• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권6호
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• pp.333-342
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• 2022

경험식에 기반한 폭발 해석방법은 폭압-시간 이력곡선을 하중으로 적용하여 해석하는 방법이다. 이 방법은 모델링이 간단하고 해석시간이 짧아 효율적이지만, 일부 연구에 따르면 근거리 폭발 해석에는 적합하지 않음이 보고되고 있다. 본 연구에서는 예로써 환산거리 0.4~1.0의 근거리 폭발조건에 있는 RC 보에 대해 해석방법에 따른 결과의 차이 및 원인을 분석하였고, 이를 통해 경험식 방법을 이용한 해석의 적용 범위를 구체적으로 검토 및 확인할 수 있었다. 사용된 유한요소해석 프로그램은 LS-DYNA이다. 해석결과에 따르면, 원거리 폭발 실험 데이터를 근거로 하는 경험식 해석방법은 충격량을 과소평가하고 있었다. 이로 인해 RC 보의 처짐은 측정된 처짐 또는 ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian) 해석결과에 비해 작게 계산되었다. 구조체의 응답이 크게 나타나는 근거리 폭발에 대해서는 ALE 해석방법을 사용하는 것이 더 적합할 것으로 사료된다.

• Computers and Concrete
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• 제31권4호
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• pp.337-348
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• 2023

Shear wall is commonly used as a lateral force resisting system of concrete mid-rise and high-rise buildings, but it brings challenges in providing relatively large space throughout the building height. For this reason, the structure system where the upper structure with bearing, non-bearing and/or shear walls that sits on top of a transfer plate system supported by widely spaced columns at the lower stories is preferred in some regions, particularly in low to moderate seismic regions in Asia. A thick reinforced concrete (RC) plate has often been used as a transfer system, along with RC transfer girders; however, the RC plate becomes very thick for tall buildings. Applying the post-tensioning (PT) technique to RC plates can effectively reduce the thickness and reinforcement as an economical design method. Currently, a simplified model is used for numerical modeling of PT transfer plate, which does not consider the interaction of the plate and the upper structure. To observe the actual behavior of PT transfer plate under seismic loads, it is necessary to model whole parts of the structure and tendons to precisely include the interaction and the secondary effect of PT tendons in the results. This research evaluated the seismic behavior of shear wall-type residential buildings with PT transfer plates for the condition that PT tendons are included or excluded in the modeling. Three-dimensional finite element models were developed, which includes prestressing tendon elements, and response spectrum analyses were carried out to evaluate seismic forces. Two buildings with flat-shape and L-shape plans were considered, and design forces of shear walls and transfer columns for a system with and without PT tendons were compared. The results showed that, in some cases, excluding PT tendons from the model leads to an unrealistic estimation of the demands for shear walls sit on transfer plate and transfer columns due to excluding the secondary effect of PT tendons. Based on the results, generally, the secondary effect reduces shear force demand and axial-flexural demands of transfer columns but increases the shear force demand of shear walls. The results of this study suggested that, in addition to the effect of PT on the resistance of transfer plate, it is necessary to include PT tendons in the modeling to consider its effect on force demand.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권5호
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• pp.577-585
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• 2023

