• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권2호통권75호
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• pp.227-241
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• 2005

본 논문에서는 생애주기동안 발생하는 부식이나 일평균교통량 및 중차량의 통행량와 같은 사용환경에 의존하는 강교의 생애신뢰성에 기초한 생애주기비용(Life-Cycle Cost: 이하 LCC) 최적설계 방법론을 제안하였다. 강교 최적설계를 위한 LCC는 초기비용, 생애주기 기대유지관리비용, 생애주기 기대직접복구비용과 인적 혹은 물적손실비용, 도로이용자비용, 그리고 사회-경제 손실비용을 포함하는 간접복구비용을 현재가치의 합으로 정식화하였다. 이러한 LCC비용항목 중에서 생애주기 복구비용의 산정을 위해서는 하중과 저항이력에 의존하는 누적손확률로부터 산정되는 연파손확률이 고려되어야한다. 이를 위해 본 논문에서는 Nowak의 활하중 모델(1993)과 부식개시, 부식률, 그리고 재도장영향을 고려한 수정된 부식모델을 제안하였다. 이와같이 본 연구에서 제안된 LCC 최적설계 방법론은 3 경간연속(40m+50m+40m= 130m)의 실제 강박스거더교에 적용되었고, 사용환경에 대한 LCC의 효율성에 대해 비교 고찰하였다. 적용예를 통해 부식환경, 일평균교통량, 그리고 중차량의 통행량는 강교 LCC최적설계에 매우 중요한 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었으며, 이러한 교량의 사용환경인자들은 경우에 따라 LCC 최적설계에 대한 주요 변수로 고려되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권6호
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• pp.467-477
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• 2017

현행 국내 교량 설계기준의 활하중 모형인 KL-510의 하중 효과를 실측된 통행자료로부터 통계적으로 추정한 트럭의 연행효과 및 국내외 관련 설계기준이 하중모형과 비교한다. 과적단속 전후에 고속도로에서 측정된 트럭의 중량 자료를 이용하여 설계기준의 활하중 모형 결정과 동일한 과정을 따라서 트럭 중량을 산정하여 그 하중효과를 KL-510과 비교하였다. KL-510은 운행제한중량을 초과하는 트럭을 일부 포함하는 자료로부터 추정한 트럭의 연행에 의한 하중효과와 매우 부합하는 결과를 보였다. KL-510은 미국 AASHTO LRFD의 활하중 모형과 일관성 있는 결과를 주며, 기존 하중 모형인 DB-24보다 하중효과의 비율이 균일하였다. 이 연구의 결과로 가상의 하중 모형인 KL-510에 해당하는 실제 트럭의 조합을 구성하였으며, 향후 공용중인 교량의 평가와 허가차량의 하중계수 보정에 적용할 수 있다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제21권3호
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• pp.221-232
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• 2009

본 논문에서는 압엽형강(H형강)을 이용한 초간편 강합성 교량에 대한 3차원 유한요소해석을 실시하여, 다양한 하중조건에 따른 하중분배값을 검토하였다. 유한요소해석에는 범용구조해석 프로그램 ABAQUS(2007)가 사용되었다. 하중분배계수 검토에 고려된 변수로는 콘크리트 슬래브 두께, 강판 두께, 주형길이, 바닥판 폭, 그리고 교량 연속성이 적용되었다. 해석을 통해 얻어진 하중 분배율은 AASHTO Standard 와 LRFD 설계기준의 제안식 및 기존 연구자들이 제안한 식들과 비교 검토되었다. AASHTO Standard는 매우 안전측의 하중분배율을 제안하고 있으며, AASHTO LRFD의 경우 내측주형의 경우 유사한 결과를 나타내기도 했으나 외측주형의 경우 대부분의 경우 큰 값을 나타내었다. 본 연구를 통해 제안된 하중분배값은 유한요소해석 결과를 토대로 안전측으로 제안되었으며, 설계변수별 상세설계에 적용가능하다. 또한 본 논문에서는 초간편 강합성 H형강 교량의 설계 간편성을 극대화하고 안전성을 고려하여 내측주형의 경우 0.42, 외측주형의 경우 0.32를 제안하였다. 본 연구내용에 검토된 매개변수 범위 내에서 간편 하중분배값의 적용이 가능하며, 본 연구의 결과는 초간편 강합성 H형강 교량의 설계 및 시공 활성화에 크게 기여할 것이다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.303-312
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• 2007

