• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2002년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.174-181
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• 2002

The paper presents an effective analytical method for SSI systems which can have separation or sliding at the soil-structure interface. The method is based on a hybrid approach which combines a linear SSI code KIESSI-2D in frequency domain with a commercial finite element package ANSYS to obtain nonlinear dynamic responses in time domain. The method is applied to a 2-D underground box structure which experiences separation and sliding at the soil-structure interface. Material nonlinearity of the concrete structure is also included in the analysis. Effects of the interface conditions are examined and some critical factors affecting the seismic performance of underground structures are identified.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권5호
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• pp.5-17
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• 2022

말뚝(pile)은 연약한 지반에 구조물을 설치하기 위하여 지중에 관입시키는 매개체로서, 특히 PHC말뚝은 설계기준강도 80MPa 이상의 고강도 콘크리트를 사용하여 제작하므로 압축력과 휨모멘트에 대한 저항성이 우수하다. 또한 강관 말뚝 대비 경제성에서 유리하며 공장에서 생산되므로 품질확보 및 관리가 용이하다. 하지만 PHC말뚝의 설계 시 지지력에 영향을 미치는 주면마찰력은 단순히 경험식 또는 N값 등을 이용한 추정치에 의한 설계가 이루어지고 있으며, 특히 최근 빈도수가 급증하고 있는 국내 지진에 대하여 PHC말뚝 주면부에 형성되는 지반과의 접촉면 동적거동에 관한 실험적 연구 사례는 미미한 실정이다. 또한 지반 내 지하수의 pH 값과 같은 지반환경적 요소 역시 고려되지 않고 있다. 본 연구에서는 지하수의 pH 값을 고려하여 산성, 중성, 염기성 용액에 1개월간 수침시킨 콘크리트 시료를 점토의 구성광물인 카올리나이트 시료와 접촉시키고, 반복 단순전단시험을 수행하였다. 반복 단순전단시험은 상재압 0.2MPa 및 0.4MPa에 대하여 각각 수행하였고 그 결과를 비교하였다. 또한 접촉면의 동적 거동을 합리적으로 표현하기 위하여 교란상태개념(Disturbed State Concept)을 도입하여 교란상태함수를 구성하는 매개변수를 도출하였다. 그 결과 염기성 수침시료에 대하여 접촉면의 교란도가 가장 급격히 증가하였고 구속압이 작을 경우 보다 작은 누적 전단변형률에서 조기에 접촉면이 파괴상태에 근접하는 결과를 나타내었다. 또한 이러한 경향을 정량적으로 표현하는 교란상태함수의 매개변수를 새로이 제시하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권6호
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• pp.575-586
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• 2015

NATM터널의 콘크리트 라이닝에 작용하는 지반하중을 산정하는 방법으로 수치해석적 기법인 지반-라이닝 상호작용모델(Ground-Lining Interaction Model, GLI 모델)에 의한 지반하중 산정방법이 제안되었다. 그러나, 기존의 GLI 모델은 지반과 지보재 또는 콘크리트 라이닝 사이에 존재하는 계면(Interface)의 구조적 역할을 반영하지 못하였다. 이에 본 연구에서는 기존의 GLI 모델에 계면요소를 반영하여 보다 실제에 가까운 모델로 구현하였다. 그리고, 지반조건 및 토피별 지반하중을 수치해석을 통해 산정하고 기존의 GLI모델 지반하중 상관식을 수정하여 제안하였다. 연구결과, 기존 모델에 비해 계면요소 반영시 지반하중은 토피두께에 따라 IV등급 지반조건에서는 평균 88~106%, 풍화토 지반조건에서는 평균 47~57% 수준으로 감소하였다. 본 연구결과로 콘크리트 라이닝에 작용하는 지반하중을 실제에 가까운 모델로 산정할 수 있으며, 상관식을 이용하여 일관되고 경제적인 설계가 가능하게 될 것으로 예상된다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2002년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.123-128
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• 2002

In this paper, an averaged constitutive model of concrete and reinforcing bars for RC structure and path-dependent Ohsaki's model for soil are applied, and an elasto-plastic interface model having thickness is preposed for seismic analysis of underground RC subway station structure. A finite element analysis technique is developed by applying aforementioned constitutive equations and verified through seismic analysis of underground RC subway station. Then, failure mechanisms of the RC subway station structure under seismic action are numerically derived. Then, failure modes and damage levels of the station are also analytically evaluated for the cases of several designs of the underground RC station.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제9권1호
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• pp.21-30
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• 2010

