• Structural Engineering and Mechanics
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• 제42권6호
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• pp.815-829
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• 2012

This paper proposes a nonlinear computational modeling approach for the behaviors of structural systems subjected to fire. The proposed modeling approach consists of fire dynamics analysis, nonlinear transient-heat transfer analysis for predicting thermal distributions, and thermomechanical analysis for structural behaviors. For concretes, transient heat formulations are written considering temperature dependent heat conduction and specific heat capacity and included within the thermomechanical analyses. Also, temperature dependent stress-strain behaviors including compression hardening and tension softening effects are implemented within the analyses. The proposed modeling technique for transient heat and thermomechanical analyses is first validated with experimental data of reinforced concrete (RC) beams subjected to high temperatures, and then applied to a bridge model. The bridge model is generated to simulate the fire incident occurred by a gas truck on April 29, 2007 in Oakland California, USA. From the simulation, not only temperature distributions and deformations of the bridge can be found, but critical locations and time frame where collapse occurs can be predicted. The analytical results from the simulation are qualitatively compared with the real incident and show good agreements.

• Computers and Concrete
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• 제33권5호
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• pp.509-518
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• 2024

In this study, we investigated the effect of shear-key placement on the performance of grouted connections in offshore wind-turbine structures. Considering the challenges of height control during installation, we designed and analyzed three grouted connection configurations. We compared the crack patterns and strain distribution in the shear keys under axial loading. The results indicate that the misalignment of shear keys significantly influences the ultimate load capacity of grouted connections. Notably, when the shear keys were positioned facing each other, the ultimate load decreased by approximately 15%, accompanied by the propagation of irregular cracks in the upper shear keys. Furthermore, the model with 50% misalignment in the shear-key placement exhibited the highest ultimate strength, indicating a more efficient load resistance than the reference model. This indicates that tensile-load-induced cracking and the formation of compressive struts in opposite directions significantly affect the structural integrity of grouted connections. These results demonstrate the importance of considering buckling effects in the design of grouted connections, particularly given the thin and slender nature of the inner sleeves. This study provides valuable insights into the design and analysis of offshore wind-turbine structures, highlighting the need for refined design formulas that account for shifts in shear-key placement and their structural implications.

• Advances in concrete construction
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• 제16권5호
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• pp.243-254
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• 2023

Microtubules in the cell are influenced by internal and external stimulation and play an important part in conveying protein substances and in carrying out medications to the intended targets. Waves are produced during these functions and in order to control the biological cell functions, it is important to know the wave velocities of microtubules. Owing to cylindrical shell shaped and mechanically elastic and orthotropic, cylindrical shell model based on gradient elasticity theory has been used. Wave velocities of the protein microtubule are carried out by considering Love's thin shell theory and Navier solution. Also the effect of size parameter and other variables on the results are investigated.

• 콘크리트학회논문집
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• 제13권6호
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• pp.610-618
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• 2001

본 논문에서는 동탄성계수와 정탄성계수 및 압축강도의 상관관계를 양생온도, 재령, 시멘트의 종류에 따라 살펴보고 그 거동을 정확하게 모델링하는 모델식을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 충격공진법을 이용하여 공진주파수를 측정하여 동탄성계수를 계산하고 일축압축실험을 통하여 정탄성계수와 압축강도를 구하였다. 시멘트는 1종과 5종 포틀랜드 시멘트를, 물-시멘트비는 0.40과 0.50을, 양생온도는 10, 23, 5$0^{\circ}C$를 선택하여 실험을 수행하였다. 동탄성계수와 정탄성계수의 상관관계는 시멘트의 종류와 재령에 큰 영향을 받지 않았다. 그러나, 양생온도의 변화에 따라 동탄성계수와 정탄성계수의 상관관계는 변화하여 두 값의 비가 온도가 증가함에 따라 1에 가깝게 접근하였다. 초기현탄성계수와 동탄성계수의 비는 정탄성계수와 동탄성계수의 비보다 좀 더 1에 가까웠다. 압축강도와 동탄성계수의 상관관계는 동탄성계수와 정탄성계수의 상관관계와 같이 시멘트의 종류와 재령에는 큰 영향을 받지 않았지만 양생온도에 따라서는 그 상관관계가 변하였다. 제시된 동탄성계수와 정탄성계수 및 압축강도의 상관관계식들은 이러한 시멘트의 종류와 온도에 따른 상관관계의 변화를 잘 모델링하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.91-99
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• 2017

