• 한국지반공학회논문집
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• 제24권7호
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• pp.61-73
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• 2008

다수의 말뚝을 캡(확대기초)으로 연결하여 하중을 지지하는 다주식 기초에 대하여 캡의 연결부를 강결합 조건과 힌지결합 조건으로 구분하여 말뚝 반력 해석의 합리성을 분석하였으며, 널리 사용 중인 탄성변위법과 라멘식 프레임 해석에 기반한 비선형 해석기법을 비교하여 검토하였다. 특히 실제 해상 장대교량의 조건을 대상으로 상부구조와 기초를 연계한 전체 구조계 해석 결과를 분석하여 말뚝머리 구속 조건에 대한 기초 부재 단면력 산정의 적정성을 파악하였다. 이를 위해 캡과 연결된 각 말뚝에서 발생하는 휨모멘트, 전단력, 압축력 등 반력을 산정하고 PM상관도 분석과 지지력 산정을 통해 말뚝 부재의 안정성을 검토하였다. 일반적인 규모의 교량, 또는 강성이 크지 않은 말뚝을 적용한 기초에서는 말뚝-캡 결합 조건에 따른 말뚝 단면 설계의 차이가 현저하지 않으나, 말뚝이 지면 위로 일정 길이 이상 돌출되는 다주식 기초의 해상교량에서는 말뚝머리를 힌지로 고려할 경우 지중부에서 매우 큰 휨모멘트와 전단력이 유발되며, 말뚝머리의 수평변위량이 극단적으로 증가하였다. 해상 장대교량에 대해서는 비현실적 가정조건에 기반한 탄성변위법 보다는 말뚝머리를 캡에 강결합하고 말뚝이 탄성판에 지지된 보로 간주하는 라멘(rahmen) 모델링을 통해 상부구조와 연계한 전체 구조계 해석을 수행하는 것이 바람직하다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.5-14
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• 2010

본 연구에서는 지반의 응력상태와 동하중을 실제 지반 및 지진하중과 가장 가깝게 모사하기 위하여 여러 압밀 응력비(K) 조건으로 시료를 구속시킨 후 실지진 하중을 이용해 진동삼축시험을 수행하였다. 시험시 시료는 액상화가 발생 가능한 상대밀도 50%의 주문진 표준사를 사용하였다. 시험은 K를 0.5~1.0까지 변화 시키며 구속된 시료에 Ofunato 지진파와 Hachinohe 지진파를 사용하여 축하중을 변화 시키며 진동삼축시험을 수행하여 과잉간극수압비의 발현 정도에 따라 액상화 저항강도를 판단하였다. 연구 결과 K값이 클수록 과잉간극수압비의 발현이 크게 되었고, 다른 조건이 같을 때 등방구속된 시료에서 과잉간극수압비의 발현이 가장 잘되었다. 즉, 등방 구속된 시료가 이방 구속된 시료보다 동일 조건에서 액상화 저항강도가 더 크다는 사실에 반하는 것을 알 수 있었다. 시험 결과 값을 이용하여 K에 따른 최대과잉간극수압비를 유도할 수 있었고, 그것을 유효구속압과 축차 하중을 이용하여 선형으로 정규화 하였으며, 등방 구속된 시료의 액상화 저항강도로부터 이방 구속된 시료의 액상화 저항강도를 구할 수 있는 보정계수를 제안하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.117-127
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• 2008

