본(本) 논문(論文)에서는 동적하중(動的荷重)을 받는 콘크리트의 역학적(力學的) 거동(擧動)을 규명하기 위하여 일련의 실험 및 이론연구를 수행하였다. 실험연구(實驗硏究)에서는 하중(荷重)의 변형속도(變形速度)를 변화시켜 가며 역학적(力學的) 특성(特性)의 변화와 응력(應力)-변형(變形)관계를 조사분석하였다. 콘크리트의 이러한 동적거동(動的擧動)을 모델하기 위하여 본(本) 논문(論文)에서는 점소성이론에 근거를 둔 새로운 이론을 유도하였다. 본 논문에서 유도된 구성방정식( 構成方程式)은 변형속도(變形速度)와 응력완화함수의 함수로 표시(表示)된다. 본(本) 이론(理論)을 본(本) 연구(硏究)의 실험자료(實驗資料)와 비교(比較)한 결과(結果) 본(本) 이론(理論)이 실험결과를 비교적 잘 서술하는 것으로 나타났다. 본(本) 연구결과(硏究結果) 변형속도(變形速度)가 증가함에 따라 콘크리트의 강도(强度)가 증가하며, 동적강도(動的强度)의 증가율이 압축하중보다 인장하중에서 더욱 큰 것으로 밝혀졌다. 본(本) 연구(硏究)의 실험결과 및 이론모델은 콘크리트구조물(構趙物)의 동적거동(動的擧動) 규명에 유용한 기초를 제공할 것으로 사료된다.
플랫플레이트-기둥 접합부의 뚫림전단강도를 규명하기 위해 그동안 많은 실험연구가 수행되어 왔다. 실험결과에 의하면, 뚫림전단강도는 접합부의 기둥크기, 철근비, 경계조건 등 다양한 설계변수에 따라 크게 변화하는 것으로 나타났다. 하지만 현행 설계기준들은 설계변수의 영향을 정확히 반영하고 있지 못한 실정이다. 본 연구에서는 뚫림전단의 파괴메카니즘을 정의하기 위하여, Rankine의 파괴기준을 이용하는 구조역학적 접근법이 사용되었다. 파괴메카니즘은 접합부에 배치된 하부철근량에 따라 압축지배 전단파괴와 인장지배 전단파괴로 분류되며, 또한 뚫림전단강도는 슬래브의 휨손상에 밀접한 영향을 받는 것으로 밝혀졌다. 이 연구결과에 근거하여 콘크리트의 뚫림전단강도식을 개발하였으며, 제안된 방법은 기존 실험연구결과와 비선형 수치해석결과와의 비교를 통해 타당성이 검증되었다. 비교결과, 다양한 설계변수의 영향을 반영하고 있는 제안된 강도모델은, 현행 설계기준보다 접합부의 뚫림전단강도를 정확히 추정할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
텐서그러티는 연속인장-불연속압축 구성요소에 기반한 상대적으로 새로운 구조시스템이다. 좀 더 상세한 구조적 고찰이 필요하지만, 연구목적에 접근하기 위해서는 최소한 텐서그러티의 구조원리와 근본적인 역학관계를 파악하는 것이 필수적이다. 일단 이점을 확인하고 난 후에, 이러한 구조물의 특성뿐만 아니라 건축에서의 적용성을 다룬다. 그리고 이런 시스템을 규정하는 정의에 이견이 없지는 않으나, 경량구조물로써 텐서그러티의 가능성을 설명하기 위하여 구조디자인연구소(iESD)에서 제작한 텐서그러티 모듈(기본형)의 몇 가지 예를 제시한다. 따라서, 본 연구에서는 기본 정의(규정)뿐 아니라 기본 모듈의 유형을 소개하고, 건축에서 텐서그러티 모듈의 변형성과 응용성을 탐색한다.
이 논문에서는 단조증가하중 하에서 철근콘크리트 전단벽의 수치해석을 위해 개발된 재료모델을 반복하중을 포함한 일반적인 하중 하에서의 구조 거동을 효과적으로 모사하기 위한 해석모델로 확장하여 제안하고 있다. 먼저 재료모델을 구성함에 있어 하중이력에 따라 인장과 압축이 교대로 작용하는 콘크리트는 기본적으로 회전균열모델을 따르는 직교이방성 재료로써 가정하였고, 직교하는 축에 대해 인장과 압축을 오가는 이력곡선을 중심으로 등가의 일축응력-변형률 관계를 정의하였다. 나아가 철근은 평균응력-변형률 개념을 통해 단조증가 상태의 응력-변형률 관계를 구성하였고, 역전된 반복하중으로 인해 발생하는 Bausc-hinger 효과를 고려하여 이력곡선을 정의하였으며, 전단 효과를 고려하기 위해 전단지간 비에 따라 기존에 제안된 이력곡선을 수정하였다. 특히 해석과정의 효율성을 도모하고 변형연화 거동특성 등 일반적인 하중-변위 평형경로를 갖는 철근콘크리트 구조물의 비선형 해석을 위해 arc-length 기법을 도입하였다. 또한 제안된 수치해석모델에 대한 효율성을 검증하기 위해 요소단위의 철근콘크리트 판넬 시험체와 대표적인 전단벽 시험체의 반복하중 이력에 따른 하중-변위 관계 등 전단에 의해 지배를 받는 구조체에 대한 해석 결과와의 비교가 이루어졌다.
