• 전산구조공학
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• 제10권2호
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• pp.5-12
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• 1997

최근 지진에서 발생한 건물의 손상을 살펴보면, 지진하중을 받는 건물의 3차원 거동에 의해서만 설명할 수 있는 경우가 많이 있다. 특히, 비대칭의 평면을 가지는 건물에서 발생하는 비틀림 거동은 2차원 모델로는 파악하기가 어렵기 때문에 구조물과 개별 부재의 3차원 거동을 보다 정확히 이해함으로써 구조물의 내진능력을 더 정확히 평가할 수 있다. 이를 위해서는 3차원 모델에 의한 비탄성 동적해석이 필요하게 된다. 현재, 전산기의 발달과 더불어 많은 자유도를 요구하는 3차원 구조물의 비탄성해석이 가능해지고, 구조부재의 비탄성거동에 관한 많은 실험으로 다양한 구조부재의 모델이 개발되어 지진에 대한 건물의 설계시 개인용 컴퓨터를 사용하여 이러한 3차원 비탄성 동적해석의 반영이 가능하게 되었다. 실제로 지진이 많이 발생하는 국가에서는 비탄성해석에 대해 많은 연구들이 진행되고 있으며, 일부 국가에서는 건물의 내진설계시 강진에 대한 비탄성해석을 요구하고 있다. 이 글에서는 삼성건설 기술연구소에서 도곡동 102고층 건물의 해석에 사용하였던 3차원 비탄성 동적해석 프로그램인 CANNY-E에 대하여 그 구성과 특징을 소개하고자 한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.29-39
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• 2016

본 연구에서는 경사지층에 설치된 앵커지지 흙막이 벽체의 거동분석에 있어서 2차원 및 3차원 유한요소해석을 이용하여 굴착심도(H), 굴착폭(L) 및 지반조건의 영향에 따른 수치해석방법의 정확성 및 적용성에 대하여 비교분석하였다. 폐합단면이 아닌 선형방향으로 설치된 흙막이 벽체의 굴착면을 따라서 지층의 변화가 급격한 구간에서 2개의 단면을 선정하여 2차원 유한요소해석을 수행하였으며, 이 2개의 단면을 포함하는 전체 구간의 3차원 유한요소해석을 수행하여 그 결과를 현장계측결과 및 탄소성해석결과와 비교분석하였다. 또한, 3차원 유한요소해석시 굴착심도(H)와 굴착폭(L)의 변화가 흙막이 벽체의 거동에 미치는 영향을 평가하기 위하여 굴착심도와 굴착폭을 변화시켜 해석을 수행하였다. 경사지층에 설치된 앵커지지 흙막이 벽체의 거동분석을 위한 2차원 및 3차원 유한요소 해석 결과, 굴착면을 따라서 길이방향 지반조건 변화의 영향을 3차원 수치해석을 통하여 확인할 수 있었으며, 2차원 해석과 3차원 해석은 지반조건 및 굴착심도에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다. 해석대상 지반이 암반이 지배적인 조건인 경우 2차원 및 3차원 수치해석 결과는 모두 실측값과 유사한 결과를 나타냈다. 그러나 암반에 비해 강성이 낮은 토사지반이 지배적인 조건에 있어서 일정심도(20m) 이상의 고심도 지반굴착에 따른 흙막이 벽체의 거동분석 시 2차원 해석결과와 3차원 해석결과는 큰 차이를 나타내고 있었다. 또한 굴착폭(L)의 변화에 따른 거동분석 결과, 보다 정확한 3차원 수치 해석을 위해서 굴착폭(L)의 해석영역을 일정범위(굴착심도의 2배) 이상으로 설정하는 것이 적합할 것으로 판단된다. 이와 같이 흙막이 벽체의 거동분석 및 안정성 검토시에는 지반의 기하학적인 비대칭성과 3차원 구조로 설치되는 흙막이 벽체 및 지보재의 특성을 고려한 3차원 수치해석 기법의 적용이 적절함을 알 수 있었다.

