• 한국지반공학회논문집
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• 제24권12호
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• pp.113-120
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• 2008

1차원 지반응답해석은 지반에 의한 지진동의 증폭현상을 모사하는 데 널리 사용되고 있다. 가장 널리 사용되고 있는 등가선형 지반응답해석기법은 유효변형률에 상응하는 전단탄성계수와 감쇠비를 전 주파수 영역에 일률적으로 적용하며, 진동주파수에 대한 지반 응답의 영향을 고려하지 않는다. 지반의 비선형 거동을 주파수영역에서 보다 정확하게 모사하기 위하여 진동주파수와 지반거동의 상관관계를 주파수-변형률 곡선으로써 모의하는 등가선형해석기법이 개발되었으며, 이 방법은 기존의 등가선형해석기법에 비하여 정확성을 향상시킨다고 알려져 있다. 이제까지 다양한 형상의 주파수변형률 곡선이 제안되었으며, 이들은 한결같이 해석의 정확성을 증가시킨다고 주장된 바 있다. 본 연구에서는 기존의 연구에서 제안되었건 두 개의 주파수-변형률 관계 완화곡선과 본 연구에서 새롭게 제안된 세 개의 곡선을 이용하여 주파수 의존성을 고려한 등가선형해석기법의 정확성을 검증하였다. 검증에는 세 개의 부지에서 기록된 6개의 지진파가 사용되었다. 해석결과, 완화곡선은 지반응답에 지배적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 주파수 의존성을 고려한 해석은 정확성을 향상시킬수 있는 것으로 나타났다. 하지만, 모든 사례에서 가장 정확하게 응답을 예측하는 완화곡선은 없는 것으로 나타났으며, 해석사례별로 최적의 완화곡선이 다른 것으로 나타났다. 따라서, FDEL 해석 수행 시, 다양한 완화곡선을 사용해야 할 것으로 판단되며 등가선형해석과 병행해서 수행되어야 한다고 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6A호
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• pp.789-798
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• 2008

강성도법에서는 평형상태의 해석을 통해 구조물의 변위를 바로 산정할 수 있다. 그러나 변위형상함수를 사용하여 강성행렬과 부재내력의 계산이 근사적으로 수행되므로 유연도법에 비해 정확도가 낮은 단점이 있다. 종래의 유연도법에서는 변위형상 함수를 사용하지 않고 평형방정식을 만족하는 단면력-절점력 관계를 사용하여 단면력을 산정하므로 요소 내의 모든 단면에서 평형방정식을 만족시킬 수 있다. 그러나 유연도법은 강성도법에 비해 요소상태의 결정이 용이하지 않은 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 강성도법과 유연도법의 장점을 활용하여 강-콘크리트 합성구조물의 비선형해석을 위한 새로운 화이버 유한요소 혼합법(mixed method)을 개발하였다. 제안된 방법은 하중제어를 통한 Newton 방법을 사용하고 수치해석적으로 효과적이고 수렴성이 우수한 증분할선탄성계수법에 기반을 두고 있다. 또한 제안된 방법을 사용하여 강-콘크리트 합성구조물을 해석하였고 그 결과를 상용프로그램인 ABAQUS와 비교하였다. 그 결과 제안된 방법은 강-콘크리트 합성구조물의 비선형 거동을 정확하게 평가하였고 경제성이 매우 우수한 방법으로 입증되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권3C호
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• pp.187-196
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• 2008

한반도 남쪽 경계 부근에 위치한 지리산 내의 불교 사찰인 쌍계사에서 1936년 7월 4일 규모 5.0의 지진이 발생하였다. 이 지진으로 인하여 쌍계사 경내 건축물과 구조물이 심각한 피해를 입었으며, 특히 지진시 사찰 내 오층 석탑의 탑두가 전도하여 추락하였다. 이 지진 피해 사례는 역사 지진 발생 이외의 강진 기록이 전무한 중진 지역의 한반도에서의 지반 운동 세기 평가에 유용하게 활용될 수 있다. 쌍계사 부지에서의 국부적 부지 효과 및 그에 따른 지반 운동을 평가하기 위하여, 시추와 크로스홀 및 SASW 시험과 같은 현장 탄성파 시험으로 구성된 종합적인 지반 조사를 사찰 경내에서 수행하였다. 조사된 지반 특성을 토대로, 다양한 지진파를 적용한 부지고유 지진 응답 해석을 0.044g부터 0.220g 범위의 여섯 가지 입력 암반 노두 가속도 수준으로 대표적 쌍계사 부지에 대해 일차원 등가선형 및 비선형 기법을 적용하여 실시하였다. 부지고유 지진 응답 결과로부터 쌍계사의 부지 주기 부근의 단주기 영역에서 증폭된 지반 운동을 확인할 수 있었다. 또한, 본 연구의 부지 응답 해석 결과와 선행 연구의 석탑 실물 크기 지진 시험 결과를 비교 분석하여 1936년 지리산 지진의 암반 노두 지진 세기를 평가하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권1A호
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• pp.55-65
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• 2006