횡비틀림 좌굴은 가설 중 붕괴 사고 등의 안전사고를 유발할 수 있기 때문에 설계단계에서 좌굴에 대한 정확한 안전성 검토가 이루어져야 한다. 횡비틀림 좌굴을 방지하기 위한 방안으로 단부 보강을 통해 거더의 뒤틀림 강도 증가시키거나 크로스 프레임 설치를 통해 비지지길이를 감소하는 방법 등이 있다. 크로스 프레임은 바닥판 합성 이후 구조적 역할이 적은 반면 재료비와 설치비에 따른 인건비 비중이 매우 크며, 용접부의 피로 균열로 인해 유지관리 성능을 감소시키는 요인으로 작용할 수 있다. 콘크리트 충전 반원기둥보강재를 통한 단부 보강 공법은 반원기둥 형태의 보강재를 통해 플레이트 거더의 단부를 보강하는 공법으로 거더 자체의 뒤틀림 강성을 증가시켜 횡비틀림 좌굴 강도를 증가시킨다. 이 연구에서는 콘크리트 충전 반원기둥보강재가 적용된 플레이트 거더의 뒤틀림 강도 증가로 인한 횡비틀림 좌굴 강도의 영향을 검토하기 위하여 설계식에 의한 결과와 유한요소해석의 결과를 비교하였고 실물재하실험을 통해 검증하였다. 설계식은 경계조건의 구속과 관련된 유효길이계수를 적용하고 있는 Eurocode의 설계식을 사용하였으며 결과를 검증하기 위하여다양한 단면의 유한요소해석을 수행하였다. 이후 횡방향 하중을 통해 뒤틀림을 받는 거더의 실물재하실험을 수행하여 콘크리트 충전 반원기둥보강재의 성능을 확인하였다. 그 결과 CFHPS가 적용된 플레이트 거더는 기존 판형 보강재가 적용된 플레이트 거더와 비교하여 뒤틀림 강도가 증가하였으며 그로 인해 횡비틀림 좌굴 강도가 증가하는 것으로 확인되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제32권1호
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• pp.111-123
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• 2023

The slope of an open cut tunnel is located above the exit of the Leijia tunnel on the Changgan high-speed railway. During the excavation of the open cut tunnel foundation pit, the slope slipped twice, a large landslide of 92500 m³ formed. The landslide body and unstable slope body not only caused the foundation pit of the open cut tunnel to be buried and the anchor piles to be damaged but also directly threatened the operational safety of the later high-speed railway. Therefore, to study the stability change in the slope of the open cut tunnel under heavy rain and excavation conditions, a 3D numerical calculation model of the slope is carried out by Midas GTS software, the deformation mechanism is analyzed, anti-sliding measures are proposed, and the effectiveness of the anti-sliding measures is analyzed according to the field monitoring results. The results show that when rainfall occurs, rainwater collects in the open cut tunnel area, resulting in a transient saturation zone on the slope on the right side of the open cut tunnel, which reduces the shear strength of the slope soil; the excavation at the slope toe reduces the anti-sliding capacity of the slope toe. Under the combined action of excavation and rainfall, when the soil above the top of the anchor pile is excavated, two potential sliding surfaces are bounded by the top of the excavation area, and the shear outlet is located at the top of the anchor pile. After the excavation of the open cut tunnel, the potential sliding surface is mainly concentrated at the lower part of the downhill area, and the shear outlet moves down to the bottom of the open cut tunnel. Based on the deformation characteristics and the failure mechanism of the landslides, comprehensive control measures, including interim emergency mitigation measures and long-term mitigation measures, are proposed. The field monitoring results further verify the accuracy of the anti-sliding mechanism analysis and the effectiveness of anti-sliding measures.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제22권2호
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• pp.71-83
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• 2023

해안구조물의 기능 유지를 위해서 침하량을 예측하는 것은 매우 중요하다. 이를 위한 방법으로는 유한요소해석법이나 실물 및 모형실험 등을 들 수 있지만, 이는 비용과 시간이 많이 소요된다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구는 케이슨식 안벽구조물의 침하량을 간편하게 예측할 수 있는 간편식 제안을 목적으로 연구가 진행되었다. 연구 진행 과정은 속도의 PSI(Power Spectrum Intensity)를 산정 후, 기존 중력식 방파제의 간편식에 대입하여 구조물의 침하량을 구한다. 이를 수치해석을 통해 얻은 구조물의 침하량과 비교 분석하여 기존 간편식 침하량과 수치해석 침하량 간의 오차가 다소 큰 것을 확인하였고, 이는 기존 간편식의 경우 배후지반에 대해 고려할 수 없었기 때문임을 확인하였다. 따라서 본 연구는 안벽구조물의 배후지반에 대한 보정계수를 제안함으로써 케이슨식 안벽구조물의 침하량을 구할 수 있는 간편식을 나타내었다. 수치해석 침하량과 비교하였을 때, 이 간편식은 케이슨식 안벽 침하량을 산정하는데에 충분한 정밀도를 가지고 있다고 판단하였다. 또한 시간과 비용이 부족한 상황에서 내진성에 취약한 시설을 간편하게 추출할 수 있으며, 스크리닝 기법으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권9호
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• pp.45-59
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• 2006