현재 유럽 및 일본의 경우 기둥 및 보 부재에 대한 전단 설계에 있어, 전단기구로서 전단보강근과 주철근의 부착작용을 필요로 하지 않는 아치기구와 전단보강근과 주근의 부착 작용을 필요로 하는 트러스기구를 고려하여, 양자의 합으로 전단내력을 평가하는 방식을 취하고 있다. 이러한 설계 방법은 매우 명료하고, 또한 힘의 평형 조건에 기초하여, 단적으로 부착의 좋고 나쁨 및 전단보강근 양의 대소로 정해지는 상한 값으로 전단 내력을 평가하는 것이 특징이다. 본 연구에서는, 역대칭 휨 모멘트를 받는 철근콘크리트 보 부재에서 단부의 텐션쉬프트 영역 사이를 대상으로 한 주철근의 축 방향 응력(압축, 인장) 및 주근의 직경, 부착길이의 상이함에 기인하는 부착거동의 차이와 트러스 기구와의 관계를 명확히 하는 것을 목적으로, 트러스기구만이 재현 가능한 모델 실험법을 제안하고, 전단보강근의 양, 부재의 축압축 응력의 크기 및 부착 영역 양단의 주철근에 가하는 힘의 크기를 실험 변수로 한 부재 실험을 실시하였다. 실험에서 얻은 결과에 기초하여, 양단부 주철근에 가한 힘의 차이로 인해 발생하는 부착응력 분포의 차이를 고려한 일정 트러스 기구와 부채형 트러스기구를 중첩한 복합 트러스 모델을 제안하였다.
이 연구는 구개부 골내고정원 장치 C-Palatal $Plate^{TM}$에 가해진 즉시 교정력이 장치 주위 골조직 및 연조직의 치유 반응에 미치는 영향을 조직학적으로 관찰하고자 시행되었다. 4마리의 비글 성견을 대상으로 정중 구개부에 장치를 식립한 후, 교정력을 전혀 가하지 않고 8주 경과된 한 마리를 대조군으로 하고, 식립 직후부터 8주간 지속적인 교정력을 받은 한 마리, 18주간 지속적인 교정력을 받은 한 마리, 그리고 18주간 지속적인 교정력을 받은 후 장치가 제거되고 이후 4주간의 치유기간을 거친 한 마리, 총 세마리를 실험군으로 하여 동요도 검사, 방사선 사진 관찰, 그리고 조직학적 관찰을 시행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 희생 후 조직괴의 측면 방사선 사진상에서, 대조군에 비하여 즉시 교정력을 받은 군에서는 플레이트의 수직적 변위가 발생하였으나 경미하였고, 동요도 검사시 모든 군에서 초기 안정성이 확인되었으며 실험기간 중 동요도의 증가는 없었다. 2. 상부 연조직의 치유상태는 실험군과 대조군 모두 병리적 변화가 관찰되지 않았다. 3. 골유착은 교정력을 가한 8주군과 18주군 모두에서 관찰되었고 18주 경과시 골유착의 분포가 더욱 증가되었다. 그러나 압박측과 긴장측간에 골유착 분포의 차이는 관찰되지 않았으며, 대조군이 실험군에 비하여 골유착에 불리한 것으로 나타났다. 4. 스크류 경부의 변연골은 대조군에서는 뚜렷한 변화가 없었던 반면, 8주군과 18주군에서는 압박측, 긴장측과 무관하게 부분적으로 변연골 침착 및 흡수가 일어났으나 경미하였다. 5. 비강으로 관통된 스크류에서, 8주군과 18주군에서는 스크류 표면을 따라 비강측으로 신생골 침착이 관찰되었으나, 대조군에서는 관찰되지 않았다. 6. 장치 제거 4주 후, 상피층은 긴밀하게 재생되었으나 결합조직은 성글고 불규칙한 배열을 보였으며, 장치를 둘러쌌던 결합조직피막이 잔존하였다. 스크류가 식립되었던 골부위에서는 왕성한 골개조가 진행되고 있었다. 즉시 교정력에 대하여 C-Palatal $Plate^{TM}$는 임상적으로 뿐만 아니라 조직학적으로도 충분한 고정원 가치를 지니는 것으로 확인되었다.