이 논문에서는 캔틸레버 공법으로 시공되는 대칭형 강 사장교의 폐합해석법을 제안한다. 폐합시공 전에는 폐합단면 양쪽에서 두개의 독립적인 구조계가 성립되기 때문에 폐합단면에 적절한 단면력을 가해 주어야만 폐합단면에서 수직 처짐과 회전각에 대한 적합조건을 만족시킬 수 있다. 그러나 실제 시공에서는 폐합단면에 단면력을 재하하는 것이 거의 불가능하기 때문에 시공 중에 실제로 교량에 재하할 수 있는 외력에 의하여 적합조건을 만족시켜야 한다. 이 논문에서는 몇 개 케이블의 무응력 길이와 데릭 크레인의 인양력을 조정하여 적합조건을 만족시킬 수 있는 해석 방법을 제안한다. 적합조건식은 케이블의 무응력 길이와 크레인 인양력에 대하여 비선형이므로 Newton-Raphson 방법에 의하여 반복적으로 푼다. 케이블 부재는 탄성현수선 요소를 사용하여 모델링하였고, 주탑과 거더는 일반적인 3차원 뼈대요소를 사용하여 이산화하였다. 교량의 케이블 무응력 길이와 인양력에 대한 변위 민감도는 평형방정식을 직접 미분하여 계산하였다. 주어진 신뢰도 구간에서 시공 오차를 예측하기 위한 몬테-카를로 모사법을 제안하였다. 제안된 방법을 제 2 진도대교의 폐합시공에 적용하여 그 타당성과 효율성을 검증하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권7호
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• pp.950-957
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• 2023

선박이 부두에 안전하게 계류 및 예인하기 위해서는 관련 국제규정에 부합하는 설계를 해야 한다. 그러나 현재까지도 일부 소형 조선소 및 설계 회사에서는 그 내용을 정확히 숙지하지 못하고 있는 경우가 많다. 따라서 본 논문에서는 예인 및 계류설비에 관한 국제규정을 살펴보고, 최신 발효된 MEG4(Mooring equipment guideline 4) 기준에 만족하는 대표적인 계류 의장품인 볼라드(Bollard)와 쵸크(Chock)를 개발하고자 한다. 볼라드는 계류 밧줄을 선체에 고박하기 위한 의장품이며, 일반적으로 2개의 기둥으로, 대부분은 8자 매듭 형태로 사용하고 있다. 쵸크는 선외에서 선내로 들어오는 계류 밧줄의 방향을 전환하고, 밧줄의 손상을 방지하기 위하여 곡률을 갖는 주물방식으로 제작한다. 이 두 가지 계류 의장품은 선박의 선수와 선미, 중앙부 측면에서 많이 사용되고 있다. 최근 컨테이너선 및 LNG 운반선의 크기 증가로 인하여, 계류 밧줄 하중이 증가하고 있으며, 계류 의장품도 안전사용하중(Safe working load)이 변경되어야 한다. 본 연구에서는 유한요소해석 모델링을 통한 허용응력 평가법 결과를 정리하고, 분석하였다. 추가적으로 비선형 붕괴 거동 평가를 통하여, 안전사용하중 결정에 대한 검증을 수행하였고, 탄성영역 내 설계가 되었음을 확인하였다. 연구에서 제안하는 평가법 및 기준, 그리고 해석절차는 향후 유사 의장품 개발 시 참조가 가능하다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.70-78
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• 2023