탄소성 구성방정식은 주로 미분방적식(rate equation)으로 이루어져 있기 때문에 유한요소법 등을 이용한 지반구조물 해석시 미분방정식들에 대한 수치적분을 수행할 수 있는 방법이 필요하다. 구조물의 거동을 해석할시 미분방정식들을 위한 적분방법은 해석결과의 정확성과 유한요소법 모델링의 안전성에 큰 영향을 미치고 있다. 본 논문에서는 최근에 개발되어 사용되고 있는 흙에 관한 구성모델인 "Two-surface soil plasticity model (Manzari and Dafalias 1997)"을 Implicit return-mapping 수치적분방법을 이용하여 실행하는 과정을 제시한다. 본 연구에서 사용된 수치적분방법은 Closest-Point-Projection Method(CPPM) 방법으로 탄성 예측자-소성 교정자(elastic predictor-plastic corrector) 개념을 Implicit Backward Euler방법으로 체계화 시킨 알고리듬이다. 본 연구에서 수행한 "Two-surface soil plasticity model"은 조립토의 비선형거동을 해석하며, Bounding surface 개념 및 비선형 등방경화와 이동경화법칙을 사용하는 모델이다. 본 연구는 CPPM 방법이 정확하고 안정되며 유용한 수치적분을 수행할 수 있는 알고리듬이라는 것을 제시한다. 또한, CPPM 알고리듬은 구성방정식의 해를 반복적으로 해석하는 동안 "Consistent tangent operator $d{\sigma}/d{\varepsilon}$"를 제공하므로, 비선형 유한요소 해석이 2차(quadratic convergence rate)의 수렴 조건을 만족하는데 기여한다는 것을 보여준다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권6호
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• pp.97-102
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• 2007

토사사면의 안정성 해석에는 한계평형법이 널리 사용되고 있으나 절리가 발달한 암반사면의 파괴는 절리의 방향성과 파괴특성이 동시에 고려되어야 한다. 본 연구에서는 불연속면의 특성을 나타내는 인자와 암반사면의 형상 인자 등의 변화에 따른 결과를 분석하여, 범용 유한요소프로그램을 이용한 절리암반사면 안정해석의 타당성을 검증해 보고자 한다. 우선 흐름 법칙에 따른 차이를 비교하였으며, 인자효과 연구를 수행하였다. 독립변수로는 불연속면의 역학적 특성을 나타내는 절리면의 경사각과 점착력, 마찰각, 사면형상을 나타내는 암반사면의 경사와 높이 그리고 상재하중을 선택하였다. 그리고 종속변수로서 사면 아래에서 1/3 지점에서의 수평변위를 수치 해석하여 인자효과의 상대적인 크기를 비교해 보았다. 인자효과 연구를 통하여 각 인자에 대한 수평변위의 결과가 다양한 공학적 특성을 만족하여 절리암반사면의 안정해석에 응용이 가능함을 증명하였다. 암반사면의 설계 시 실제 지반조사와 실내실험 결과적용과 비선형성을 고려한 모델링이 가능하며, 강우와 같은 자연재해와 시공 중에 일어날 수 있는 응력변화 또한 표현할 수 있다. 또한, 유한요소해석을 통해 복잡한 암반구성조건과 지반 보강의 효과도 고려할 수 있으므로 절취경사, 보강 등에 대한 공학적인 결정시에 매우 유용할 것으로 사료된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제36권2호
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• pp.113-120
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• 2023