본 논문에서는 불포화 상태로 존재하는 다짐 지반에 대하여 함수특성곡선의 획득뿐만 아니라 다양한 모관흡수력 변화에 따른 탄성계수 평가를 위해 종래의 압력판 추출 시험기(VPPE)를 개선하였다. 이를 위해, 비파괴 시험이 가능한 벤더엘리멘트(BE) 시험 시스템을 도입하여 전단파 속도와 최대 전단탄성계수를 평가하였다. 개발된 시험 시스템을 이용하여 시공 중인 국내 도로 현장에서 채취된 3종의 노상토에 대해 모관흡수력 및 함수비 변화에 따른 최대 전단탄성계수의 변화를 평가하였다. 또한 시험결과를 기존의 모관흡수력 조절 비듦전단시험 및 현장 탄성파 시험으로부터 획득한 결과와 비교함으로써 개발된 시험 시스템의 타당성을 검증하였다. 본 연구에서 제안된 새로운 VPPE-BE 시스템은 향후, 탄성계수의 계절적 변화 모델 개발을 위한 도구로서의 효율적인 적용이 가능함을 확인하였다

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권12호
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• pp.113-120
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• 2008

1차원 지반응답해석은 지반에 의한 지진동의 증폭현상을 모사하는 데 널리 사용되고 있다. 가장 널리 사용되고 있는 등가선형 지반응답해석기법은 유효변형률에 상응하는 전단탄성계수와 감쇠비를 전 주파수 영역에 일률적으로 적용하며, 진동주파수에 대한 지반 응답의 영향을 고려하지 않는다. 지반의 비선형 거동을 주파수영역에서 보다 정확하게 모사하기 위하여 진동주파수와 지반거동의 상관관계를 주파수-변형률 곡선으로써 모의하는 등가선형해석기법이 개발되었으며, 이 방법은 기존의 등가선형해석기법에 비하여 정확성을 향상시킨다고 알려져 있다. 이제까지 다양한 형상의 주파수변형률 곡선이 제안되었으며, 이들은 한결같이 해석의 정확성을 증가시킨다고 주장된 바 있다. 본 연구에서는 기존의 연구에서 제안되었건 두 개의 주파수-변형률 관계 완화곡선과 본 연구에서 새롭게 제안된 세 개의 곡선을 이용하여 주파수 의존성을 고려한 등가선형해석기법의 정확성을 검증하였다. 검증에는 세 개의 부지에서 기록된 6개의 지진파가 사용되었다. 해석결과, 완화곡선은 지반응답에 지배적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 주파수 의존성을 고려한 해석은 정확성을 향상시킬수 있는 것으로 나타났다. 하지만, 모든 사례에서 가장 정확하게 응답을 예측하는 완화곡선은 없는 것으로 나타났으며, 해석사례별로 최적의 완화곡선이 다른 것으로 나타났다. 따라서, FDEL 해석 수행 시, 다양한 완화곡선을 사용해야 할 것으로 판단되며 등가선형해석과 병행해서 수행되어야 한다고 판단된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제25권4호
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• pp.214-216
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• 2022

분포형 음향 센싱(distributed acoustic sensing, DAS)은 광섬유 케이블을 수신기로 활용하는 탐사기술로서, 석유탐사 및 지진분야에서 모니터링 목적으로 활발히 적용되고 있다. 최근에는 지하매질의 물성정보를 도출하기 위해 분포형 음향 센싱 자료를 활용한 전파형역산 연구가 수행되고 있다. 분포형 음향 센싱은 광섬유 케이블 상의 두 점 간의 위상 차이에 의한 변형률을 측정하기 때문에, 기존 전파형역산 알고리즘에 직접 활용하기 어렵다. 분포형 음향 센싱 자료를 전파형역산에 활용하기 위해, 본 연구에서는 평면파 가정에서의 변형률과 수평입자속도의 관계식을 이용한 평면파 전파형역산 알고리즘을 개발하였다. 수치실험을 통해 평면파 가정에서의 변형률과 입자속도 간의 관계식이 성립함을 확인하였다. 다양한 탐사환경에서 분포형 음향 센싱 자료에 대한 전파형역산의 적용 가능성을 확인하기 위해, 육상 및 해저면 탄성파 탐사 환경을 모사한 4층 및 수정된 Marmousi-2 속도모델을 이용하였다. 제안된 전파형역산을 통해 육상 및 해저면 탄성파 탐사 환경하에서 P파 및 S파 속도구조를 정확히 도출할 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.155-163
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• 2023