이 논문에서는 부직포로 보강된 옹벽의 거동에 대한 이해를 돕기 위해 문헌연구를 통해 부직포의 하중-인장특성과 흙-보강재 경계면에서의 마찰특성, 실내모형실험 및 현장사례 등을 분석하였다. 분석결과 부직포는 구속압에 비례하여 강성과 인장강도가 증가하고, 흙-보강재 경계면에서의 전단강도는 지오그리드보다 큰 것으로 나타났다. 모형보강토옹벽 실험결과 부직포로 보강된 옹벽의 재하초기 변형은 지오그리드로 보강된 옹벽보다 크나 어느 시점을 지나면 지오그리드로 보강된 옹벽보다 작게 나타났다. 사례분석결과 부직포로 보강된 보강토옹벽이 영구 구조물로 사용되기 위해서는 전면벽체의 강성이 충분히 커야하고, 선 보강토체 후 일체형 현장 타설 콘크리트 전면벽체 구축시스템에 의해 옹벽을 구축할 경우 보강재로 부직포, 뒤채움재로 현지발생 불량토의 활용이 가능하고, 연약지반상에도 적용이 가능한 것으로 나타났다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권3호
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• pp.281-290
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• 2022

The direct shear test is commonly used to evaluate the shear behavior of frozen soil-structure interfaces under normal stress. However, failure criteria, such as the Mohr-Coulomb failure criterion, are needed to obtain the unconfined shear strength. Hence, the punch shear test, which is usually used to estimate the shear strength of rocks without confinement, was examined in this study to directly determine the adfreezing strength. It is measured as the shear strength of the frozen soil-structure interface under unconfined conditions. Different soils of silica sand, field sand, and field clay were prepared inside the steel and concrete ring structures. Soil and ring structures were frozen at the target temperature for more than 24 h. A punch shear test was then conducted. The test results show that the adfreezing strength increased with a decrease in the target temperature and increase in the initial water content, owing to the increase in ice content. The adfreezing strength of field clay was the smallest when compared with the other soil specimens because of the large amount of unfrozen water content. The field sand with the larger normalized roughness showed greater adfreezing strength than the silica sand with a lower normalized roughness. From the experiment and analysis, the applicability of the punch shear test was examined to measure the adfreezing strength of the frozen soil-structure interface. To find a proper sample dimension, supplementary experiments or numerical analysis will be needed in further research.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.69-72
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• 2008

최근 기술적인 발전과 더불어 경제적이고 신속한 시공성 그리고 내진성능 향상을 위하여 별도의 말뚝캡을 설치하지 않고 말뚝과 기둥을 하나의 부재로 사용하는 이른바 말뚝기초-교각의 일체화구조(Pier-Shafts)가 국 내외에서 많이 적용되고 있다. Pier-Shafts의 경우, 기초부분이 기존의 기초형식과는 달리 고정화되어 있지 않기 때문에 가상고정점 또는 탄성지반상의 보 이론에 기초한 해석법 등 종전의 단순해석법이 적용되지 않으며, 구조물과 지반 사이의 상호작용을 고려하는 것이 매우 중요하다. 또한, 상 하부의 일체화에 따른 연속성 등 구조적인 특성으로 인해 큰 수평 변위가 발생될 수 있기 때문에 횡방향 거동에 관한 정밀한 검토가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 철근콘크리트 구성모델, 지반 구성모델 및 두께를 갖는 탄소성 경계면 모델을 적용한 유한요소해석 프로그램을 이용하여 다양한 지반층을 고려한 Pier-Shafts의 거동을 분석하였으며, 기존의 실험 및 해석결과와 비교.검토하여 해석기법의 타당성을 검증하였다. 또한, 지진하중을 받는 Pier-Shafts의 내진성능을 평가하기 위하여 지반을 고려한 전체 Pier-Shafts 시스템에 대한 내진해석을 실시하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.225-233
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• 2003