보통중심가새골조는 단순한 설계절차를 갖는 이점이 있다. 이와 같은 이유로, 지진하중에 대한 내진성능이 다른 골조 시스템에 비해 크게 효과적이지 않음에도 불구하고 중간 또는 낮은 수준의 지진을 받는 소규모 골조 구조물에 널리 사용되어 왔다. 횡방향 지진 하에서 압축 거동에 대해 취약한 가새부재를 갖는 보통중심가새골조의 내진성능을 향상시키기 위해, 통상적으로 점성감쇠기에 의한 내진보강이 도입되어 왔다. 하지만, 점성감쇠기 자체는 일반적으로 구조물을 원래 위치로 복원시킬 수 있는 강성을 갖지 않는다. 이는 구조물에 잔류 변위를 유발시킬 수도 있다. 이 논문에서는 휨강성을 갖는 상·하부 보가 비선형-탄성 스프링 역할을 하여 외부 변위 이력을 받는 스프링-감쇠기 시스템을 원래 위치로 복원시키는 자가복원형 점성감쇠기 시스템이 개발되었다. 단순화된 골조 구조물에 대한 수치해석은 개발된 자가복원형 점성감쇠기 시스템을 포함할 경우 지진이 가해지는 동안 에너지 소산을 통해 어떻게 골조 구조물의 향상된 내진성능을 가져오는지 보여준다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권7호
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• pp.49-58
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• 2010

흙의 입자 크기에 따른 지반-말뚝 시스템의 동적 거동 차이를 알아보기 위해, 단말뚝 및 군말뚝에 대한 1g 진동대모형 실험을 수행하였다. 지반 조성에 사용된 시료는 주문진 표준사와 호주산 세사이며, 흙의 입자 크기에 따른 영향을 알아보기 위해 다른 실험 조건은 동일하게 하였다. 단말뚝 실험 결과 말뚝의 횡방향 변위는 말뚝 직경의 1%인 탄성 영역 이내로 발생하였다. 단말뚝의 p-y 거동을 살펴보면 동일 변위에서 주문진 표준사 모형 지반의 지반 반력 값이 호주산 세사 모형 지반에서의 지반 반력보다 더 크게 나타났으며, 이는 주문진 표준사 모형 지반에서의 초기 탄성 강성이 더 크게 평가됨을 의미한다. 이러한 입자 크기에 따른 초기 지반 강성 차이는 공진주 실험 및 삼축압축실험을 통해서 확인하였다. 또한 외삽을 통해 단말뚝의 동적 p-y 중추 곡선을 산정한 결과 동적 p-y 중추곡선의 강성이 주문진 표준사 지반에서 호주산세사 지반보다 더 크게 산정되었다. 그러므로 사질토 지반에서 입자크기에 관계없이 동일한 p-y곡선을 적용하여 말뚝의 동적 거동을 예측하는 방법에 오류가 있을 수 있다. 군말뚝 실험에서는 단말뚝 실험과 같은 실험 조건에서 말뚝 직경의 1% 이상의 횡방향 변위가 발생하였으며, 모형 지반 종류와 상관없이 유사한 p-y 거동이 나타났다. 이는 변형율이 큰 비선형 영역에서는 주문진 표준사와 호주산 세사의 강성 차이가 크지 않기 때문이다. 이러한 일련의 단말뚝 및 군말뚝 실험 결과로 볼 때, 군효과를 평가하기 위해 단말뚝의 p-y 곡선에 단순히 p-승수(p-multiplier)를 곱하여 군효과를 고려하는 방법에 오류가 있을 수 있다고 판단된다.

• 유변학
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• 제11권2호
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• pp.143-152
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• 1999