본 논문은 폴리머 모르타르로 보수된 철근콘크리트 보의 휨거동을 실험적 해석적으로 분석한 결과를 제시한다. 실험적 연구에서는 보수위치, 모르타르 재령을 실험변수로 고려하여 제작된 13개의 보에 대한 3점 휨실험이 실시되었다. 인장측 및 압축측을 보수한 실험체들의 파괴는 모르타르와 콘크리트의 계면에서 발생하지 않았으며, 폴리머 모르타르의 인장변형률이 극한변형률을 초과하는 순간 발생하였다. 압축측을 보강한 실험체들은 기준실험체의 최대하중과 유사하였다. 그들의 연성지수는 기준실험체보다 훨씬 컸다. 인장측을 보수한 실험체는 매우 취성적으로 파괴되었으며, 연성지수가 크게 감소하였다. 폴리머 모르타르로 보수된 철근콘크리트의 보의 휨거동을 예측하기 위해 Opensees을 사용한 재료비선형 해석을 진행하였다. 해석 모델을 단순화하기 위해 2차원 골조요소를 적용하였으며, 재료 비선형성을 고려하기 위해 파이버 모델을 적용하였다. 해석결과는 비선형 구조해석은 압축측 보수 실험체의 휨거동을 적절하게 예측하나, 인장측 휨거동는 다소 과대 평가하는 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.93-103
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• 2006

격납건물은 원자로 사고발생시 방사능물질의 외부 유출을 막는 최후의 방벽이므로 가동 중 원전의 격납건물에 대한 안전성평가는 반드시 수행되어야 된다. 이러한 맥락에서 이 논문은 원전 격납건물의 비선형해석을 위해 탄소성 모델을 바탕으로 개발된 8절점 가변형도 쉘 요소와 이를 이용한 구조물의 비선형해석에 대하여 기술하였다. 비선형해석을 위해 콘크리트의 압축거동에 Drucker-Prager 파괴기준을 적용하였고 파괴포락선의 형상을 결정짓는 재료매개변수는 이축응력 실험으로부터 도출하였다. 개발된 쉘 유한요소는 퇴화 고체기법과 횡 전단변형도를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin(RM)가정을 도입하였고 쉘의 두께가 얇거나, 즉 종횡비가 작거나, 균일하지 않은 유한요소망을 사용할 경우 구조물의 강성이 과대하게 평가되는 묶임현상(locking phenomenon)을 제거하기 위해 본 논문에서는 가변형도법을 도입하였다. 개발된 철근콘크리트 쉘 요소의 성능검증을 위해서 벤치마크 테스트를 수행하였고 그 결과 이 논문에서 도출한 유한요소해석 결과는 실험결과와 잘 일치 하였다

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.413-420
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• 2011

휨 보강근의 종류 및 조합, 섬유 혼입을 변수로 하는 고강도 콘크리트 보의 구조 실험 결과를 균열 모멘트, 극한 모멘트, 처짐 등에 대해 각종 설계기준 및 가이드라인, 여러 연구자들에 의한 예측식과 비교 검토하였다. 섬유를 혼입하지 않은 FRP 보강근 보강 보의 극한 모멘트 이론값은 실험값을 과소평가하였다. 강섬유가 혼입된 FRP 보강근보강보에 대한 ACI 544.4R, Campione의 모델은 섬유 보강 콘크리트의 증가된 극한 압축 변형률을 고려하지 않고 있어 극한 모멘트를 부정확하게 예측하였다. 섬유가 혼입되지 않은 부재에 대해 Bischoff의 처짐 모델은 섬유가 혼입되지 않은 부재들의 사용 하중 하에서의 처짐을 정확하게 예측한 반면, ACI 440 위원회 모델은 사용 하중 하에서의 처짐을 비보수적으로 예측하였다. 이질 보강근이 동시에 적용된 부재에 대해 Bischoff 모델과는 달리 ACI 440 위원회의 처짐 모델은 직접적인 적용이 불가능하기 때문에 ACI 440 위원회 식을 이용하여 이질 보강근이 동시에 적용된 부재의 처짐을 예측하는 방법을 제안하였다. 또한 철근과 FRP 보강근이 동시에 보강된 보에서 철근이 항복한 이후의 처짐을 예측할 수 있는 방법을 제안하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.403-414
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• 1994