• 지질공학
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• 제6권3호
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• pp.111-118
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• 1996

터널이 굴진될 때 주변지반은 3차원적으로 거동하게 되나 설계단계에서의 해석은 일반적으로 2차원적으로 수향하고 있다. 2차원적인 터널해석은 응력분배법 또는 강송 변화법에 의하여 3차원적인 터널굴진에 따른 다양한 조건하에서의 정규화된 지반 변위곡선을 구하고 이 곡선과 유사한 곡선이 유도되도록 시행착오법에 의하여 2차원 해석을 실시하므로 3차원 해석과 근사한 변위곡선을 가지도록 막장거리별 응력분배비율을 결정하였다. 따라서, 시간과 노력이 많이 소요되는 3차원 해석없이도 적절한 응력분배비율을 적용하는 경우 2차원 해석으로 터널굴진시의 3차원적인 지반거동을 평가할 수 있게 되었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2009년도 정기 학술발표대회
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• pp.145.2-145.2
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• 2009

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.475-475
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• 2023

직경 5 mm 이하의 미세플라스틱은 인류 활동에 의해 생산되어 하수처리장 처리수, 우수토구, 도로 분진 등 다양한 경로를 통해 하천에 유입되고 있다. 하천에 유입된 미세플라스틱은 하천흐름을 따라 하류로 이동하여 해양환경에까지 이른다. 미세플라스틱은 수체를 따라 이동할 뿐 아니라 수생생물에 의해 섭식되기도 하여 인체 위해성이 우려되는 상황이다. 특히 서울과 경기도의 주요 상수원인 팔당호는 북한강, 남한강, 경안천이 유입되어 형성되기 때문에 미세플라스틱의 유입에 따른 이송-분산 거동 평가가 중요한 영역이다. 본 연구에서는 준3차원 입자추적기법을 이용한 미세플라스틱 거동해석 모형, MPT-Q3D를 개발하였으며 팔당호 내 미세플라스틱의 거동 특성을 분석하였다. MPT-Q3D 모형은 2차원 흐름해석모형과 연계한 입자의 준3차원 거동해석을 위해 step-by-step computation method를 적용하였으며, 전단류에 의한 입자의 수평거동과 난류확산에 및 침강속도에 의한 연직거동 두 단계 계산과정에 따라 입자의 거동을 해석했다. 전단류는 2차원 흐름해석결과로부터 유속의 연직분포식을 적용하여 생성하였으며, 생성된 전단류에 의해 각 연직층 별 유속이 계산되고 𝚫t 이후 입자의 종, 횡 방향 이동거리를 계산한다. 또한 난류확산에 의한 무작위적 거동 계산을 위해 Gaussian 분포를 따른 난수 생성을 통해 무작위적 거동을 계산했다. 각 연직층에 위치한 미세플라스틱 입자의 종, 횡 방향 거동을 계산한 후 입자의 연직거동을 계산한다. 입자의 연직 위치는 난류확산과 침강속도에 따라 계산되며 침강속도는 미세플라스틱의 밀도 및 직경에 따라 결정된다. 현장 샘플링 결과에 따라 팔당호로 유입되는 미세플라스틱은 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르(Polyester)가 있으므로, 세 종류의 미세플라스틱을 동시에 주입하여 팔당호 내 거동을 분석했다. 남한강, 북한강, 경안천의 유량 차이로 인해 팔당호로 유입되는 미세플라스틱은 대체로 남한강과 북한강의 흐름특성에 영향을 받았다. 경안천의 경우 유량이 낮아 팔당호로 유입되지 못하고 좌안을 따라 하류로 이동됐다. 남한강과 북한강에서 유입된 미세플라스틱은 주로 팔당호 내 소내섬을 거쳐 팔당댐 쪽으로 이동했다. 또한 팔당댐 인근에서는 PP, PE, Polyester 순으로 많은 양이 유입되는 결과가 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1741-1745
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• 2006

