현하기 위해 비선형 헤르츠 접촉스프링(Nonlinear Hertzian Contact Spring)과 비선형 접촉감쇠장치(Nonlinear Contact Damper)를 도입하였다. 또한, 차량에 작용하는 하중은 차량의 중량외에 임의시간단계의 차륜재하위치인 레일답면(즉, 주행로상의 접촉면)에서의 변위가 제한조건식(Constraint Equation)으로 가해졌다. 이 변위제한조건식은 Penalty방법(Penalty Method)에 의해 구현되었으며, 해의 안정화(Stabilization)를 위한 기법과 제한조건오차보정반력(Reaction from Constraint Violation)을 도입하였다. 또한, 차량의 피칭운동을 표현하고, 다양한 차량/열차를 모형화하기 위해서 1/4 차량모델의 차체 및 대차프레임 간을 강체연결 및 핀이 있는 강체연결조건으로 모형화하였다. 시간적분방법으로는 Newmark계열의 시간적분법이 사용되었으며, 해의 정확성 확보를 위해 국지적 오차평가에 근거한 적응적시간간격기법(Adaptive Time-Stepping Scheme)을 도입하였다. 이러한 적응적시간간격기법을 도입하여 동적해석에서 시간간격의 크기를 자동적으로 결정함으로써 동적해석에서의 해의 정확성을 확보하고 시간적분에 소요되는 계산비용을 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제44권1호
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• pp.41-48
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• 2024

국민안전처는 내진설계기준 개정을 위한 연구를 시행하였으며, 표준설계응답스펙트럼에 대해서 연구를 수행하여 2017년 내진설계기준 공통적용 사항을 제정하였고, 이는 현재 국토교통부의 국가설계기준에도 반영되어 실무에 사용되고 있다. 다만, 2017년 기준 개정 시 표준설계응답스펙트럼 제안을 위한 연구는 2016년 경주 지진과 2017년 포항 지진 이전에 수행되어, 최근 발생한 국내 중규모 이상 지진인 두 지진기록이 연구에 사용되지 않았다. 이들을 고려하기 위해 본 연구에서는 2016년 경주 지진기록과 2017년 포항 지진기록을 기반암의 표준설계스펙트럼에 상응하도록 수정하여 지반응답해석을 수행하였으며, 수행결과로부터 같은 지반분류 내에서도 지표면 최대응답가속도(PGA)가 상이함을 알 수 있었고, 이로 인하여 지진하중이 과대 또는 과소하게 산출될 수 있음을 확인하였다. 지반분류에 따른 지반증폭에 의한 PGA 결정시 불확실성이 존재할 수 있으며, 이러한 불확실성은 결정된 PGA가 실제 발생 값과 다른 값을 가지게 할 가능성 유발한다. 추후 연구에서는 PGA크기에 영향을 주는 여러 영향 요소들 중 현행 지반 분류에서 사용되는 조합(기반암 깊이-속도) 이외에도 영향 요소들의 다양한 조합에 대한 연구가 필요할 것으로 생각된다.