원전 구조물의 실시간 모니터링 기술이 요구되고 있지만, 현재 운영 중인 지진 감시계통으로는 동특성 추출 등 시스템 식별이 제한된다. 전역적인 거동 데이터 및 동특성 추출을 위해서는 다수의 센서를 최적 배치하여야 한다. 최적 센서배치 연구는 많이 진행되어 왔지만 주로 토목, 기계 구조물이 대상이었으며 원전 구조물 대상으로 수행된 연구는 없었다. 원전 구조물은 미미한 신호대잡음비에도 강건한 신호를 획득하여야 하며, 모드 기여도가 저차 모드에 집중되어 있어 모드별 잡음 영향을 고려해야 하는 등 구조물 특성을 고려해야 한다. 이에 본 연구에서는 잡음에 대한 강건도와 모드별 영향을 평가할 수 있는 최적 센서배치 방법론을 제시하였다. 활용한 지표로서 auto MAC(Modal Assurance Criterion), cross MAC, 노드별 모드형상 분포를 분석하였으며, 잡음에 대한 강건도 평가의 적합성을 수치해석으로 검증하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권4A호
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• pp.507-515
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• 2008

본 연구에서는 모드분해기법을 이용한 변형률신호로부터 변위응답추정 방법을 개발하였다. 일반적으로 교량의 안정성평가는 완공 후에 초점이 맞추어져 있다. 하지만 가설 중에도 풍하중과 지진하중과 같은 동적하중에 노출되어 있으며, 이런 동적하중에 대한 안정성을 검토하기 위해 교량의 안정성 평가에 있어 중요한 인자인 변위를 추정하는 것이 중요하다. 그러나 건설현장에서의 적절한 변위측정 방법의 부재로 인하여 대형구조물의 전체적인 변위를 측정할 수 없는 것이 현실이다. 본 연구에서는 간접적으로 변위를 추정하는 방법인 변형률로 변위를 추정하는 방법을 제시하였으며, 광섬유 브래그 격자 센서(fiber optic Bragg-grating sensor)를 사용하여 변형률을 계측하였다. 기존에도 FBG센서를 이용한 변위추정 방법이 있었으며 기존의 방법으로는 정적하중에 대한 변위추정은 가능하였으나 고차 모드의 변형률신호와 노이즈의 영향 때문에 동적하중에 대한 변위추정은 많은 오차가 발생하여 정확한 변위추정이 어려웠다. 이런 오차를 줄이는 방법으로 모드분해기법을 사용하였다. 모드분해기법은 변형률신호로부터 proper orthogonal decomposition(POD)을 이용하여 추정한 모드형상과 empirical mode decomposition(EMD)을 이용하여 모드 분해한 변형률신호로 모드별 변위응답을 추정하고, 구조물의 주요 모드에 대한 변위응답을 합하여 전체변위응답을 추정하는 방법이다. 제안한 모드분해기법을 검증하기 위해 실내모형실험을 수행하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5A호
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• pp.849-859
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• 2006

본 연구에서는 벤치마크 사장교를 이용해 다양한 불확실성에 대해서 복합시스템에 사용된 ${\mu}$-제어기의 강인성 해석을 수행하였다. 복합 시스템에 추가적으로 사용된 능동제어 장치로 인하여 전체 시스템의 강인성이 저하되거나 불안정성이 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 복합 시스템의 강인성을 향상 시키기 위해 기본적으로 신뢰성이 확보되는 수동장치와 함께 불확실성을 포함한 시스템의 성능과 안정성(강인성능)을 보장하는 ${\mu}$-합성법을 능동제어 장치에 사용하였다. 교량상판에 추가적인 질량, 구조물 강성행렬에 대한 섭동, 능동제어 장치의 시간지연, 그리고 이들의 조합을 이용하여 ${\mu}$-합성법의 강인성을 조사하였다. 수치해석 결과 다양한 불확실성에 대해 제안된 시스템은 제어성능의 저하 없이 뛰어난 강인성을 보여 주었다. 또한 제어시스템의 강인성은 다른 불확실성에 비해 구조물의 강성행렬 섭동에 더 큰 영향을 받는다. 따라서 ${\mu}$-합성법으로 제어되는 복합 시스템은 불확실성이 많은 지진하중을 받는 사장교에 개선된 제어기법으로 제안될 수 있다.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권1호
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• pp.81-89
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• 2023

