• Computers and Concrete
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• 제16권3호
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• pp.429-448
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• 2015

The dams are huge structures storing a large amount of water and failures of them cause especially irreparable loss of lives during the earthquakes. They are named as a group of structures subjected to fluid-structure interaction. So, the response of the fluid and its hydrodynamic pressures on the dam should be reflected more accurately in the structural analyses to determine the real behavior as soon as possible. Different mathematical and analytical modelling approaches can be used to calculate the water hydrodynamic pressure effect on the dam body. In this paper, it is aimed to determine the dynamic response of concrete gravity dams using different water modelling approaches such as Westergaard, Lagrange and Euler. For this purpose, Sariyar concrete gravity dam located on the Sakarya River, which is 120km to the northeast of Ankara, is selected as a case study. Firstly, the main principals and basic formulation of all approaches are given. After, the finite element models of the dam are constituted considering dam-reservoir-foundation interaction using ANSYS software. To determine the structural response of the dam, the linear transient analyses are performed using 1992 Erzincan earthquake ground motion record. In the analyses, element matrices are computed using the Gauss numerical integration technique. The Newmark method is used in the solution of the equation of motions. Rayleigh damping is considered. At the end of the analyses, dynamic characteristics, maximum displacements, maximum-minimum principal stresses and maximum-minimum principal strains are attained and compared with each other for Westergaard, Lagrange and Euler approaches.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제64권5호
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• pp.661-670
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• 2017

The dynamic model test of dam-reservoir coupling system for a 203m high gravity dam is performed to investigate effects of reservoir water on dynamic responses of dam during earthquake. The hydrodynamic pressure under condition of full reservoir, natural frequencies and acceleration amplification factors along the dam height under conditions of full and empty reservoir are obtained from the test. The results indicate that the reservoir water have a stronger influence on the dynamic responses of dam. The measured natural frequency of the dam model under full reservoir is 21.7% lower than that of empty reservoir, and the acceleration amplification factor at dam crest under full reservoir is 18% larger than that under empty reservoir. Seismic dynamic analysis of the gravity dams with five different heights is performed with the Fluid-Structure Coupling Model (FSCM). The hydrodynamic pressures from Westergaard formula are overestimated in the lower part of the dam body and underestimated in its upper part to compare with those from the FSCM. The underestimation and overestimation are more significance with the increase of the dam height. The position of the maximum hydrodynamic pressure from the FSCM is raised with the increase of dam height. In view of the above, the Westergaard formula is modified with consideration in the influence of the height of dam, the elasticity of dam on the hydrodynamic pressure. The solutions of modified Westergaard formula are quite coincident with the hydrodynamic pressures in the model test and the previous report.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.55-63
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• 2005

본 연구는 모형실험을 통하여 지중응력 분포상태를 기존의 Boussinesque, Westergaard, K$\"{o}$ogler, Newmark의 이론식값과 Model Test에 의한 실험값을 비교 검토하였다. 본 모형실험 결과 깊이별 재하하중에 의한 지중응력의 변화는 Westergaard이론과 가장 유사하게 나타났으며, 패하하중의 증가에 따라 지중응력은 거의 직선적으로 증가하는 경향을 보였고, 이론식과 비교하면 깊이 15cm 까지는 크게 나타났으나 그 이하의 깊이에서는 이론식 보다 작아지는 경향이 나타났다. 재하하중(${\sigma}r$)과 지중응력$\Delta\sigma$)의 상관관계식은 $\Delta\sigma\;=\; 0.009\cdot{\sigma}r-0.1$(깊이 60cm)로 나타났다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2003년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.422-426
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• 2003

Model soil tank tests were conducted in sandy soil to investigate the effect of surcharge strip loads on vertical stress distribution in soil. A total number of 6 tests were performed using one loading plate and two relative density(55%, 65%). The soil was considered as an elastic material, while no friction was allowed between the wall and the soil. Measured stress values were compared to predictions defined by Frohlich, Boussinesq and Westergaard. The comparison of measured values and predictions used the ratio between the soil pressure and load value. Results of this study demonstrated that experimental values were generally larger than predictions. The Frohlich analysis provided the best prediction, while the Boussinesq analysis and Westergaard theory not presented a satisfactional result.

