• 대한토목학회논문집
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• 제42권6호
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• pp.751-762
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• 2022

강합성 교량에서 강 거더와 콘크리트 바닥판의 합성을 위한 전단연결재로는 용접접합 머리붙이 스터드가 주로 사용된다. 용접접합 전단연결재의 경우, 손상 또는 노후화된 바닥판 철거 시에 파쇄에 따른 소음, 비산먼지 등이 발생하여 환경적 문제가 지적되고 있다. 따라서 환경적 문제 및 생애주기비용 관점의 효율적인 유지관리를 위해서는 노후화된 콘크리트 바닥판의 교체가 용이한 분리식 전단연결재 개발이 필요하다. 기존의 볼트접합 전단연결재로는 매립너트 방식이 주로 연구되었으나 낮은 강성과 전단저항강도, 초기슬립 증가 등으로 교량과 같은 토목구조물에는 활용되지 못하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 이러한 문제점들을 개선하기 위해 매립너트 부분이 스터드 기둥에 일체화되고 확대 기둥 하단에 테이퍼진 형상을 갖는 분리식 볼트접합 전단연결재를 제안하였다. 제안된 분리식 스터드볼트의 정적 전단강도와 슬립 변위에 대한 성능 검증을 위해 수평전단실험을 수행하였고, 기존 용접접합 스터드와 성능을 비교하였다. 제안된 분리식 볼트접합 전단연결재가 전단성능이 매우 우수하고, 슬립변위 또한 연성설계기준을 만족함으로써 기존 용접 스터드를 충분히 대체하여 적용 가능함을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권9호
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• pp.599-608
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• 2022

로터 시스템을 사용하는 도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility, UAM)는 이착륙 시 버티포트(Vertiport)에서 지면 효과를 경험하게 된다. UAM의 안전한 운용을 위해서는 지면 효과가 비행체의 공력성능에 미치는 영향성이 선행적으로 분석되어야 한다. 본 연구에서는 Lattice Boltzmann Method (LBM)를 적용하여지면 효과가 동축 반전 프로펠러를 장착한 쿼드콥터 형상 전기동력 수직이착륙기 전기체의 공력성능 및 후류 구조에 미치는 영향을 분석하였다. 동축 반전 프로펠러 시스템의 상하부 프로펠러에서 지면 효과 영향성은 상이하게 관찰되었다. 지면과의 이격 거리가 변화하더라도 상부 프로펠러의 성능에는 큰 변화가 없었지만, 지면과 가까워질수록 하부 프로펠러에서는 평균 추력과 토크 값이 크게 증가하였다. 또한 이격 거리가 감소함에 따라 추력 변동의 진폭이 증가하는 경향성이 나타났다. 지면 효과에 의해 프로펠러 후류는 하류 방향으로 충분히 전파되지 못하고 지면을 따라 발달한 Outwash 흐름에 의해 확산되었다. 프로펠러 시스템 사이에서 지면 확산 유동이 충돌하는 분수 와류(Fountain Vortex)의 형성을 확인하였다.

• 한국주조공학회지
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• 제42권5호
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• pp.273-281
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• 2022

Al-Cu-Si 3원계 공정합금의 응고거동과 미세조직 변화를 이해하기 위해서, 금형 예열온도를 달리하여 Al-Cu-Si 3원계 공정합금의 미세조직 변화를 관찰하였다. 금형 예열온도가 500℃일 때, 초정 Si과 덴드라이트 형상의 Al2Cu상이 관찰되며, 이후 (α-Al+Al2Cu)의 2원계 공정상이 관찰된다. 금형 예열온도가 300℃일 때 미제조직은 금형 예열온도가 500℃일 때와 유사하나 (α-Al+Al2Cu+Si)의 3원계 공정상이 관찰되는 영역과 관찰되지 않는 영역이 나타난다. 금형 예열온도가 150℃인 경우에는 미세조직이 (α-Al+Al2Cu)의 2원계 공정상과 (α-Al+Al2Cu+Si)의 3원계 공정상이 관찰되는 Bimodal 구조를 나타낸다. 금형 예열온도를 달리 하였을 때 가장 큰 변화를 나타내는 상은 Si상이며, 임계냉각속도를 지나면 (α-Al+Al2Cu+Si)의 3원계 공정상이 형성되는 순간에 빠른 냉각에 의한 Si의 성장이 억제되면 Cooperative 성장을 하기 때문에 Al, Cu의 성장도 함께 억제된다. 서로 다른 합금설계 전산모사 프로그램을 통해 Al-27wt%Cu-5wt%Si의 3원계 공정 합금을 분석한 결과, 합금설계 전산모사 프로그램에 따라 결과의 차이가 발생하며, 전산모사의 신뢰성을 높이기 위해서는 실제 주조를 통한 미세조직 분석이 수반되어야 한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권5호
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• pp.345-356
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• 2022