본 액화 실리콘 고무는 내열성 및 내화학적 우수성으로 전자 제품 및 다양한 제품에서 활용되고 있다. 하지만 초탄성 재료는 일반 금속재료와 다른 특성을 보인다. 초탄성 재료는 하중과 변형이 비선형 관계를 보이는 대변형 범위에서도 탄성거동을 나타내는 특성을 지니며, 비선형, 비압축성 및 대형의 특성을 지니고 있다. 이러한 특성 때문에 제품을 설계 및 생산 하기위해는 기능적 측면을 고려한 소재의 특성에 대한 물성 확보가 반드시 필요하기 때문에 현장에서 많은 어려움이 있다. 본 논문에서는 자동차용 방수커넥터 설계를 위해 소재의 인장, 압축 시험으로부터 구한 하중-변형관계를 이용하여 이를 유한 요소 해석에 적용한 결과를 비교하였으며, 해석결과와 제품의 성능 테스트 결과를 비교하여 방수커넥터용 씰의 경우 어떠한 소재특성을 적용할 경우 유용한 결과를 도출할 수 있는지를 확인하였으며, 이를 통해 제품 개발에 유용성을 확인하였다.
이 논문은 휨과 전단이 동시에 작용하고 있는 철근콘크리트 보에서 전단은 휨모멘트의 변화율(V=dM/dx)이라는 기본 관계식에 근거한 새로운 트러스모델링기법을 제안하는 것이다. 이 새로운 모델의 핵심은 보의 경간에서 내부 모멘트 팔길이의 변화를 고려함으로써, 보의 전단 저항 메커니즘을 아치작용과 보작용이라는 두 기본 성분의 합으로 표현할 수 있게 한 것이다. 이두 작용에 의한 전단 저항 구성비는 상호 변형 적합조건을 적용하여 계산하였는데, 이 때 수정압축장이론과 CEB/FIP MC-90의 인장강화효과 공식을 이용하였다. 이렇게 함으로써 전단과 모멘트 관계식 V=dM/dx을 수치적으로 복제할 수 있는 새로운 트러스모델을 결정하였다.
본 연구에서는 새로운 후방요추간체의 고정재로서 뼈에 나사를 삽입고정하지 않고 후방요추간체에 걸어 시술하는 형상기억합금을 이용한 오메가형 스프링 유동적 고정재의 기계적 변형특성을 평가하였다. 사용된 오메가와형 스프링 고정재에 대해 인장, 압축, 동적피로시험을 실시하였다. 또한, 기존에 시판 중인 후방요추간체에 나사를 삽입하여 시술되는 나선형 스프링 유동적 고정재와 함께 유한요소방법을 이용하여 허리를 굽힐 때 가해지는 굽힘에 대한 변형해석을 실시하였다. 오메가형 스프링 고정재의 양단 고리중심간 거리가 60 mm인 시편의 평균 극한 인장하중은 3981.7 N, 평균 극한 압축하중은 535.6 N으로 나타났으며, 5 Hz의 반복주기로 10 N/1N의 압축피로하중을 가할 경우 5백만회 반복하는 동안 파단 없이 8~9 mm의 압축변위가 발생하였다. FEA 결과에서 보면 오메가형 스프링 고정재가 나선형 스프링 고정재보다 허리 굽힘에 대해 유연한 변형특성을 보였다.
압력용기란 압력을 가진 유체를 수용하는 원통형 용기로써 실생활에는 프로판가스통과 부탄가스통 등이 있다. 한국가스안전공사의 자료에 따르면 국내 가스사고 발생 건수로는 연간 평균 프로판가스 관련 33건, 이동식부탄가스 관련 20.8건 등이 발생되었다. 이에 폭발방지를 위한 방안을 연구하고자 하였다. 기존 연구로는 폭발 한계점에서 안전출구를 통한 강제배출, 가스통의 강제격리, 고강도 강판 제조 등이 있으며, 본 논문에서는 철근콘크리트의 인장응력을 상쇄할 수 있도록 미리 압축응력을 준 프리스트레스트 개념을 사용하여 내압을 받는 원통내부의 응력을 감소시키고자 하였다. 즉, 압력용기 내부 양단에서 미리 인장한 긴장재를 설치하여 가스 중간밸브와 같은 역할을 하면서 응력을 상쇄하는 안전장치이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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