• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.19-26
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• 2021

격자 구조체는 강도 및 강성, 초경량 및 에너지 흡수 능력 등의 우수성을 가지고 있어서 전방위 산업에서 주목을 받고 있으나, 다양한 장점에도 불구하고 복잡한 형상에 따른 제조 공정의 어려움으로, 현재까지 광범위한 상용화 및 사용은 제한되고 있다. 한편 적층 제조는 전통적인 제조 방법으로는 불가능한 복잡한 기하학적 형상 제조가 가능한 기술로써, 격자 구조체 제조를 위한 최적 기술로 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 3차원 좌표 방법으로 단위 셀을 형성하고, 단위셀의 바운더리 박스 크기 및 스트럿 반경에 따른 상대 밀도의 관계식을 도출하였다. 본 연구에서는 Simple Cubic(SC), Body-Centered Cubic(BCC) 및 Face-Centered Cubic(FCC)을 모델링 소프트웨어를 사용하여 상대 밀도 맞춤형 구조체를 설계하였다. 본 연구에서 제안한 상대 밀도 산출식 정확도는 SC, BCC 및 FCC에서 98.3 %, 98.6 % 및 96.2%의 신뢰성을 확보하였다. 격자 구조체를 대상으로 시뮬레이션 수행 결과, 동일한 셀 배열 조건에서는 상대 밀도가 커짐에 따라 항복 하중이 커지고, 동일 배열 조건에서는 SC, BCC, FCC 순으로 압축 항복 하중이 작아지는 결과가 나타났다. 최종적으로 20 mm × 20 mm × 20 mm 크기의 구조체는 SC 단위 셀을 3×3×3 배열로 구성하는 것이 압축 하중에 대한 구조적 최적화가 가능한 것으로 나타났다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제20권1호
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• pp.9-19
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• 2021

본 논문에서는 침하된 철도노반 보강을 위한 아크릴레이트의 보강 성능에 대한 내용을 다루었다. 콘크리트궤도는 궤도유지보수 비용의 절감과 궤도파괴에 높은 저항력을 가지는 장점이 있다. 하지만 최근 콘크리트궤도에서의 노반침하가 발생하고 있고, 이에 대한 유지보수에 어려움을 겪고 있기 때문에 철도 운행에 안전이 우려되고 있다. 현재 국내에서는 콘크리트궤도의 노반침하에 대한 방안으로 궤도복원공법을 통한 유지보수를 시행중에 있지만 노반 자체를 보강할 수 없기 때문에 지속적인 재침하가 발생할 수 있으며, 철도노반 보강에 대한 연구 및 현장적용 사례는 극히 드물어 철도노반을 보강하기 위한 보강재료 및 공법의 개발이 요구된다. 따라서 본 논문에서는 철도노반의 보강재료로 아크릴레이트 약액을 선정하였으며, 실내실험을 통해 아크릴레이트 약액의 보강성능을 분석하였다. 그 결과 1×10^-4cm/sec 투수계수에 침투가 가능하며, 일축압축강도 0.5MPa/30min, 강성 80MPa 이상 확보하는 것으로 분석되었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.9-16
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• 2020

CFRP 시트를 이용한 RC 구조물의 보강은 다양한 방법으로 적용되어 왔으며, 관련 연구도 오랜 기간 수행되어 왔다. 하지만 CFRP 보강에 대한 연구는 대부분 실험적으로 수행되어, 다양한 변수 효과를 효율적으로 분석하기에는 한계가 있었다. 본 연구에서는 CFRP 시트로 보강된 RC 보의 구조거동을 ABAQUS 프로그램을 이용하여 수치해석적으로 분석하였다. RC 보 하면과 시트 사이에 Cohesive 요소를 적용하여 CFRP 보강 RC 보의 주요 파괴모드인 CFRP 시트 탈락을 모사하였다. CFRP 시트 탈락에 의한 급격한 비선형 문제 및 효율적인 유한요소해석을 위하여 준정적 해석 기법과 2 차원 대칭 모델을 사용하였다. 본 연구에서 수행한 유한요소해석 결과는 기존 실험결과를 잘 반영하는 것을 확인하였으며, CFRP 보강 수준과 최대 강도, 초기 강성, 파괴시점의 관계를 분석하였다. 총 31개 모델에 대한 유한요소해석을 수행한 결과 보강 수준의 증가에 따라 최대 강도 및 초기 강성이 sin 함수 형태로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 과도한 CFRP 시트 보강은 파괴시점을 앞당겨 보강 구조물의 취성파괴를 야기할 수 있음을 확인하였으며, 이를 방지하기 위한 적절한 수준의 CFRP 시트 보강 설계가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제23권8호
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• pp.11-16
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• 2022