2020년 7월 30일 대전광역시 서구 A 아파트에서 새벽에 발생한 집중호우로 차량 78대와 아파트 2개 동이 침수되어, 사망 1명, 이재민 56명의 피해가 발생하였다. 본 연구에서는 1차원 관거-2차원 지표 흐름(1D-2D) 통합 해석 모형인 H12 모형과 고해상도 지표면 자료를 이용하여 침수 사상을 재현하고, 원인을 분석하였다. 또한, 침수 재해 발생 이후 A 아파트 주위에 설치된 침수방어벽의 침수 방어 효과를 분석하였다. 분석 결과, 좁고 가파른 유역형상, 주변 대비 고도가 낮은 대상 지역의 지형적 요인과 폭우로 인해 상류로부터 급속히 발생한 유출이 하류 저지대에서 배수되지 못해 발생한 침수 재해로 분석되었다. 침수방어벽의 효과를 분석하기 위해 고해상도 지표면 입력자료를 변경하여 침수방어벽 설치 전후를 모의하여 비교한 결과, 설치 후 A 아파트 단지 내 침수 수위가 낮아져 홍수 저감효과가 뛰어난 것으로 평가되었다. 본 연구를 통해 초고해상도 물리 기반 모형을 이용한 침수 원인 분석 및 저감 대책의 정량적 평가가 가능함을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권3호
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• pp.231-245
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• 2022

지반강도가 낮은 연약 점성토 지반을 대상으로 수직구가 시공되는 경우, 굴착면에서의 토압 불균형에 대한 지반의 지지력이 낮아 굴착면이 융기하는 히빙이 발생할 위험이 존재한다. 히빙에 대한 안정성을 평가하기 위해 안전율을 계산하는 방법들이 제안되어왔으나, 이론적인 유도 과정에서 많은 가정사항들이 포함되어 정확한 히빙 안정성 평가가 어렵다는 한계를 가진다. 본 연구에서는 선행 연구를 보완하기 위해 원형 수직구가 연약 점성토 지반에 시공되는 경우를 상정하여 굴착 형상에 따른 지반 지지력의 변화, 지반 점성토의 비균질성, 그리고 관내토의 효과에 대한 이론적 접근을 통해 기존 안전율 제안식을 보완하였다. 보완된 식의 검증과 다양한 사례 연구를 통한 히빙 안정성 검토를 위해 원형 수직구 굴착 시 발생하는 굴착면의 히빙을 3차원 수치해석으로 모사하여 안전율을 도출하였다. 수치해석 및 히빙 안전율 제안식들을 이용하여 다양한 인자의 변화에 따른 히빙 안전율의 변화를 검토한 결과, 본 연구에서 추가적으로 보완된 특성이 3차원 안전율 식 내에 적절하게 반영되었음을 확인하였다. 다양한 사례를 모사하여 수행된 수치해석 결과를 이용하여 수식을 구성하는 인자들이 히빙 안전율에 미치는 영향을 도출하였으며, 깊이에 따른 비배수 전단강도 증가의 고려 여부가 안전율 값 산정에 지배적인 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제39권1호
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• pp.34-41
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• 2022