경간 40m~100m 정도 경간에 대해 일반적으로 강 박스 거더교에 대한 설계가 이루어지고 있다. 상부구조의 자중을 줄이기 위해서 복합트러스 교량에서 복부의 콘크리트 웹 대신에 강 사재가 사용되고 있다. 이러한 복합트러스 교량의 설계 시 가장 중요한 부분 중의 하나가 콘크리트 상 하부를 연결하는 연결부의 형태이다. 이러한 접합부는 외부에서 작용하는 조합하중을 분담해야하는데, 아직 이러한 접합구조에 대한 명확한 설계기준이 없는 실정이다. 한계상태에서 격점부의 하중전달에 대한 명확한 연구와 설계방법에 대한 조사가 필요하다. 콘크리트 상 하부를 연결하는 격점부 사재는 다양한 연결형태가 있다. 이번 논문에서는 거셋 플레이트에 용접되어진 그룹 스터드 연결재에 관한 연구가 수행되었다. 25mm 절곡 스터드를 사용하여 수행된 전단실험을 통하여 현재의 스터드 간 최소기준 간격을 만족하는 상태에서는 현재의 설계 규정을 사용할 수 있음을 밝혔다. 휨-전단 실험을 통해서는 조합하중이 작용하는 격점부의 상세를 개선하였다. 격점부의 인발강도를 증진시키기 위해서 절곡 스터드가 제안되었고 그룹 스터드의 최 외측 스터드에 적용되었다. 이러한 결과들을 바탕으로 복합 트러스 교량의 개선된 격점부 상세가 개선되고 설계 방안이 제안되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.585-596
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• 2009

엔드플레이트 접합부는 보의 단부에 엔드플레이트를 공장 용접하여 현장에서 볼트로 체결하는 접합법이다. 이 접합부는 유럽, 미국 등 선진국에서 일반적으로 이용되는 접합부로서 Eurocode 3, AISC LRFD, FEMA 350등에서 그 설계법과 접합상세를 제시하고 있다. 우리나라는 최근 미국의 IBC 2000을 근간으로 KBC 2005의 내진설계 기준을 강화하였고, 향후 제정될 보-기둥 접합부의 설계 기준도 미국의 접합상세가 도입될 것으로 예상된다. 미국의 엔드플레이트 접합상세는 보 파괴형을 유도하기 위하여 두꺼운 엔드플레이트를 사용하기 때문에 국내 적용은 사실상 과다설계의 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 실정에 적합한 End-Plate 접합부를 제시하기 위하여 미국의 FEMA-350에서 제시하고 있는 End-Plate 접합부 설계기준을 분석하여 엔드플레이트 항복형의 유도와 Shim Plate 유무에 따른 접합부 거동, 접합부의 형상에 따른 거동을 변수로 총 6개의 실험체를 제작하여 구조실험을 수행하고 내진성능을 평가하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.213-223
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• 2006

전통적인 트러스 구조물의 최적화 기법은 종종 복잡하고 많은 계산과정이 요구되면서 정작 아주 간단한 중량최소화와 같은 경비문제를 다루고 있다. 또한 이러한 기법들은 복잡하고 종종 다목적함수인 실 경비함수를 갖는 트러스 구조물에 적용 시 만족할만한 결과를 보이지 못한다. 따라서 본 연구에서는 구조물의 중량뿐만 아니라 사용되는 제품 종류의 수와 트러스 구조물의 연결의 수 및 기타현장소요경비로 구성되어지는 실제 요구되는 경비함수를 가지는 트러스 구조물의 최적화문제에, 전체 트러스 구조물의 부재를 같은 치수의 제품을 가질 수 있는 몇 가지 종류의 부재들로 변별화하는 클러스터링 기법(Clustering Technique)을 도입하여 설계를 효율적으로 수행하고자 한다. 클러스터링 기법을 이용하여 사용되는 부재들을 그룹별로 변별하고 최적 해에 근접한 해를 찾은 후 간단한 타부 탐색기법을 이용하여 최종 최적해를 얻는다. 수치 예로써 실 경비함수를 갖는 트러스 구조 모형에 적용하여 최적설계를 시도하고 또한 중량최소화문제에도 적용하여 휴리스틱 기법(Heuristic Techniques)의 대표적인 유전알고리즘을 이용한 기존 연구의 중량최소화 설계결과와 비교 한다. 그 결과, 본 연구의 알고리즘은 실 경비함수를 가지는 트러스 구조물의 설계에 있어서 경제성이 있는 결과를 나타내며, 또한 기존연구의 알고리즘 보다 효율적임을 나타내었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.131-149
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• 2008

