• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제23권12호
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• pp.33-39
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• 2022

본 논문은 터널을 구성하고 있는 구성요소(지보재, 주변지반)들의 열화로 인한 터널의 장기거동을 수치해석을 이용하여 예측/분석하였다. 터널의 구성요소들은 시간이 지남에 따라 열화를 겪게 된다. 이러한 열화로 인해 터널의 장기적인 안정성을 예측하는 것은 매우 중요한 이슈이다. 따라서 본 연구에서는 열화를 예측하는 모델을 제시하였으며, 이 모델은 두 개의 파라미터로 구성되어 있다. 그 중 하나는 부재 및 주변지반의 열화로 인해 남아있는 잔류강도를 나타내며, 나머지 하나는 열화되는 모양을 표시한다. 제안한 열화 모델을 이용하여 수치해석을 수행하여 터널의 장기거동을 예측하였다. 그 결과 열화로 인해 터널 주변 지반의 이완응력이 증가하여 터널의 장기적인 안정성에 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.389-398
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• 2008

현행 송전철탑의 경우 허용응력 설계개념을 도입한 철탑설계기준을 적용하여 설계, 제작되고 있으나 탄성해석을 전제로 한 허용응력 설계기법으로는 송전철탑의 명확한 도괴 원인을 규명할 수가 없다. 철탑 도괴의 원인을 규명하기 위해서는 철탑 부 재 및 접합부의 재료 및 기하학적 비선형성을 고려한 2차 변형효과를 고려하여야 한다. 2차 변형에 영향을 주는 요인으로는 부재의 잔류응력, 초기변형, 접합부의 단부구속도 등이 있으며 이는 비선형 대변형 해석을 통하여 거동 파악이 가능하다. 본 연구에서는 선형해석과 비선형해석의 비교를 통하여 비선형 해석의 필요성을 확인하고 비선형 유한요소해석에 따르는 해석상의 복잡함을 줄이기 위해서 등가비선형 해석기법을 개발하고 이로부터 도출된 철탑의 극한하중을 비선형 유한요소해석의 극한하중과 비교를 함으로써 개발기법의 신뢰성을 확인하였다. 개발된 해석기법을 바탕으로 사재의 축력 및 세장비가 주주재의 최대내력에 미치는 영향을 파악하고 실무적 편의성을 제공하기 위하여 이를 도표화 하였다.

• 수산해양기술연구
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• 제36권4호
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• pp.329-336
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• 2000

정치망 어선에 사용하는 더블 캡스턴 드럼의 용접공정은, 순간적으로 집중투입되는 고온열원에 의해 상당 열응력과 열변형 거동이 시간의 경과에 따라 비정상적으로 발생한다. 유한요소법으로 이것들의 거동을 해석한 후 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 용접 초기에는 용접열원 위치에서 54∼48MPa의 상당 열응력을 나타내고, 캡스턴 드럼의 내부로 진행될수록 42∼18Mpa 정도의 열응력 분포를 보이며, 열응력 구배는 1mm당 3.6MPa의 기울기를 형성하고 있었다. 용접열원에서 0.004∼0.015mm정도의 미세한 변형량이 계산되었고 좌측 자유단으로 진행하면서 0.03∼0.033mm의 변형량은 용접초기에 열충격 현상으로 발생한 것으로 사료되므로 이에 대한 대비책이 있어야 한다. 2) 용접 중반부에서는 상당 열응력 크기는 용접 초기보다 다소 작아져서 최대 51MPa, 최소 11.3MPa을 보여주며 열응력 기울기도 다소 완화된다. 이것은 용접 열원이 이동하면서 발생하는 예열효과로 상당 열응력이 감소한 것으로 사료된다. 상당 열변형의 크기는 최대 0.04mm, 최소 0.0045mm 정도를 형성하고 있고, 용접열원의 진행으로 전체적인 변형 양상이 용접진행 방향과 동일하게 이동하고 있다. 3) 용접공정의 후반부는 상당 열변형량이 최소 0.005mm, 최대 0.045mm 정도이므로, 정밀한 용접가공을 위해 반대방향에 지그나 고정구를 설치해야 한다. 상당 열응력의 구배는 모재 내부로 진행된 양상을 보이고 있으나 열응력의 절대 크기는 최소 3MPa에서 최대 27MPa로 작아졌다. 이 것은 용접의 이동열원이 제거됨으로서 모재 내부의 열응력이 현저히 저하되었음을 의미하지만, 잔류 열응력이 존재하므로 뜨임처리와 같은 후처리가 요망된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.377-388
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• 2010

