• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.86-93
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• 2023

반복하중을 받는 철근콘크리트 부재는 이력거동이 진행됨에 따라 강성과 강도의 저하 그리고 핀칭현상 등으로 인하여 에너지소산 능력이 감소된다. 그러나 지침서 「철근콘크리트 건축구조물의 성능기반 내진설계를 위한 비선형해석모델, 2021」에서는 각 부재별로 모든 이력단계별 단일한 에너지소산계수를 산정하도록 하고 있어 이력단계에 따른 에너지소산능력의 감소를 고려할 수 없을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 반복하중을 받는 일반보에 대한 기존 실험결과와 비선형시간이력해석 결과를 비교하여 이력단계에 따른 에너지소산계수를 고찰하였다. 에너지소산계수는 비선형시간이력해석 결과로 구한 이상화된 탄소성거동 에너지 소산량에 대한 실제 실험체의 에너지소산량의 비로써 산출하였다. 기존 실험결과는 1회 Cycle을 각 이력단계별로 산정하여 에너지소산계수를 도출하였으며, 지침서 내 비선형모델링 과정을 토대로 에너지소산계수를 도출하였다. 기존 실험연구에선 각 이력단계(Y-L-R)를 설정하여 에너지소산계수를 구하였으며, 에너지소산계수는 Y-L구간 0.36, L-R구간 0.28로 나타났고, 지침서 에너지소산계수는 0.31로 나타났다. 이는 지침서의 에너지소산계수 산정식이 철근콘크리트 부재의 에너지소산능력의 감소를 나타내지 못하는 것으로 나타났다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제7권6호
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• pp.109-117
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• 2003

기존의 비선형 정적 및 동적 해석에서는 철근콘크리트 구조물의 에너지 소산능력을 정확히 고려하지 못하고 있다. 최근 연구에서는 휨지배 철근콘크리트 부재의 에너지 소산능력을 정확히 평가할 수 있는 식이 개발되었으며, 본 연구에서는 이 평가방법을 이용하여 에너지 소산능력을 정확히 고려할 수 있는 비선형 정적 및 동적 해석 방법을 개발하였다. 비선형 정적 해석을 위하여 에너지 스펙트럼 곡선을 개발하고 이를 적용하여 능력스펙트럼법을 개선하였으며, 또한 비선형 동적 해석을 위하여 철근콘크리트 부재의 단순화된 에너지 기초 주기거동모델을 개발하였다. 제안된 모델은 부재의 강성에 기초한 기존의 주기거동모델과는 달리 완전한 주기거동 발생시 소산되는 에너지를 정확하게 반영할 수 있다. 본 연구에서는 제안된 방법에 따라 비선형 정적 및 동적 해석법의 절차를 정립하였으며 이를 적용한 컴퓨터 해석 프로그램을 개발하였다. 제안된 해석 방법은 부재의 단면형태, 철근비, 배근형태 등 설계 변수에 따른 에너지 소산능력을 정확하게 고려하고 지진발생시 에너지 소산능력이 구조물의 성능에 미치는 효과를 반영할 수 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제28권5호
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• pp.38-46
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• 2024

국내인구 60%이상이 거주하고 있는 벽식구조 아파트는 지진시 취성적 거동을 하게된다. 따라서 최근 성능기반 내진설계시 비선형 동적해석을 위한 철근콘크리트(RC)벽체의 에너지소산계수의 선택은 매우 중요하다. RC벽체의 에너지소산능력에 영향을 주는 주요변수로는 축력비, 단부횡보강근 간격 및 형상비인 것으로 기존실험연구에서 보고하였다. 대한건축학회 및 한국콘크리트학회에서는 「철근콘크리트 건축구조물의 성능기반 내진설계를 위한 비선형해석모델, 2021」을 통해 각 RC부재의 집중소성힌지모델 및 에너지소산계수를 제안하였다. 에너지소산계수 제안식에는 앞서 언급된 축력비 및 단부횡보강근의 변수는 포함하지 않고 있으며, 형상비의 경우 전단지배거동을 고려함에도 휨소성모델에 적용되므로 해석모델에 따른 형상비의 효과를 검토할 필요가 있을 것으로 사료된다. 이에 기존실험연구, 비선형해석프로그램의 섬유요소모델을 활용한 비선형해석 및 지침서의 에너지소산계수 제안식을 비교함으로써 각 변수별 에너지소산계수에 미치는 영향을 분석하였다. 축력비가 커질수록 에너지소산계수는 작아졌으며 단부횡보강근의 간격이 줄어들수록 에너지소산계수는 증가하였다. 또한 형상비가 커질수록 에너지소산계수는 커지는 경향을 보였으며 형상비의 영향이 제일 큰 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1605-1610
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• 2006