본 연구에서는 철근콘크리트 격납구조물에서 가상의 냉각재 유출사고에 의한 온도하중과 압력에 따른 거동을 알아보기 위한 비선형 해석을 수행하였다. 시간에 따른 온도하중을 결정하기 위하여 과도온도해석을 통해 격납구조물 단면내의 온도분포를 구하였다. 구조물은 기하학적 비선형성과 재료비선형성을 고려한 쉘요소로 이상화되며, 쉘요소는 두께방향에 따라 변하는 응력을 고려하기 위해 몇 개의 층으로 이루어진 모델을 사용하였다. 본 연구에서는 재료비선형성을 고려하기위해 콘크리트의 압축거동은 Drucker-Prager 항복규준에 의해 모델링하며 부착효과를 고려한 콘크리트의 인장거동을 나타내기 위해 인장증강모델을 사용하였다. 철근은 축방향력만을 받는 분포 철근층으로 모델링하였으며 steel liner는 Von Mises 항복규준에 따라 모델링하였다. 열응력은 인접한 두시간 단계에서의 온도차를 하중증가로 고려하여 초기변형 문제로 변환하여 결정되었다. 본 연구에서의 수치해석결과에 의하면 과도온도해석에 근거한 비선형온도경사를 고려할때의 응력이 고려하지 않을때의 응력에 비해 크게 나타남을 알 수 있었다. 본 연구는 우리나라에서 많이 건설되고 있는 원자력발전소의 정확하고 진보적인 해석을 위하여 비선형해석 기법을 유도하여 제시하였으며, 특히 온도분포의 비선형성과 재료비선형을 고려한 고급 유한요소해석을 가능케하고 있다.

• 한국철도학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.270-280
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• 2014

이 연구에서는 연속철근 콘크리트궤도에서의 균열의 원인과 균열 발생에 미치는 주요 영향인자를 파악해 보고자 경부고속철도 콘크리트궤도 구간에서 균열 발생 현황과 발생 패턴을 조사하고, 연속철근 콘크리트궤도의 구조를 감안한 2차원 비선형 유한요소해석모델을 이용하여 슬래브 상부와 기층 하부의 온도차와 콘크리트 수축에 의한 연속철근 콘크리트궤도(CRCT)에서의 균열 발생 패턴을 예측하였다. 연구 결과에 따르면 온도차와 콘크리트 건조수축에 의해 침목과 슬래브(TCL) 경계부 및 침목하부에서 균열이 발달할 것으로 예상되고, 이는 현장 조사에서 발생한 균열의 발생 위치와 일치한다. 또한 온도차에 대해서는 열팽창계수가, 콘크리트 수축에 대해서는 건조수축 변형율이 상대적으로 큰 영향을 미치는 것으로 나타났고, 침목이 TCL에 매립되어 있어서 균열 간격이 반드시 철근비에 비례하지 않을 수 있으므로 이러한 CRCT의 구조적 특성을 감안하여 철근비를 정할 필요가 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권4D호
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• pp.485-492
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• 2008

본 논문에서는 차량의 주행속도가 아스팔트 포장의 변형률 거동에 미치는 영향을 알아보기 위하여 현장시험을 실시하고 그 결과를 3차원 유한요소해석과 비교, 분석하였다. 한국도로공사 시험도로에서 기층의 두께가 다른 세 단면(A2, A5, A8)을 선정하고, 각 단면별로 세 가지의 주행속도(25, 50, 80km/hr)에 대한 종, 횡방향 변형률을 측정하였다. ABAQUS를 이용한 수치해석에서는 시험차량인 덤프트럭(단축-탠덤축)의 축하중을 단계하중(step loading)으로 모사하였으며, 시험도로 아스팔트 혼합물에 대한 선형 점탄성 물성 계수(E(t))를 적용하여 보다 현실적인 거동해석을 실시하였다. 주어진 시험 조건에서 아스팔트 층 하부에서 측정한 종, 횡방향 변형률의 차이(이방성)는 모든 단면에서 목격되었고, 수치해석결과 차량의 주행속도가 증가함에 따라 임계 지점에서 발생하는 최대 변형률의 크기는 감소하는 것으로 예측되었다. 또한, 최대변형률의 크기도 횡방향 변형률이 종방향 변형률에 비하여 약 27% 정도 작았으며, 차량의 속도가 증가함에 따라 최대 변형률의 감소폭도 횡방향이 약간 큰 것으로 나타났다.