HSB600 및 HSB800 고성능강재를 적용한 정모멘트부 강합성거더의 휨거동을 비선형 모멘트-곡률 해석법으로 분석하였다. 연성특성이 다른 3개의 대표적인 강합성거더 기본 단면을 선정하여 모멘트-곡률 해석법으로 모멘트-곡률 이력과 휨저항강도를 구하고 비선형 유한요소해석 프로그램 ABAQUS(2008)로 구한 결과와 비교하여 모멘트-곡률 해석 프로그램을 검증하였다. 비선형 유한요소해석 시에는 플랜지, 복부판 및 콘크리트 바닥판을 판요소로 모델링하여 3차원 강합성거더 유한요소모델을 적용했으며 초기변형과 단면의 잔류응력을 고려하여 해석하였다. 강합성거더 단면에서 콘크리트 바닥판의 28일 압축강도는 30~50MPa를 고려하였으며, 콘크리트 재료는 CEB-FIP(1990) 모델로, 일반 강재와 HSB600 및 HSB800 고성능 강재는 탄소성-변형경화 재료로 모델링하였다. 강합성단면의 연성비, 강거더의 강종, 콘크리트 바닥판의 압축강도, 소성중립축의 위치 등이 강합성거더의 연성특성 및 휨저항강도에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권5호
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• pp.3602-3609
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• 2015

고성능 섬유보강 시멘트 복합체(HPFRCC)는 물-결합재비(W/B)가 상당히 낮기 때문에 재령초기에서 자기수축이 크게 나타나는 특성을 지니고 있다. 이러한 자기수축의 영향으로 거푸집 및 보강철근 등에 의해 HPFRCC가 구속될 경우 상당히 큰 잔류응력 발생과 수축균열 위험성이 나타나게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 초기재령에서의 수축거동에 따른 균열거동에 대한 평가와 수축을 억제하거나 감소시키기 위한 재료적 검토 등을 포함한 HPFRCC의 수축특성에 대한 폭넓은 연구가 반드시 수행되어야 한다. 따라서, 이 논문에서는 팽창재와 수축저감제의 조합사용 여부에 따른 HPFRCC의 역학적 특성 평가와 초기 재령에서의 열팽창계수 측정 및 이를 고려한 자기수축 실험을 수행하여 팽창재와 수축저감제가 HPFRCC의 자기수축 거동에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권4호
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• pp.19-29
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• 2023

본 연구에는 지반-그라우트 인터페이스 거동을 평가하기 위한 직접전단시험 장비를 제작하였으며, 제작된 시험 장비를 통해 풍화토, 풍화토-그라우트 두 종류의 시료에 대해 직접전단시험을 수행하였다. 전단응력-슬립 곡선 평가 결과 풍화토-그라우트의 잔류 전단 강도는 단일 풍화토의 잔류 전단 강도와 유사한 값을 나타냈으며, 풍화토-그라우트 인터페이스의 한계 상태 거동은 풍화토에 의해 결정된다는 것을 확인했다. 그러나, 최대 전단 강도의 경우 풍화토-그라우트 인터페이스에서 매우 크게 증가하는 것으로 나타났다. 최대 전단 강도의 증가율은 느슨한 지반에서 더 크게 발생하는 것으로 나타났으며, 이는 풍화토 입자와 그라우트 입자가 섞여 있는 인터페이스 레이어의 두께가 증가했기 때문으로 보인다.

• Composites Research
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• 제21권3호
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• pp.9-17
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• 2008

본 논문에서는 저속충격하중을 받은 필라멘트 와인딩 탄소섬유강화 복합재 압력용기의 잔류강도 저하특성에 대한 수치해석 및 실험결과에 대해서 논한다. 복합재 압력용기의 원통부의 여러 곳에 대해 낙하 공구의 끝단을 모사한 삼각형 충격자를 사용한 저속 충격시험이 실시되었고, 유한요소해석을 수행하여 충격시의 기계적 변형 및 응력분포 거동에 대한 예측을 실시하였다. 충격하중을 받은 복합재 압력용기의 잔류강도 저하 특성을 정량적으로 평가하기 위해, 충격부위를 포함하는 원환시편을 압력용기의 실린더부로부터 채취하여, 원주방향 내압인장강도 측정 수압시험법으로부터, 원환시편의 수압파열 압력을 측정하였다. 결과적으로 본 연구를 통해 충격 에너지의 수준에 따른 잔류강도 변화가 성공적으로 계측되었으며, 복합재 압력용기의 충격손상허용을 정량적으로 평가하기 위한 유용한 방법론이 정립되었다.