계단식 Gabion 낙차공은 다공체 구조물로서 시공하기 쉽고 안정적이며, 하천유수에 대하여 저항성이 있어 하천구조물로서 널리 자주 사용되고 있다. Gabion은 다공체로서 유수력을 쉽게 흡수함으로써 감세지 계단표면의 위치에너지를 소산시키는데 매우 효과적이다. Stephenson은 1/10 축적을 가진(투수성이 있고 하천낙차공에만 적용되는 투수성 상류면을 가진 높이 4m까지의) 계단식 Gabion을 월류 실험한 바가 있으며, 그 연구결과가 실무에서 인용되고 있다. 그러나 본 연구에서는 급변류의 에너지 소산효과를 조사하기 위하여 중력이 다른 힘들보다 지배적이므로 Froude 상사법칙을 이용하고 1/1, 1/2, 1/3 경사를 가진 계단을 적용하였다. 실험에서는 경사를 가진 높이 4m 계단식 위어와 게비온 감세지 실험, 계단모형실험(보통구조, 층상구조, 끝단이 올라간 구조, 턱을 가진 구조), 격리수맥흐름, 부분수맥흐름으로 제안하여 경사에 따른 급변류의 에너지 소산효과에 대한 결과를 얻을 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.203-212
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• 2008

본 연구에서는 다양한 배근상세를 갖는 짧은 연결보 (short coupling beam)의 주기거동특성과 에너지소산 메커니즘을 연구하였다. 주기하중을 받는 연결보의 수치해석을 위하여 비선형트러스모델 (nonlinear truss model)을 사용하였다. 수치해석 결과, 일반적인 수직 수평배근상세를 갖는 연결보는 핀칭이 심한 주기곡선을 보이며 거의 에너지를 소산하지 못하였다. 반면 대각배근상세를 갖는 연결보는 핀칭이 없는 안정적인 주기거동을 보이며 많은 에너지를 소산하였으며, 연결보의 에너지소산은 취성재료인 콘크리트보다 주로 대각 방향으로 배치된 철근에 의하여 발생됐다. 이러한 분석 결과를 토대로 대각철근의 변형률 이력을 사용하여 연결보의 에너지소산량을 예측할 수 있는 간편한 평가식을 개발하였다. 검증을 위하여 제안된 평가식과 실험으로 구한 연결보의 에너지소산량을 실험 결과와 비교하였다. 그 결과, 제안된 평가식은 배근형태, 전단경간비, 비탄성 변형 크기 등 다양한 설계변수의 영향을 고려하여 전단경간비가 1.25이하인 짧은 연결보의 에너지소산량을 비교적 정확히 예측하였다. 제안된 에너지소산량 평가 방법은 철근콘크리트구조물 및 부재의 성능 기초 내진평가/설계에 손쉽게 활용될 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.989-1000
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• 2002

비선형 정적해석법과 같은 발전된 지진 해석 및 설계방법은 강도, 연성도, 에너지 소산량으로 대표되는 철근콘크리트 부재의 주기거동을 정확하게 예측하는 것이 필요하게 되었다. 최근 연구에서 휨지배 철근콘크리트 부재에 대하여 최대변형능력까지의 반복적인 주기거동에 의한 소산에너지량을 계산할 수 있는 방법이 개발되었다. 본 연구에서는 선행 연구를 토대로 에너지 소산량을 계산할 수 있는 간단한 수식을 제안하고, 이를 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 또한 제안된 수식을 이용하여 축력, 철근비, 배근형태, 연성도 등이 에너지 소산능력에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 제안된 수식을 통하여 기존의 경험에 기초한 방법보다 더 정확하게 구조물의 에너지 소산능력을 산정 할 수 있으며, 따라서 연구결과는 성능에 기초한 내진평가 및 설계법에 유용하게 이용될 것으로 판단된다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제7권6호
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• pp.25-34
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• 2003

