• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제1권3호
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• pp.41-48
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• 2010

본 논문에서는 폭발하중으로 발생하는 폭풍파의 충격하중과 폭풍파로 초래된 파편의 충돌하중을 동시에 받는 철근 콘크리트 벽체 구조물의 비선형 충돌 손상거동 해석이 수행된다. 이를 위해 먼저 가상 폭발사고 시나리오로부터 철근 콘크리트 구조물에 충격과 충돌 하중이 복합적으로 작용하는 경우를 선정한다. 폭발하중으로 인한 구조물의 저항성능을 확보하기 방안으로는 복합신소재를 보강하는 경우가 고려되고, 복합신소재를 보강하지 않은 철근 콘크리트 벽체 구조물과 보강성능을 비교하여 제시한다. 또한, 막대한 시설과 비용 투자가 요구되는 폭발실험과 근접한 해석을 도출하기 위하여 실제 충격과 충돌 현상을 정확하게 묘사한 구성방정식과 상태방정식을 포함시킨 정교한 해석을 수행한다. 폭발하중과 같은 순간적인 동적 문제를 해석하기 위하여 외연적 고속충돌 해석 프로그램인 AUTODYN-3D을 활용하여 두 가지 대상구조물에 대한 수치 모의실험을 수행하고 복합신소재로 보강된 철근 콘크리트 벽체 구조물의 보강성능을 입증한다.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제4권1호
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• pp.25-32
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• 2013

In real world applications, the response of structures may be dependent on the rate of loading and thus can be affected by transient loading, especially when the rate of loading is significant. In such situations, the rate of loading may become a major issue to understand structures during earthquake excitation or under blast or high velocity impact. In some cases, the rate effect on structures under strong earthquake excitation cannot be ignored when attempting to understand inelastic behavior of structures. Many researchers developed the constitutive theories in cyclic plasticity and viscoplasticity. In this study, numerical simulation by cyclic visocoplasticity models is introduced and analyzed. Finally, the analytical results are compared with experimental results as a means to evaluate and verify the model.

• Advances in concrete construction
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• 제1권4호
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• pp.289-304
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• 2013

A reliable concrete constitutive material model is critical for an accurate numerical analysis simulation of reinforced concrete structures under extreme dynamic loadings including impact or blast. However, the formulation of concrete material model is challenging and entails numerous input parameters that must be obtained through experimentation. This paper presents a damage scale analytical model to characterize concrete material for its pre- and post-peak behavior. To formulate the damage scale model, statistical regression and finite element analysis models were developed leveraging twenty existing experimental data sets on concrete compressive strength. Subsequently, the proposed damage scale analytical model was implemented in the finite element analysis simulation of a reinforced concrete pier subjected to vehicle impact loading and the response were compared to available field test data to validate its accuracy. Field test and FEA results were in good agreement. The proposed analytical model was able to reliably predict the concrete behavior including its post-peak softening in the descending branch of the stress-strain curve. The proposed model also resulted in drastic reduction of number of input parameters required for LS-DYNA concrete material models.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권5A호
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• pp.565-575
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• 2009

최근, 테러 및 전쟁과 관련된 폭발사고가 빈번히 발생하고 있으며, 특히 도심지에서는 이러한 폭발사고로 인해 인명피해 뿐 아니라 주요 시설물에도 큰 손상이 가해져 제2차, 3차의 피해가 발생하게 된다. 폭발사고에 대하여 인명 및 시설물을 안전하게 보호하기 위해서는 기본적으로 구조물에 가해지는 폭발하중 효과에 대한 이해가 필요하다. 폭발하중은 매우 빠른 시간 내에 콘크리트 구조물에 큰 압력으로 작용하는 하중이므로 변형률 속도와 구조물의 국부적인 손상을 고려하여 동적응답을 평가해야 한다. 일반적으로, 콘크리트는 다른 건설재료에 비해 상대적으로 높은 폭발저항성을 가진 재료이지만, 일반강도 콘크리트는 충격 및 폭발하중에 대하여 충분한 저항성능을 가지지 않는다. 그러므로 방호설계에서는 고에너지 흡수력과 높은 파괴저항성을 지니는 새로운 재료의 개발이 필요하다. 본 논문에서는 최근 활발하게 연구 중인 초고강도 콘크리트(UHSC)와 Reactive Powder Concrete(RPC)에 대한 방폭성능을 평가하고자 한다. UHSC와 RPC는 강도 및 성능향상, 부재의 치수 및 중량 감소, 내진저항성 향상과 같은 장점들로 인해 초고층건물 및 초장대교량에서 사용되어지고 있다. 또한 UHSC와 RPC는 9.11테러와 같은 테러 및 충격하중에 의한 사회주요시설물의 방호설계에 적용할 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 폭발하중에 대한 UHSC 및 RPC 구조물의 거동을 파악하기 위하여 $1.0m{\times}1.0m{\times}150mm$의 슬래브 구조물 시편을 제작하여 폭발실험을 수행하였으며, 폭발파의 특성 뿐만 아니라 최대 및 잔류 변위와 철근과 콘크리트 표면에서 변형률을 측정하여 구조물의 거동을 분석하였다. 또한 손상 및 파괴모드를 각 시편별로 측정하였다. 본 실험을 통해 UHSC 및 RPC가 일반강도콘크리트에 비해 폭발저항성이 높은 것으로 분석되었다.