본 연구에서는 하천에 유입되는 오염물질 중 대부분을 차지하는 비보존성 오염물질의 확산거동을 예측하기 위해 2차원 수심평균된 이송분산방정식에 유한요소모형을 적용하였다. 수치모형 구성을 위해 Galerkin법을 이용한 가중잔차법을 사용하였으며, 복잡한 하천경계를 보다 정확히 재현할 수 있도록 삼각 및 사각요소망의 혼용이 가능하도록 하였다. 모의대상 수질인자는 BOD, DO, 질소화합물, 인화합물, 수온, pH 및 대장균군수이며, 이 가운데 BOD와 DO는 상호 쌍을 이루는 방정식을 풀어야 하는 특수한 형태이므로 별도로 취급하였다. 순간주입 및 연속주입에 의한 비보존성 오염물질의 확산거동을 모의하였으며, 시간에 따른 민감도를 분석하기 위해 보존성 오염물질의 확산거동과 비교하였다. 해석해를 이용해 순간주입된 오염물질의 오염운을 구하는 식을 유도하고 해석해와 본 연구에서 개발한 수치모형에 의한 수치해를 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.86-86
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• 2023

최근에 들어 환경보전과 지속가능한 하천관리의 중요성이 대두되고 있으며, 통합물관리에 있어 수리량과 수질을 연계한 통합 모니터링의 필요성이 커지고 있다. 수리량과 수질 분야에 대한 모니터링 기술은 지속적인 연구가 이루어져 왔으나, 각 분야의 개별적 연구로 인해 수리량과 수질을 통합하여 모니터링 하는 기술 개발은 미흡한 수준이다. 또한 수질 측정은 수질오염공정시험기준에 있는 채수 기준에 따라 채수하여 측정하고 있으며, 채수 지점은 하천의 수심별로 달리하여 정해진다. 수리 측정은 현장계측을 통한 2차원적 계측으로 진행하고 있어 수질 측정 시 채수지점과 수리 측정지점은 일치하지 않는다. 동일 지점에서의 수질과 수리량을 동시에 고려하고 있지 못한 모니터링은 본류와 지류의 혼합거동이 많은 국내 하천 특성을 반영하지 못한다. 또한 현재의 수질·수리 모니터링은 ADCP나 다항목수질측정기 같은 고가의 장비를 운영하며, 홍수기와 같은 고위험 계측 조건에서 인력을 통해 측정하고 있기에 고비용의 장비운영비와 인명 피해를 야기시키고 있다. 따라서 무인 원격 기술을 적용한 하천 모니터링 기술과 수질과 수리량의 데이터 연계를 통한 3차원 모니터링 기술의 확보는 하천관리에 있어 매우 필수적이다. 본 연구에서는 수중 무인 원격이동체인 ROV와 무인 원격이동체(USV)를 활용한 3차원 수질·수리 모니터링 기술 개발에 관한 연구를 수행하였다. 국내 하천 특성을 고려한 혼합거동을 분석하기 위해 ROV에 수중 GPS 장비와 수질센서를 부착시켜 수중 내 2차원으로 측정되는 수리량과 동일한 좌표를 가지는 수질자료를 계측하여 하천의 연직 분포와 수평적 분포를 통해 화학적 수리적 거동을 분석하여 하천의 3차원 혼합거동 양상을 판단할 수 있었다. 이와 같은 무인 원격이동체를 통한 3차원 수질·수리 모니터링 기술은 하천의 3차원 분석에서 수질·수리량 보간 자료로 활용 가능하며, 효율적인 모니터링을 통하여 하천 전반 및 통합물관리에 있어 크게 기여할 것이라 사료된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권1호
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• pp.17-28
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• 2002