A simplified calculation method of natural vibration characteristics of high-speed railway multi-span bridge-longitudinal ballastless track system is proposed. The rail, track slab, base slab, main beam, bearing, pier, cap and pile foundation are taken into account, and the multi-span longitudinal ballastless track-beam-bearing-pier-cap-pile foundation integrated model (MBTIM) is established. The energy equation of each component of the MBTIM based on Timoshenko beam theory is constructed. Using the improved Fourier series, and the Rayleigh-Ritz method and Hamilton principle are combined to obtain the extremum of the total energy function. The simplified calculation formula of the natural vibration frequency of the MBTIM under the influence of vertical and longitudinal vibration is derived and verified by numerical methods. The influence law of the natural vibration frequency of the MBTIM is analyzed considering and not considering the participation of each component of the MBTIM, the damage of the track interlayer component and the stiffness change of each layer component. The results show that the error between the calculation results of the formula and the numerical method in this paper is less than 3%, which verifies the correctness of the method in this paper. The high-order frequency of the MBTIM is significantly affected considering the track, bridge pier, pile soil and pile cap, while considering the influence of pile cap on the low-order and high-order frequency of the MBTIM is large. The influence of component damage such as void beneath slab, mortar debonding and fastener failure on each order frequency of the MBTIM is basically the same, and the influence of component damage less than 10m on the first fourteen order frequency of the MBTIM is small. The bending stiffness of track slab and rail has no obvious influence on the natural frequency of the MBTIM, and the bending stiffness of main beam has influence on the natural frequency of the MBTIM. The bending stiffness of pier and base slab only has obvious influence on the high-order frequency of the MBTIM. The natural vibration characteristics of the MBTIM play an important guiding role in the safety analysis of high-speed train running, the damage detection of track-bridge structure and the seismic design of railway bridge.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.86-93
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• 2023

반복하중을 받는 철근콘크리트 부재는 이력거동이 진행됨에 따라 강성과 강도의 저하 그리고 핀칭현상 등으로 인하여 에너지소산 능력이 감소된다. 그러나 지침서 「철근콘크리트 건축구조물의 성능기반 내진설계를 위한 비선형해석모델, 2021」에서는 각 부재별로 모든 이력단계별 단일한 에너지소산계수를 산정하도록 하고 있어 이력단계에 따른 에너지소산능력의 감소를 고려할 수 없을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 반복하중을 받는 일반보에 대한 기존 실험결과와 비선형시간이력해석 결과를 비교하여 이력단계에 따른 에너지소산계수를 고찰하였다. 에너지소산계수는 비선형시간이력해석 결과로 구한 이상화된 탄소성거동 에너지 소산량에 대한 실제 실험체의 에너지소산량의 비로써 산출하였다. 기존 실험결과는 1회 Cycle을 각 이력단계별로 산정하여 에너지소산계수를 도출하였으며, 지침서 내 비선형모델링 과정을 토대로 에너지소산계수를 도출하였다. 기존 실험연구에선 각 이력단계(Y-L-R)를 설정하여 에너지소산계수를 구하였으며, 에너지소산계수는 Y-L구간 0.36, L-R구간 0.28로 나타났고, 지침서 에너지소산계수는 0.31로 나타났다. 이는 지침서의 에너지소산계수 산정식이 철근콘크리트 부재의 에너지소산능력의 감소를 나타내지 못하는 것으로 나타났다.