최근 능력스펙트럼법, 직접변위기초설계법 등과 같은 성능에 기초한 내진 평가/설계법이 개발되어 사용되고 있다. 이들 방법은 구조물의 비선형 주기거동에 의한 에너지 소산능력을 고려함에 있어 부정확한 경험식에 의존하는 한계를 보이고 있다. 한편, 최근 연구에서 휨지배 철근콘크리트 부재에 대하여 여러 설계변수의 영향을 고려하여 주기거동에 의한 에너지 소산능력을 정확히 평가할 수 있는 방법이 개발되었다. 본 연구에서는 에너지 소산능력을 고려한 내진설계법에 대한 기초적인 연구로서, 최근 연구에서 개발된 에너지 소산능력 산정법을 이용한 철근콘크리트 전단벽 구조의 내진설계법을 개발하여, 기존의 내진설계법과 비교하였다. 제안된 설계법에서는 단면의 크기 및 형상, 축력, 철근비, 배근형태, 연성도 등과 같은 다양한 설계변수에 따른 에너지 소산능력의 변화를 정확히 고려하여 설계할 수 있다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.1-11
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• 2006

이 논문에서는 에너지 소산장치가 장착된 사장교의 지진 취약도 해석 방법을 제시하고 에너지 소산장치의 장착 및 주탑-보강형 연결 조건에 따른 지진 취약도 변화를 살펴본다. 입력지반운동, 에너지 소산장치 특성값 및 사장교 강성 모형에 확률 변수를 도입하여 불확실성을 고려하고 에너지 소산장치의 비선형 이력거동을고려하여 시간이력 해석을 수행한다. 해석결과의 회귀분석을 통한 최대 응답과 입력지반운동 세기(intensity) 사이의 관계식으로부터 취약도 해석을 위한 소요 역량(demand)을 수립한다. 역량(capacity)에 해당하는 한계상태는 주탑 하부의 전단력, 보강형의 교축방향 변위, 케이블 장력의 변동량 그리고 강주탑의 좌굴이 고려된다. 해석 예제로서 강주탑 사장교인 제 2 진도대교 모형에 대하여 취약도 해석을 수행하였다. 취약도 해석결과 에너지 소산장치의 사용을 통하여 구속 또는 비구속 연결조건시 높은 손상확률을 보이던 한계상태에 대하여 그 손상확률을 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제8권1호
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• pp.165-174
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• 2004

본 연구에서는 에너지소산률을 활용하여 구조물의 건전도를 실시간 상에서 모니터링하는 기법을 제시하였다. 실시간 모니터링에 적합하도록 계측은 자연가진기법(NExT)이 채택되었고, 동적 분석을 위해서는 고유계 구현기법(ERA)이 채택되어 실시간 데이터의 분석이 가능하도록 하였다. 이들 데이터로부터 계산된 구조물의 댐핑과 고유치만을 사용하여 에너지소산률을 계산하고, 이들 값으로부터 구조물의 손상도를 평가하는 알고리즘(에너지소산법)을 개발하였다. 본 연구에서 제안된 에너지소산법은 기존의 방법(고유치변화법과 모드변화법(MAC))과 비교하여 유용성이 입증되었다. 특히 에너지소산법은 실시간 모니터링에 중요한 계측시간과 데이터의 량을 줄일 수 있었고, 자연가진을 이용하여 전체적인 구조물의 거동을 파악하기에 용이하였으며 구조물의 손상 유무를 판단하는 효과적 기법으로 입증되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.594-605
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• 2003

핀칭은 철근콘크리트 부재의 주기거동 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 휨지배를 받는 철근콘크리트 부재에 대하여 핀칭거동의 특성과 에너지 소산능력을 연구하기 위하여 수치해석 연구를 실시하였다. 기존의 실험연구와 수치해석 결과를 분석한 결과, 전단거동과 무관한 휨핀칭이 압축력을 받는 부재에서 일어난다는 사실이 밝혀졌다. 그러나 일정한 철근 배근형태와 철근양을 갖는 부재들은 압축력의 영향에 의하여 주기거동의 형상이 변하더라도 재하된 압축력의 크기와 관계없이 일정한 에너지소산능력을 갖는다. 이는 콘크리트는 압축력이 증가함에 따라서 그 영향력이 증대되지만 취성재료로서 에너지 소산능력에 큰 영향을 미치지 않으며, 주로 철근에 의하여 에너지 소산이 일어난다는 사실을 가리킨다. 따라서 실제 재하되는 압축력의 크기에 관계없이 단순 휨을 받는 단면에 대한 해석을 통하여 휨지배 부재의 에너지 소산능력을 계산할 수 있다. 이러한 연구결과에 근거하여 에너지 소산능력과 감쇠보정계수를 평가할 수 있는 실용적인 방법과 설계식을 개발하였으며, 기존의 실험결과와의 비교를 통해 검증하였다. 이 제안된 방법은 일반적인 설계변수를 이용하여 에너지소산능력을 정확히 평가할 수 있으므로, 설계실무에서 편리하게 사용할 수 있다.