• 지질공학
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• 제25권2호
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• pp.237-250
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• 2015

지진 시에 지하구조물은 지상구조물보다 더욱 안전한 것으로 간주되어 왔으나, 1995년 고베지진 시 발생한 지하철터널의 피해 이후 지하구조물의 피해 사례가 점점 증가하고 있다. 본 논문에서는 풍화토로 되메움한 개착식 터널과 주변 지반의 지진 시 거동을 Mohr-Coulomb모델을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 지반의 측면 경계조건, 인장강도, 최대지진가속도에 따른 개착식 터널과 주변 지반의 변위 및 터널 라이닝에 작용하는 응력을 예측하였다. 지반의 측면 경계조건(자유장 경계조건과 일반 경계조건)과 주변 지반의 인장강도의 변화에 따라 계산된 변위와 응력은 상당한 차이를 나타냈다. 좌우경계조건이 자유장 조건인 경우에는 지반의 잔류변형이 거의 발생하지 않았으나, 구속된 일반 조건인 경우에는 지진으로 인한 주변 및 기초 지반의 융기로 인한 잔류변형이 크게 발생하였다. 하지만 주변 및 기초 지반의 인장강도를 점착력의 100%로 가정하였을 경우 개착식 터널은 측면 경계조건이나 입력된 최대가속도에 관계없이 잔류변위는 1 cm 이내로 무시할 수준이다. 뿐만 아니라, 최대변위 발생 시 및 최종 단계에서 터널 라이닝에서 발생하는 응력은 모두 허용응력 이내이므로 안전한 것으로 판단된다. 동적 수치해석에서는 주변 지리적 조건을 고려하여 적절한 경계조건을 설정하고 인장강도와 같은 지반의 물성치를 정확하게 구하는 것이 매우 중요한 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.187-195
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• 2005

지하수위 하에서 터널을 굴착하게 되면, 지하수 흐름은 터널내로 발생하면서 터널 단면에 침투력이 작용하게 된다. 본 연구에서는 지하수 흐름을 고려한 숏크리트 라이닝 거동을 지반 및 숏크리트 라이닝 상호간의 투수계수의 비율에 따라 검토하였다. 숏크리트 응력 및 변위 관계는 3차원 유한요소 연계해석을 수행하여 산정하였다. 지하수 흐름 자체는 아칭효과가 발휘되지 않기 때문에, 터널의 응력이 평형상태에 도달한 후에도 침투력은 계속적으로 숏크리트 라이닝에 작용하여 심각한 영향을 준다. 지반 및 숏크리트 라이닝 상호간의 인터페이스 특성 및 터널의 단변형상 그리고 라이닝의 두께를 포함한 숏크리트 거동의 영향 인자에 대해 매개변수분석을 실시하였다. 또한 NATM 터널에서의 침투력을 고려한 내공변위 제어법을 제안하였다. 해석결과를 보면, 숏크리트의 투수성이 낮아질수록 잔류수압에 따른 유효응력의 감소로 인해 내공변위는 감소하고 내압은 커지는 것을 알 수 있었다. 띠라서 차수성이 강한 강섬유보강 숏크리트가 해저/하저 터널의 지보재로서 더욱 유리하다는 결론을 얻었다.

• 콘크리트학회지
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• 제11권1호
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• pp.173-181
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• 1999

전단보강근이 없는 보의 거동을 이해하기 위하여 서로 다른 트러스 개념으로부터 출발한 두 종류의 해석방법 및 배경이론[압축응력장(MCFT) 및 균열마찰 (CFTM)이론]을 수단으로 콘크리트 기여강도($V_c$)를 구성하는 i)압축지역의 전단응력, ii)균열면의 마찰작용, iii)주근의 장부작용, iv)아치작용 및 최근에 추가된 v)비균열 부위 잔류 인장강도의 상대적인 중요도를 물리적으로 설명하였다. 또한, 두 해석모델의 평가를 위하여, 최근 국내에서 파괴역학 개념의 크기 효과식 개발에 보다 초점을 맞추어 수행된 일련의 고강도 콘크리트보의 실험결과(20개, $f'_c$=53.7Mpa)를 예측하였다. 예측결과에 의하면, 두 해석모델은 a/d비, 주근량 및 보의 춤이 변화함에 따라 관측된 물리적 현상을 정확하게 포착하고 있었으며, 특히 MCFT로부터 얻어낸 보다 자세한 응력 및 변형도 분포 등에 관한 정보는 일련의 추가적인 설명을 가능하게 하였다. 하지만, 보다 완전한 이론적 배경을 지니고 있는 MCFT는 P4.6 및 D915의 파괴하중을 각각 다소 과소 및 과대 평가하는 경향을 나타내고 있어, 주근량 및 크기효과에 대한 보다 완전한 결론을 유도하기 위해서는 추가적인 실험적 연구가 필요한 것으로 판단되었다.