• Computers and Concrete
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• 제9권1호
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• pp.21-33
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• 2012

This paper presents the numerical simulation of the rigid 12.6 mm diameter kinetic energy ogive-nosed projectile impact on plain and fiber reinforced concrete (FRC) targets with compressive strengths from 45 to 235 MPa, using a three-dimensional finite element code LS-DYNA. A combined dynamic constitutive model, describing the compressive and tensile damage of concrete, is implemented. A modified Johnson_Holmquist_Cook (MJHC) constitutive relationship and damage model are incorporated to simulate the concrete behavior under compression. A tensile damage model is added to the MJHC model to analyze the dynamic fracture behavior of concrete in tension, due to blast loading. As a consequence, the impact damage in targets made of plain and fiber reinforced concrete with same matrix material under same impact velocities (650 m/s) are obtained. Moreover, the damage distribution of concrete after penetration is procured to compare with the experimental results. Numerical simulations provide a reasonable prediction on concrete damage in both compression and tension.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.147-154
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• 2014

충격 및 폭발하중으로 인한 위험으로부터 구조물의 안정성을 확보하기 위한 필요성의 증대에 따라 고율변형을 받는 콘크리트의 거동은 중요한 연구주제가 되었다. 콘크리트의 고율변형 거동은 정적인 상태와는 다른 독특한 거동을 보이기 때문에 다양한 고율변형모델들이 제안되어 고율변형 상태를 수치해석하는데 사용되고 있다. 이러한 수치해석 과정에서 발생하는 문제가 요소의 크기에 따라 수치해석결과가 크게 변하는 요소의존성 문제이다. 본 논문에서는 파괴에너지이론에 기초하여 요소의존성을 최소화할 수 있는 기준식을 제안하고 HJC(Holmquist Johnson Cook)모델을 이용한 관통수치해석을 통해 기준식을 검증하였다. 그 결과 기준식을 통해 산정된 파괴변형률을 수치해석상에 적용해줌으로써 해석결과의 요소의존성이 감소하였고 해의 정확성 또한 향상되는 것을 파악할 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.715-722
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• 2014

본 논문에서는 철근콘크리트 코어 구조물의 내부폭발 효과를 폭발이나 충격해석에 특화되어 있는 하이드로코드인 Ansys Autodyn을 이용하여 조사하였다. 내부폭발의 경우 폭발하중의 반사효과로 인해 더욱 큰 파괴를 일으킬 수 있다. 그러므로, 본 논문에서는 UFC 3-340-02 를 사용하여 내부 폭발현상을 입증하였다. 추가적으로 Autodyn을 사용한 해석에 관하여 UFC에서 예제로 제시하는 폭발하중의 반사에 관한 실험 결과를 비교하여 Autodyn이 내부폭발 효과를 해석하는데 적합함을 증명하였다. 나아가, 초고층빌딩에서 가장 중요한 부분 중의 하나의 코어 구조의 붕괴메커니즘을 Autodyn을 사용하여 해석하였다. 내부폭발이 코어에 충격을 가할 때, 코어는 모서리와 폭발 정면 부분이 대부분 피해를 입었다. 그러므로, 코어 벽체가 피해를 입게 된다면 코어 구조물의 연쇄붕괴가 발생할 수 있다.

• 대한조선학회논문집
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• 제35권1호
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• pp.72-79
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• 1998

탄소성 보구조물의 정적 변형은 하중의 크기가 소성붕괴력 $F_c$ 보다 작게 될 때만 적용된다. 그러나 충격이나 폭발 상황에서 소성 붕괴력을 넘는 하중을 받는 보 구조물은 정적인 탄소성 변형과 다른 응답특성을 보이게 된다. 본 논문에서는 간단한 구조 모델로서 강-완전 소성 외팔보를 도입하여 소성 붕괴력보다 큰 하중 ($F>F_c$)이 작용하였을 때 구조물의 응답특성을 연구하였다. 계단 하중(step loading)이 가해졌을 경우에 보의 운동을 무차원하여 계산하고 이 결과를 사각형파 하중(rectangular force pulse)이 가해지는 경우에도 이용하여 해석하였다. 해석 수행 결과 무차원화된 힘을 나타내는 파라메타인 $f{\equiv}F/F_c$의 함수로서 보의 변위를 나타낼 수 있음을 확인하였다.

• Computers and Concrete
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• 제6권5호
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• pp.377-390
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• 2009

In this paper an improved one-dimensional frame element for modelling of reinforced concrete beams and columns subjected to impact is presented. The model is developed in the framework of a flexibility fibre element formulation that ignores the shear effect at material level. However, a simple shear cap is introduced at section level to take account of possible shear failure. The effect of strain rate at the fibre level is taken into account by using the dynamic increase factor (DIF) concept for steel and concrete. The capability of the formulation for estimating the element response history is demonstrated by some numerical examples and it is shown that the developed 1D element has the potential to be used for dynamic analysis of large framed structures subjected to impact of air blast and rigid objects.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.55-62
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• 2015

공공시설물의 대형화 및 도심지로의 인구 밀집화에 따라 충돌 또는 폭발과 같은 하중조건 하에서의 구조물 방호성능의 중요성이 대두되고 있다. 그러나 구조물의 방호설계 및 시공에 있어서 필수적이라 할 수 있는 구조 재료 또는 자재에 대한 방호성능 평가기준은 현재 정립되어 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 구조용 자재의 내충격 성능평가 기준 개발 연구의 일환으로 가스건을 사용한 발사체 충격 파괴시험을 콘크리트 시험체에서 수행함과 동시에, 다양한 접촉식 계측 센서의 적용 가능성을 확인하고자 하였다. 또한, 충격 파괴시험을 통해 일반 콘크리트 및 강섬유가 보강된 초고성능콘크리트의 파괴모드 및 방호성능에 대한 평가를 수행하였다. 실험 수행 결과, 접촉식 계측센서 중 LVDT 변위계의 적용 가능성을 확인하였으며, UHPC의 경우 혼입된 보강섬유의 효과로 인해 일반 콘크리트에 비해 우수한 방호성능을 보여주었다.