본 연구에서는 Rheometrics Fluids Spectrometer(RFS II)를 사용하여 세 종류의 상용 반고형 식품(마요네즈, 토마토 케찹, 와사비)의 정상유동특성 및 소진폭 전단변형하에서의 동적 점탄성을 광범위한 전단속도와 각주파수 영역에서 측정하였다. 이들 측정결과로부터 정상유동특성의 전단속도 의존성 및 동적 점탄성의 각주파수 의존성을 보고하였다. 그리고 항복응력의 항을 갖는 몇 가지 점소성 유동모델을 사용하여 정상유동특성을 정량적으로 평가하고 이들 모델의 적용성을 비교.검증하였다. 나아가서 수정된 형태의 지수법칙 관계식을 도입하여 정상유동특성(비선형 거동)과 동적 점탄성(선형 거동)간의 상관관계에 대해 검토하였다. 이상의 연구를 통해 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 반고형 식품류는 상당한 크기의 항복응력을 갖는 점소성 물질로서 전단속도가 증가할수록 정상류점도가 급격히 감소하는 shear-thinning 거동을 나타낸다. (2) Herschel-Bulkley 모델, Mizrahi-Berk 모델 및 Heinz-Casson 모델은 반고형 식품류의 정상유동거동을 잘 기술할 수 있다. 이들 중에서도 Heinz-Casson 모델이 가장 우수한 적용성을 갖는다 (3) 반고형 식품류는 임계 전단속도를 경계로 shear-thinning 특성이 변화한다. 즉 낮은 전단속도에 비해 높은 전단속도 영역에서 분산입자 응집체의 구조파괴가 더욱 활발하게 진행되어 보다 현저한 shear-thinning 특성을 나타낸다. (4) 저장 탄성률 및 손실탄성률은 양자 모두 각주파수가 증가할수록 점차로 증가하나 각주파수 의존성은 그다지 크지 않다. 또한 광범위한 각주파수 영역에서 탄성적 성질이 점성적 성질에 비해 보다 우세하게 나타난다. (5) 정상류점도, 동적점도 및 복소점도는 모두 power-law 모델의 거동을 잘 만족한다. 또한 정상유동특성과 동적 점탄성간의 상관관계는 수정된 형태의 지수법칙 관계식에 의해 잘 기술될 수 있다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제12권4호
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• pp.157-178
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• 1996

기존의 보강토벽체에 주로 이용되어온 steel strict등 고강도 인장보강재는 주변 뒤채움흙에 비해 상대적으로 변형이 작기 때문에, 설계검토시 과강재 자체에서 유발되는 변형의 크기에 대해서는 크게 유의할 필요가 없었다. 그러나 비교적 저강도인 섬유보강재의 경우, 한계상태에서 예상되는 섬유보강재 자체의 변형량은 주변 뒤채움흙의 소성변형 유발에 필요시 되는 변형량을 종종 초과하게 되며, 이와같은 크기의 과도한 변형량은 보강토벽체 구조체 자체의 안정성 확보 측면에서 허용할 수 없는 경우가 대부분이다. 결국 보증토벽체 구조체의 전면부 발생변위에 대한 일반적인 허용조건을 충족하기 위해서는, 극한강도 보다 훨씬 작은 크기의 강도가 섬유보강재의 경우 발휘하는 것으로 보아야 할 것이며, 따라서 최종적인 구조체 안정검토를 위해서는 보강재 자체의 예상변형량에 대한 평가가 섬유보강재의 경우 특히 중요시 된다. 보강재의 인장응력 -변형률 관계는 강보강재의 경우 선형탄성거동으로 가정할 수 있으나, 섬 유보강재의 경우에는 일반적으로 비 선형거동을 나타낸다. 본 연구에서는 쌍곡선 함수를 이용하여 섬유보강재의 비선형 거동특성을 모델링하였으며,또한 뒤채움흙 다짐으로 인한 유발응력등을 고려하기 위해 Ehrlich SE Mitchell, Duncan등이 제안한 방법을 수정하여 섬유 보강토벽체의 안정 해석법을 제시하였다. 본 안정 해석법 에서는 침투수압의 영향 및 뒤채움흙의 구속효과에 따른 섬유보강재의 부분적인 상대강성 변화 등을 고려하였으며, 이를 토대로 깊이별 각 섬유보 강재의 최대인장력 및 변형량 등의 예측이 가능하다. 본 연구에서는 제시하리라 하는 안정해석법의 적용성을 위해, paraweb polyester fibre multicord, non-woven polyester 지오텍스타일 및 knitted polyester 지오그리드 등 3가지 종류 보강재의 인장응력-변형률 관계 실험결과를 회귀분석하여 쌍곡선 함수형태로 이와같은 섬유보 강재의 비선형거동을 모델링하였다. 또한 이를 토대로 한 븐 연구 해석법의 적합성 검토를 위해, Ho & Rowe가 제시한 유한요소해석결과 및 LCPC, FHWA등에서 시행한 시험결과와 깊이별 각 섬유보강재의 최대인장력,변형량 및 지점별 변형률 등에 대해서도 비교하였다. 아울러 섬유 보강재의 상대강성, 뒤채움흙의 깊이별 구속효과의 정도, 다짐정도 및 침투수압 등이 각 섬유보강재의 변형량 및 전체적인 변형형태 등에 미치는 영향을 종합적으로 분석하였다.