도로 건설 시에 진동 롤러를 활용한 다짐 과정은 토공에서 토양 강성을 높이는 데 필수적이다. 현재 다짐 작업 시 다짐 롤러의 운용방법에 대한 확실한 기준은 없는 실정이다. 간이 품질 검사 기법들이 개발되어 있지만, 현재 가장 많이 하는 품질검사 방법으로는 평판재하시험(PLT)과 현장밀도시험(FDT) 이 도로 건설 시에 다짐 정도를 평가하는 데 가장 많이 하는 시험법이다. 그러나 두 검사 방법 모두 시간적, 비용적인 이유로 모든 구간에서 품질 검사를 할 수 없어 효율이 떨어져 있는 실정이다. 본 연구에서는 진동 롤러의 운용 조건에 따라 다짐 품질에 어떤 영향을 미치는지 분석하였다. 모든 구간에서의 품질검사 결과를 취득하기 위해 현재 개발되어 상용화된 기술인 지능형 품질관리 시스템을 활용하였다. 시험 결과 다짐 롤러의 속도와 진동 방향에 따라 다짐도에 영향을 미치는 것으로 분석되었고, 다짐 방향에 따라서는 다짐도에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제32권5호
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• pp.29-38
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• 2004

본 연구에서는 생분해성 고분자인 polybutylene succinate-adipate (PBS-AD)에 옥수수 전분을 충전제로 첨가한 생분해성 복합재의 열적성질에 대해 고찰하였다. 열분석은 온도에 대한 함수로서 복합재 물질의 화학적 성질과 중량 감소율을 측정할 수 있는 분석적인 방법으로 사용되고 었다. 옥수수 전분의 열안정성은 순수한 생분해성 고분자인 PBS-AD보다 낮았다. 옥수수 전분의 함량이 증가할수록 생분해성 복합재의 열안정성과 열분해 온도는 감소하였고 회분의 함량은 증가하였다. 이것은 생분해성 복합재의 계면에서의 결합려이 옥수수 전분의 혼합비율이 증가할수록 감소하였기 때문이다. 옥수수 전분의 함량이 증가할수록 생분해성 복합재의 유리전이온도(T_g) 와 용융온도(T_m) 에는 큰 변화가 없었다. 옥수수 전분이 혼합된 생분해성 고분자 복합재의 저장 탄성율(E')과 손실 탄성율(E") 값은 PBS-AD보다 높았다. 이 결과는 옥수수 전분의 첨가로 인하여 생분해성 복합재의 강성이 증가하였기 때문이다. 고온에서 생분해성 고분자 복합재의 감소된 저장 탄성율 값은 온도가 증가할수록 고분자 사슬의 운동성이 증가하기 때문이다. 위의 결과들로부터, 옥수수 전분이 생분해성 고분자 복합재를 제조하는데 충전제로서 사용이 가능하다고 예상할 수 있었으며 옥수수 선분과 생분해성 고분자의 계면에서의 결합력을 향상시키기 위하여 결합제의 사용이 요구된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제23권12호
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• pp.5-15
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• 2022

이중 강-콘크리트 합성말뚝의 설계를 위한 지지력 평가 방법이 정립되지 않아 기존 강관말뚝 설계 지지력식이 활용되고 있다. 그러나 이들 설계식 간 지지력 예측 결과가 상이할 뿐만 아니라 일반적으로 가장 보수적인 결과를 채택하게 된다. 이러한 말뚝 지지력 평가방법은 설계의 신뢰성 및 경제성을 낮추게 된다. 본 논문은 수직하중을 받는 이중 강관 내 콘크리트 채움된 신형식 합성단면(DSCT) 말뚝의 역학적 거동을 수치해석적으로 조사하고, 여러 DSCT 말뚝 조건변화에 따른 연직지지력을 분석하였다. DSCT 말뚝 및 인접지반에 대한 축대칭 유한요소모델을 생성하였고, 이를 활용해 근입깊이, 말뚝 선단 채움재 강성, 말뚝 선단 채움재 높이, 기반암층 종류 변화에 따른 영향을 분석하였다. 또한 해석결과를 말뚝 설계 실무에서 주로 사용하는 선단 지지력 평가식과 비교하여 합성말뚝에 대한 기존 강관말뚝 지지력 산정식의 활용 가능성을 검토하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.84-91
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• 2022

본 연구에서는 반복하중을 받는 대각선 철근콘크리트 커플링 보의 강섬유 형상비와 혼입률에 따른 이력거동을 분석하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 강섬유의 형상비와 혼입률을 주요변수로 설정하였으며, 국내 건축구조기준에서 제시한 연결보의 횡방향 보강량이 약 53% 완화된 4개의 실험체를 제작하였다. 실험에서는 ACI 374.2R-13에 따른 변위제어법으로 반복하중 실험을 수행하였으며, 실험 결과 강섬유가 혼입된 모든 실험체가 현행 구조기준에서 제시하는 공칭전단강도를 상회함을 확인하였다. 강섬유의 형상비가 증가할수록 대각선 철근의 좌굴을 방지하고 강섬유의 브리징 효과로 콘크리트의 균열면 증가를 방지하였다. 강섬유가 혼입된 실험체의 전단강도, 강성감소 및 에너지 소산능력은 강섬유가 혼입되지 않은 Vf0 실험체보다 우수하였다. 따라서 강섬유 철근콘크리트가 횡철근의 디테일을 완화할 수 있다고 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권4호
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• pp.243-248
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• 2022