최근 급증하는 전력수요 충족을 위해 송전선로 및 송전철탑의 대형화가 진행되고 있다. 국내 송전철탑 설계기준에서는 선로방향하중에 대해 상시와 이상시로 구분하여 검토하고 있다. 송전철탑 붕괴의 가장 큰 원인이 되고 있는 선로 단선으로 인한 이상시 철탑 주재의 안전성 검토가 필요하다. 국내 설계기준은 축력이 지배적인 트러스요소를 철탑에 적용하고 있으며, 단선으로 인한 불평형 하중을 암끝단에 재하하도록 하고 있다. 불평형 하중을 유발하는 단선은 두 곳에서 동시에 발생하는 경우까지 고려하고 있으며, 그 이상 여러 상의 전선이 동시에 단선되는 것은 고려하고 있지 않다. 이에 본 연구는 발생 가능한 모든 단선의 경우에 대해서 보요소를 적용한 유한요소해석을 실시하여 극한상태를 파악하고 국내 설계기준에 따른 안전성를 평가하였다. 유한요소해석 결과분석을 통해 철탑 주주재에는 이상시 휨응력의 영향력이 매우 크게 나타났으며, 비대칭 일측의 모든 전선이 단선된 경우 기존 철탑의 설계방법이 안전하지 않음을 알 수 있었다. 따라서 이상시 철탑의 경제성과 정확한 안전성 확보를 위해 부재의 극한상태와 이상시 발생빈도를 고려하는 설계법의 적용이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제31권6호
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• pp.60-66
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• 2017

화재 발생 시 강구조 건축물은 재료의 급격한 강도저하에 따른 처짐과 내력저하로 구조물의 붕괴가 발생될 수 있다. 따라서 구조용 강재의 고온 시 강도저하의 최소화 및 강판 두께 차이에 따른 설계기준강도 차이의 해결과 용접성을 향상하기 위한 필요성이 제기되었으며, 이 결과 TMC 건축용 내화강재가 개발되었다. 본 연구에서는 TMC 건축용 내화강재의 고온 시 구조내력을 평가하기 위하여 일정 길이의 보부재를 대상으로 단순지지 및 고정단 보 조건으로 처짐과 최대내력 변화를 해석적으로 도출하였으며, 건축용 내화강재와 그 성능을 비교분석하였다. 그 결과, TMC 건축용 내화강재를 적용한 보부재가 내화강재 적용 보부재보다 고온 시 구조적 성능이 다소 열위임을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제28권6호
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• pp.439-448
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• 2016

확장단부판 접합부는 강구조물의 보-기둥 접합부 혹은 변단면 부재로 구성된 PEB 구조시스템에 적용되는 접합부의 한 형태이다. 확장단부판 접합부는 접합부를 구성하는 단부판의 두께, 고장력볼트의 게이지 거리, 고장력볼트 축부의 직경, 고장력볼트의 개수 등의 영향으로 상이한 거동특성을 나타낸다. 확장단부판 접합부는 미국 및 유럽 등지에서는 다양한 형태로 강구조물의 기둥-보 접합부에 적용되고 있으나 우리나라에서는 널리 적용되고 있지 않다. 이러한 이유로는 확장단부판 접합부에 대한 설계강도식 제안, 접합부상세 제안, 내진성능 평가, 제작 및 시공지침서 개발 등이 적절히 이루어지지 못하고 있기 때문이다. 따라서 이 연구는 비보강 확장단부판 접합부의 국내 적용을 위한 기초자료를 제공하기 위하여 진행하였다. 이를 위하여 두께 12mm의 비보강 확장단부판에 대한 비선형 유한요소해석 및 실험을 수행하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권6호통권73호
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• pp.725-736
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• 2004

최근 국내에서 I형 거더의 외부가 강재로 이루어지고 내부에 무근콘크리트가 채워져 합성된 거더에 프리스트레스를 도입하여 경간을 장대화할 수 있는 새로운 개념의 합성거더인 '강재로 구속된 프리스트레스트 콘크리트 합성거더(Steel-Confined Prestressed Concrete Girder; SCP Girder)'가 개발되었다. 또한 개발된 거더를 실물크기로 제작하여 시공성을 확인하고 정적하중 재하에 의한 파괴실험을 통해 공용 중 안전성에 대한 실험적 검증이 수행되었다(김정호 등, 2002). 그러나 SCP 합성거더의 실용화를 위해서는 교량 파손의 주원인이 주행하중의 영향에 의한 피로파손인 점을 고려하여 반복하중에 대한 피로거동의 연구 및 피로 안전성 확보가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 SCP 합성거더에 대한 피로거동 특성을 파악하고 피로설계를 위한 기초적인 자료를 제시하기 위해 피로실험을 실시하였다. 피로실험을 위한 시험체의 제작은 1등교에 해당하는 설계활하중(DB-24)에 대하여 10m 지간으로 설계 제작하였으며, 실험결과 도로교설계기준(한국도로교통협회, 2000)의 상세피로범주에 따른 허용피로응력범위를 초과하지 않는 것으로 나타났다. 또한 초기정적재하를 통해 설계의 타당성과 구조적 거동을 분석하였으며, 피로실험 종료 후 거더 외부를 이루고 있는 강재를 제거하여 내부콘크리트의 상태를 관찰하였다.