일상적인 화학제품들의 사용량이 증가함에 따라 사용되었던 염료 폐기물 처리 또한 중요한 환경적인 문제로 대두되었다. 이러한 염료폐기물은 광촉매를 이용하여 분해시킬 수 있는데, 졸-겔 기술을 활용하면 매우 비용 효율적으로 광촉매를 합성할 수 있다. 졸-겔 기술은 나노스케일의 막 형성에도 상당히 유용하며 간단하게 다층구조를 형성할 수도 있다. 본 연구에서는 다양한 염료 분해에 효과가 있는 산화아연(ZnO) 이용하여 다중 회전도포 방법으로 다층구조(3층, 5층)를 가진 ZnO 막을 형성하였다. 성능비교를 위해 단일 회전도포 방법에 의한 단층구조를 가진 ZnO 막을 대조군으로 준비하였다. X선 회절분석기 및 에너지 분산 X선 분광계를 이용하여 ZnO의 구조 및 원소분석을 수행하였고, 주사전자현미경을 통해 나노선같은 표면형상을 관찰할 수 있었다. 추가적으로 UV-Vis 분광광도계를 활용하여 자외선의 흡수도를 측정하였다. 5층구조를 가진 ZnO 막이 단층 구조를 가진 ZnO 막에 비해 모의 메틸렌 블루를 49% 더 많이 분해하였다. 결론적으로, 다층구조를 가진 ZnO 는 메틸렌블루 염료를 더욱 효과적으로 분해하는 광촉매로써 유용하다는 알 수 있었다.

• 한국가스학회지
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• 제26권4호
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• pp.27-35
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• 2022

LPG는 공기보다 무거워 지표면으로 가라앉는 특징이 있으며, 주변 공기가 체류하는 경우 증기운을 형성하기 쉬워 가스 누출로 인한 피해가 가중될 우려가 있다. 그러므로 증기운 형성에 따른 주변 지역의 영향 범위분석을 통해 피해를 예방할 필요가 있다. 본 연구에서는 LPG 공급 관리소가 설치된 제주 하가리 일대를 대상으로 토지이용 현황과 지형적 특성으로 생성되는 야간 시간대의 찬공기 흐름과 그에 따른 LPG 누출 특성을 고려하여 주변 지역으로의 피해 영향 범위를 분석하였다. KLAM_21을 활용하여 찬공기 흐름을 분석한 결과, 지형 영향으로 인해 남동쪽에서 약 2 m/s의 찬공기가 유입되었다. LPG 누출 특성은 ALOHA를 이용하였으며 찬공기 흐름을 고려하여 분석하였다. 풍속 2 m/s 조건에서 누출공 크기가 10 cm일 때 LEL 60 %(12,600 ppm)에 해당하는 범위는 61 m로 나타났으며 LPG 누출 시 증기운에 의한 화재 등의 사고가 발생하는 경우 누출원으로부터 50 m 부근에 위치한 인근 주거지에 피해가 미칠 것으로 예상되므로 사고 예방을 위한 대안책이 요구된다. 해당 연구결과는 LPG 누출로 인한 사고 발생 시 예방책을 마련하는데 기초 자료로 활용될 수 있으며 FLACS와 같은 CFD 모델링을 통해 비교적 좁은 영역에서의 LPG 누출 형상 및 증기운으로 인한 피해 영향 범위를 확인할 필요가 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.128-138
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• 2022