터널의 막장부근에서는 하중전이가 복잡한 3차원적 거동특성을 나타낸다. 일반적으로 3차원 해석은 입력자료의 준비 및 결과 해석에 많은 노력을 요하며, 비선형 압밀해석을 수행하는 경우 컴퓨터 계산수요가 커지는 문제 때문에 실제설계는 2차원 해석법을 주로 사용하게 된다. 3차원적인 터널거동을 2차원적으로 모델링하기 위하여는 터널 굴진과정을 수치해석적으로 표현하기 위한 경험 파라미터가 요구되며, 해석결과는 이 파라미터 값에 따라 크게 변화하는 특성을 나타낸다. 특히 이 값의 평가는 주로 주관적이고 경험적인 판단에 의존하게 되므로 임의성이 커 해석의 신뢰성 문제를 야기할 수 있다. 특히 지반거동이 간극수 등 시간의존성 요인에 의해 영향을 받는 경우 이 파라미터를 평가하기는 더욱 어려워진다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 제안된 Time-based 2-D Modeling Method를 사용하여 지하수위가 높은 풍화화강토내 터널굴착 문제에 적용하였고 이를 분할 굴착에도 적용 가능하도록 확장하였다. 해석결과는 실측결과와 잘 일치하는 거동을 보였다. 이 방법을 이용하여 복합막장터널의 거동특성을 조사한 결과, 마제형 터널단면의 역학적 유익성이 확인되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1664-1668
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• 2008

팔당호는 수도권의 상수원수로서 매우 중요한 역할을 맡고 있다. 팔당호의 수도권 상수도 공급량은 전체 공급량에 32%를 차지하고 있으며, 현재 4개의 취수구에서 상수원수가 취수되고 있다. 취수장의 총 취수시설 용량은 $9.02{\times}10^6\;m^3/day$ 규모이고, 실제 취수되는 양은 약 $4{\times}10^6\;m^3/day$이다. 따라서 팔당호의 지속적인 수질관리 및 수질예측이 중요하다고 할 수 있다. 실제로 팔당호는 여러 가지 수질 문제를 안고 있다. 팔당호 상류의 인구가 증가하고 도시화되면서 유입되는 오염물질의 양이 증가하고 있으며 이런 상황에서 상수원수로서 필요한 수질을 확보하는 데에 어려움을 겪고 있다. 특히 집중호우 시 호수 및 하천에 발생하는 부유사 문제가 심각한 수준이다. 하천에서 부유사 문제는 수자원 이용뿐만 아니라 하천 생태계까지 피해를 미치게 된다. 따라서 부유사 거동에 대해 해석하는 모형개발에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 이렇듯 중요성과 문제성을 동시에 지니고 있는 팔당호의 수질을 예측, 관리를 위해 2차원 수질모델을 이용하여 부유물질 확산거동을 예측하고자 한다. 수로연장이 길고 수심이 깊은 댐이나 호수에서는 x-z방향으로 구획을 나누고 하천, 하구나 만에서는 수심보다 수평방향 면적이 넓기 때문에 x-y방향으로 구획을 나누는 것이 일반적이며, 팔당호의 경우 수리학적으로 큰 규모의 호수이기 때문에 이러한 2차원 모형을 이용하는 것이 적합하다. 본 연구에서는 2차원 수질 해석모델인 SED-2D를 이용하여 부유사 확산 거동에 대한 해석모델 개발을 연구하였다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제12권6호
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• pp.127-138
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• 1996

배수재가 설치된 연약지반의 현장거동은 3차원적인 특성을 나타낸다. 그러므로 보다 효율적인 2차원 평면변형률 수치모델을 이용하여 적절하게 해석하기 위해서는 현장지반의 3차원적인 흐름특성을 평면변형률 모델의 층류흐름으로 전환할 필요성이 있다. 본 논문에서는 배수재가 설치된 연약지반의 3차원적인 거동특성을 고려하기 위하여 등가의 효과적인 모델방법이 유한요소법에 적용되었다. 2차원 등가모델은 등가투수계수와 배수재의 강성토를 고려한 등가폭을 가진다. 제안된 등가모델을 검증하기 위하여 ABAQUS 프로그램을 이용한 3차원 압밀해석을 수행하였으며, 3차원 해석결과와 2차원 해석결과를 비교하였다. 제안된 등가모델을 적용한 2차원 평면변형률 수치해석방법은 현장지반의 3차원적인 거동특성을 비교적 정확히 예측할 수 있다.