본 논문에서는 1차원 오일러 보 요소(Euler-Bernoulli Beam Element)를 이용한 회전익기 축계에 대한 중량 최적설계를 수행하였다. 회전 축계의 특성을 고려해 비틀림(Torsion)과 베어링과 같은 축지지 강성 및 플랜지(Flange) 질량을 모두 고려하였고, 동적 안전성 확보를 위해 고유치 해석을 수행하여 임계속도(Critical Speed)와 기어박스로부터 오는 치 변형 가진을 회피할 수 있도록 하였다. 축의 길이는 고정된 상태에서 두께와 반경을 조절하여 중량 최적화를 수행하였으며, 최적화 과정은 2단계로 나누어 진행하였다. 1단계에서는 비틀림 강도를 제약조건으로 하여 중량을 최적화한 후 2단계에서는 축계 안정성 확보 기준(Headquarters, U.S. Army Material Command, 1974)에 따라 축의 비틀림 강도에 대한 제약조건을 만족시키며, 축의 1차 모드가 임계속도를 회피할 수 있도록 축 1차모드와 임계속도의 차이가 최대가 되도록 최적화를 진행하였다. 주어진 1차원 보 요소를 이용하여 최적설계를 한 결과를 3차원 유한요소 모델과 실제 제작된 축게의 시험결과와 비교하여 제안된 방법을 검증하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권4호
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• pp.1-10
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• 2023

구조물의 내진설계 시 지진력은 구조모델 수립 및 구조해석에 기반하여 산정되는데, 구조모델이 실제 구조물의 동특성치를 정확하게 반영하기 위해서는 실제 계측을 통한 보정이 요구된다. 본 연구에서는 실제 건물을 모사한 4층 골조 시험체를 대상으로 각 층별 가속도계를 부착하여 1축 진동대 실험을 수행하였다. 실험체의 주기는 실제 건축물의 주기와 유사하며, 수평부재의 무한강성을 고려하여 기둥은 이중곡률로 거동하도록 설계하였다. 입력지진파의 특성에 따른 영향을 고려하기 위해 다양한 주파수와 가속도 크기를 갖는 역사지진파와 인공지진파를 가력하였다. 동적응답신호를 통해 얻은 주파수응답함수를 이용하여 고유진동수와 감쇠비, 모드벡터를 도출하였으며, Mode assurance criterion(MAC)를 통해 입력지진파에 따른 모드벡터 간의 편차를 확인하였다. 또한 진동대 실험을 통해 도출된 감쇠비를 구조모델에 적용하였으며, 실험 결과와의 비교를 통하여 동특성 도출 방법을 검증하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권1호
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• pp.27-41
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• 2023

수중터널은 내륙 간 연결을 위해 지반에 접속되어야 한다. 지반 접속부에 연결된 지중터널과 수중터널이 보이는 변위 불균형은 응력 집중을 야기할 수 있으며, 이를 해결하기 위한 방법으로 탄성 조인트를 활용할 경우에는 정적 하중 조건에서 지반 접속부의 응력 집중은 해소시킬 수 있음이 선행 연구에서 확인되었다. 그러나, 지속적으로 거동하는 수중터널의 구속조건을 고려했을 때 지반 접속부의 동적 거동과 안정성에 탄성 조인트의 활용이 미치는 영향이 검토되어야 한다. 본 연구에서는 동적 하중 조건의 수중터널 및 지반 접속부를 수치해석적 방법을 통해 모사하였으며, 동일 상황을 모사한 축소 모형시험을 통해 수치해석 모델을 검증하였다. 다양한 물성의 탄성 조인트가 설치될 경우에 대한 수치해석적 모사를 통해 탄성 조인트 강성에 따른 수중터널의 고유진동수 변화와 공진 거동을 분석하였다. 그 결과, 조인트의 강성과 고유진동수가 멱함수 관계를 가짐이 확인되었다. 낮은 강성의 조인트로 지반 접속부가 설계될 경우, 수중터널의 고유진동수는 감소하여 낮은 진동수의 동하중이 가해지는 해양 환경에서 공진의 위험이 증가할 뿐만 아니라 공진 발생 시 최대 속도가 크게 증가하였다. 그러므로, 수중터널 지반 접속부의 응력 집중 해소와 공진 방지를 동시에 고려하여 지반 접속부를 설계해야 할 것으로 판단된다.