• 한국지진공학회논문집
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• 제13권5호
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• pp.31-40
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• 2009

본 논문에서는 현장 강제진동실험에서 측정된 수문의 고유진동수를 수치 시뮬레이션을 통해 얻은 대응 값과 비교하는 과정을 반복하여 수문의 부가질량을 보정하는 방법을 설명하였다. 보정된 부가질량이 수문의 내진성능평가에 미치는 영향을 평가하기 위하여 현장 강제진동실험이 행해진 수문을 대상으로 지진해석을 수행하였으며, Westergaard 부가질량을 사용한 수문의 수치모형이 실측 자료로 보정된 부가질량을 사용한 경우보다 최대 지진력과 최대 변위에서 상대적으로 큰 값을 산출하는 결과를 보여주었다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.139-147
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• 2018

In the present study, effective hydrodynamic pressure modeling methods for three-dimensional earthquake safety analysis of a dam intake tower structure are investigated. Time history analysis results using the Westergaard added mass and Chopra added mass methods are compared with the one by the CASI (Coupled Acoustic Structural Interaction) method, which is accepted as giving almost exact solutions, to evaluate the difference in displacement response, stress and dynamic eccentricity. The 3D time history analysis of a realistic intake tower, which has the standard geometry widely used in Korea, shows that the Chopra added mass method gives similar results in displacement and stress and less conservative results in dynamic eccentricity to CASI ones, while the Westergaard added mass yields much more conservative results in all measures. This study suggests to use the CASI method directly for three-dimensional earthquake safety analysis of a dam intake tower, if computationally possible.

• 대한토목학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.171-187
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• 1991

본 연구에서는 항만공사에 이용되는 캔틸레버식 널말뚝 및 앵커로 지지된 널말뚝의 내진설계를 위한 해석방법의 제시가 이루어졌다. 제시된 해석방법은 침투에 의한 수압 및 유효수평응력의 변화를 고려하였으며, 또한 Mononobe-Okabe 토압이론 및 Westergaard, Matsuo-Ohara의 동수압 계산식이 적용되었다. 아울러 앵커로 지지된 널말뚝의 경우에 대해 안전율의 크기 선택에 관한 비교가 이루어졌으며, 또한 조밀한 모래지반의 경우에 대해, 준설저면의 경사각, 널말뚝 양쪽면의 수위차, 앵커의 위치, 벽마찰각 등이 근입깊이, 앵커하중 및 최대모멘트에 미치는 영향이 분석되었다. 이외에도 조밀한 모래지반에 설치되는 앵커로 지지된 널말뚝의 예비설계를 위한 표의 제시가 이루어졌으며, 본 연구 해석방법의 적용범위는 자유지지법의 경우로 한정된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.1-9
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• 2022

최근 환경적 문제로 공유수면 매립사업이 감소추세에 있으나 매립사업의 특성상 일률적인 지표로 환경성을 평가하는 데 한계가 있다. 이 연구에서는 공유수면 매립지의 토질역학적 침하거동 인자를 활용하여 폐석회 매립시설의 침하 안정성을 분석하였다. 1차 압밀특성 인자로부터 폐석회는 압밀이 진행중인 점토특성과 유사함을 확인하였다. 매립지 지층을 얇은 토목섬유 보강재로 보강된 층상구조로 가정하고, Westergaard 방법에 따른 응력증가량을 이용하여 침하량을 예측하였다. 압밀도에 따른 침하량을 예측한 결과 연약지반의 표층이 토목섬유로 보강된 경우 보강되지 않은 경우보다 응력증가량이 40% 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 폐석회의 소성지수와 내부마찰각의 상관관계를 이용하여 점토와 폐석회의 압밀거동 특성을 비교하였다. 공유수면 매립지내 폐석회는 압밀이 진행중인 상태이므로 장기적으로 침하는 더 증가하는 경향을 보일 것으로 예측되었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 1995년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.53-56
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• 1995

Despite the recent development of structural analysis programs for the CRCP pavements over Westergaard's equations and finite element techniques, the Winkler foundations which are modelled by series of vertical springs at the nodes are generally used for the computer modelling of subbases under the concrete slab. Herewith, two parameter of soil foundation model is adopted as the most convenient mathematical model to enable deflections outside the loaded area to be effected and to upgrade the Winkler foundations. This paper highlights the derivations of finite element method for the two-parameter soil foundation model in the concrete pavements.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1999년도 제13회 학술강연논문집
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• pp.21-21
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• 1999

파괴인성의 정량적 평가는 균열이 내재할 수 있는 구조물의 설계 및 사용중 건전성 확보를 위하여 필요하다. 파괴인성의 측정은 광탄성법, 코스틱법 및 모아레법 등에 의하여 주로 평가되고 있으나 고가의 장비가 필요하고 실험으로 구현하는데 어려움이 있기 때문에, 실험이 비교적 간단하고 신뢰성이 있는 스트레인 게이지법에 관한 연구가 최근에 이루어지고 있다. 본 연구는 항공기나 로켓의 추진기용 구조재로 사용되는 마레이징강과 티타늄 합금을 이용하여 파괴인성시험을 수행하였다. 균열선단의 변형률장은 Westergaard 응력 함수를 사용한 다중변수해로 표현하였고, 스트레인게이지에서 얻은 변형률을 대입하여 파괴인성치를 산출하였다. 스트레인게이지법에 의한 파괴인성치는 ASTM E399의 규정에 의한 실험결과들과 비교하여 그 유용성을 제시하였다.