본 연구에서는 원심성형으로 제작된 100MPa이상의 초고강도 콘크리트 각형보를 피암터널의 상부구조로 적용하기 위해 원심성형 보를 부모멘트 영역인 하부구조와 일체화시킨 우각부 단면에 대한 구조적인 안전성을 검증하는 것을 목적으로 실물크기의 시험체를 제작하고 하중재하시험 및 해석연구를 수행하였다. 피암터널 표준모델에 대해 시방규정에 의한 하중조합으로 설계하였을 때 상부슬래브 단부의 우각부에 최대 모멘트가 발생하는 것과 같은 효과를 기대하기 위하여 수정된 캔틸레버 형식의 구조모형 시험체를 제작하여 우각부 고정연결방법에 대한 성능과 최적연결시공법을 도출하기 위한 연구가 수행되었다. 실험결과, 개발된 고정연결장치는 형상과 연결방식에 상관없이 모두 안정적인 휨 거동을 나타내었다. 또한, 시험체는 파괴시까지 고정연결장치에 의해 연결된 원심성형 PSC 각형보와 상부슬래브가 일체 거동을 하는 것으로 나타나 고정연결장치의 성능이 매우 우수한 것으로 확인되었다. FEM 해석에 따른 우각부 해석모델의 거동은 재하실험과 비교하여 강성이 미소하게 나타났으나 전체적인 거동이 거의 유사하게 나타났다. 따라서, 본 연구에서 개발한 원심성형 각형보와 벽체간의 우각부 연결부를 시공함에 있어 구조적으로 문제가 없을 것으로 판단된다.

• 문화기술의 융합
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• 제8권6호
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• pp.685-691
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• 2022

본 연구의 대상구조물은 지하철 본선 직상부에 시공된 초고층 빌딩 하중을 지지하기 위해 설치한 전이구조체인 강합성 콘크리트 박스구조물(트랜스퍼 거더)로서 연구의 목적은 대상구조물에 발생된 균열의 원인을 분석하는 것이다. 본 연구에서는 강합성 콘크리트 구조물에 발생된 균열조사결과와 수치해석결과를 비교, 분석하여 강합성 콘크리트 구조물에 발생된 균열의 원인이 건조수축균열임을 해석적으로 입증하였다. 연구결과, 콘크리트 내부에 매립된 철골의 형상 및 수직보강재의 위치와 폐합 단면의 면적에 따라 외기온도에 따른 콘크리트와 강재간의 내부 온도차가 발생하는 것으로 나타났다. 수직보강재의 간격이 좁은 경우 넓은 단면에 비해 상대적으로 내부 온도의 집중도가 상승하여 외기와의 온도차가 크게 발생되는 것으로 나타났다. 또한 온도 및 온도에 따른 변형율이 크게 발생되는 위치와 현장균열조사 결과와 일치하는 것으로 분석되었다. 따라서 구조물 중앙부의 점검통로와 철골에 형성된 수직보강재 유무 및 간격에 따라 내부 온도 집중부가 형성되고 해당위치에서 강재에 의한 콘크리트의 온도신축거동이 구속되어 건조수축균열이 발생될 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구결과를 바탕으로 향후 강합성 콘크리트 구조물에 대한 유지관리 및 점검 시 건조수축에 의한 비구조적인 균열과 구조적인 균열을 구분하여 관리하는 것이 중요할 것으로 판단된다.

• 한국결정성장학회지
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• 제32권4호
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• pp.151-158
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• 2022

본 연구에서는 폐콘크리트 분쇄물의 탄산화 가능성 검토를 위해 폐콘크리트 분쇄물의 기초물성 측정 및 탄산화를 실시하였으며, 탄산화 시료의 CaCO₃ 생성량, 결정성 분석 및 미세구조를 관찰하였다. 폐콘크리트 분쇄물의 탄산화 전 CaCO₃ 함량은 14.51 %이었으며, 24시간 탄산화 시 CaCO₃ 함량은 28.52 %, 미분쇄 후 24시간 탄산화 시의 CaCO₃ 함량은 32.73 %이었다. 탄산화 시간에 따른 폐콘크리트 분쇄물의 탄산화는 초기 6시간까지 급격히 이루어졌으나, 12시간 이후 24시간까지의 탄산화는 서서히 진행되었다. 특히 12시간 이후 24시간까지의 CaCO₃ 생성량은 2.32 % 수준에 불과하였다. 폐콘크리트 탄산화 후 미세구조 관찰 시 calcite 형상의 CaCO₃ 결정을 발견할 수 있었으며, 또한 XRD 패턴에서도 동일 결정 피크를 검출할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 생성된 CaCO₃ 결정은 calcite라는 것을 확인할 수 있었다.