지진하중을 받는 철근콘크리트(이하 RC) 구조물의 해석, 설계 및 성능 평가 등에 대해서는 많은 연구가 진행되어 왔으나, 지반에 둘러싸여 있는 지하 RE 구조물의 지진 해석에 대해서는 상대적으로 연구가 부족하였다. 지중의 지하 구조물은 지상 구조물과는 달리 지반과 상호작용을 하며 거동을 하기 때문에 지반내에서 하중을 받는 RC 구조물의 거동을 해석하기 위해서는 지진하중 하에서의 지반층의 거동을 예측할 수 있는 지반의 경로의존적 구성모델이 반드시 필요하다. 또한 RC 구조물과 지반 사이의 상호작용은 매체의 경계면을 통해 전달되기 때문에 보다 정확한 RC 구조물의 내진성능을 해석하기 위해서는 경계구역의 거동이 해석시에 반드시 고려되어야 한다. 이에 따라 본 논문에서는 지하 RC 구조물의 내진성능을 해석적으로 예측하기 위해 RC구조물에 대해서는 철근과 콘크리트의 평균화된 구성모델을 적용하였고, 지반에 대해서는 경로의존적 Ohsaki 모델을 적용하였으며, 두께를 갖는 탄소성 경계면 모델을 제안하였다. 또한 지진하중을 받는 지하 RC 정거장 구조물에 대한 내진 해석을 수행하여 지진시의 지하 RC 구조물의 파괴 기구를 해석적으로 구하였고, RC 구조물에 대한 상대적인 배근 설계에 따른 파괴 모드의 변화와 구조물의 손상 정도의 변화를 해석적으로 구하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제17권2호
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• pp.33-40
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• 2018

지반구조물에서는 흙과 구조물 사이의 상호 마찰 특성이 구조물에 작용하는 하중과 저항 분석에 큰 영향을 미친다. 일반적으로 지반구조물의 주재료로서 콘크리트 또는 강재가 많이 사용되며, 흙 입자 크기와 비교하여 마찰면의 거칠기 정도에 따라 경계면 마찰 특성이 큰 차이를 보인다. 특히 비신장성 보강재를 사용하는 보강토 옹벽, 말뚝 주면, 옹벽면 등의 지반구조물에 대해서는 흙과 구조물 사이의 마찰특성을 합리적으로 분석하여 구조물의 안전성을 확보하여야 한다. 구조물면과 사질토 사이의 마찰특성에 대하여 보다 정확한 예측식을 제시하고 이 예측식이 가지고 있는 불확실성을 제시하는 것은 지반-지반구조물의 신뢰성 분석에 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 기존 양질의 연구 문헌들에 보고된 흙과 거칠기가 다른 면 사이의 마찰실험결과를 분석하여, 강재와 사질토 사이의 첨두 경계면 마찰각을 구하는 식을 제안하였다. 첨두 경계면 마찰각을 결정하는 주요인자는 경계면의 상대조도, 흙의 상대밀도, 구속압, 한계상태 경계면 마찰각이다. 본 연구에서 개발한 첨두 경계면 마찰각 예측식에 대한 불확실성을 통계적으로 Goodness-of-fit 시험 결과를 반영하여 평가하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제2권1호
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• pp.1-18
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• 2010

The analysis of structure response and design of buried structures subjected to dynamic destructive loads have been receiving increasing interest due to recent severe damage caused by strong earthquakes and terrorist attacks. For a comprehensive design of buried structures subjected to blast loads to be conducted, the whole system behaviour including simulation of the explosion, propagation of shock waves through the soil medium, the interaction of the soil with the buried structure and the structure response needs to be simulated in a single model. Such a model will enable more realistic simulation of the fundamental physical behaviour. This paper presents a complete model simulating the whole system using the finite element package ABAQUS/Explicit. The Arbitrary Lagrange Euler Coupling formulation is used to model the explosive charge and the soil region near the explosion to eliminate the distortion of the mesh under high deformation, while the conventional finite element method is used to model the rest of the system. The elasto-plastic Drucker-Prager Cap model is used to model the soil behaviour. The explosion process is simulated using the Jones-Wilkens-Lee equation of state. The Concrete Damage Plasticity model is used to simulate the behaviour of concrete with the reinforcement considered as an elasto-plastic material. The contact interface between soil and structure is simulated using the general Mohr-Coulomb friction concept, which allows for sliding, separation and rebound between the buried structure surface and the surrounding soil. The behaviour of the whole system is evaluated using a numerical example which shows that the proposed model is capable of producing a realistic simulation of the physical system behaviour in a smooth numerical process.