본 논문에서는 LS-DYNA를 활용한 원자력발전소 설치 로드블록 차량 시뮬레이션 방법을 소개한다. 차량 강습 위협이 원자력 발전소의 설계기준위협으로 포함된 이후로 차량 강습을 대비하기 위한 차량 방벽(Anti-ram barrier)의 성능 평가 소요가 커지고 있다. 차량 방벽은 일반적으로 충돌 실험을 통하여 성능을 인증 받는다. 하지만 국내에서는 차량 방벽에 대한 성능 시험 시설이 마련되어 있지 않아, 시뮬레이션을 통한 차량 방벽 성능 검증이 필요하다. LS-DYNA는 충돌 시뮬레이션에 특화되어 있으며, NCAC를 비롯한 여러 기관에서 충돌 시험과의 타당성 검증을 완료한 수치 모델을 배포하고 있다. 본 논문에서는 로드블록의 가장 핵심적인 차량 차단막 모듈의 FE 모델을 구축하여 충돌 시뮬레이션을 수행하였다. 계산된 결과는 NCHRP 179의 차량 안전 시설 충돌 시뮬레이션 검증 기준을 준용하여 검증하였다. 그 결과 모래시계 에너지(hourglass energy)가 총 에너지의 5%를 넘지 않고 내부 에너지의 10%를 넘지 않는 것을 확인하였으며, added mass가 1% 미만으로 기준인 10%를 넘지 않는 것을 확인하였다. 향후 FE 모델을 활용하여 물리적 방벽의 성능을 평가하여 데이터 베이스를 구축할 예정이다.

• Composites Research
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• 제20권4호
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• pp.31-41
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• 2007

시스템 요구 조건에 따른 다양한 돔 형상 설계를 위하여 외부 하중이 고려된 돔 형상 설계 식이 제시되었고, 동일 원통부와 보스 오프닝을 가지면서 다른 돔 형상을 갖는 압력 용기의 성능(파열압력*내부용적/복합재무게) 변화를 유한요소해석을 통하여 평가하였다. 해석 결과는 돔 형상이 낮아질수록 파열 압력이 저하되어 압력 용기 성능이 저하됨을 나타내었다. 특히 원통부 반경과 보스 오프닝간의 비를 나타내는 보스 오프닝 크기 비율(${\rho}\;o$)이 큰 경우는 돔 형상이 낮아짐에 따라 복합재 무게 증가율이 크게 나타남으로서 압력 용기 성능 저하의 원인이 되었고, 파열 압력 상승을 위하여 돔 부위에 추가적인 보강설계가 요구되었다. 예를 들어 ${\rho}\;o=0.35$ 이하의 돔인 경우, 돔 형상 변화가 크지 않음으로서 돔 형상 변화에 따른 압력 용기 성능 변화도 크지 않은 것으로 나타난 반면, ${\rho}\;o=0.54$ 이상의 압력 용기인 경우 낮은 돔으로 변화됨에 따라 파열 압력 감소와 복합재 무게 증가로 압력 용기 성능 저하가 비교적 크게 나타나서 압력 용기 내부 용적 증가나 스커트와 돔간의 공간 확보가 우선인 설계 조건을 제외하고는 낮은 돔 형상 설계가 바람직하지 않은 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제19권1호
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• pp.29-35
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• 2006

첨단 전자무기체계의 지속적인 발전으로 인하여 현대전의 승패는 적 레이더 탐지의 회피에 크게 좌우된다고 할 수 있다. 반사되는 레이더의 탐지신호를 최소화시키기 위한 다양한 연구가 수행되어 왔는데, 본 연구에서는 뛰어난 기계적, 전자기적 물성으로 응용분야가 지속적으로 확대되고 있는 섬유강화 복합재료를 이용하여 레이더 전자파 흡수체(Radar absorbing structure, RAS)를 제작하고 레이더 단면적(Radar cross section, RCS)을 평가하였다 유리섬유 복합재에 뛰어난 유전적 특성을 지닌 나노 크기의 카본블랙(Carbon-black)을 첨가하여 흡수층을 구성하고, 반사특성이 탁월한 탄소섬유 복합재를 후면의 반사층으로 배치하여 "C" 및 "U" 형상의 하이브리드 복합재 RAS 겔을 제작하였다. RAS 쉘의 제작간 서로 다른 두 재료의 열적물성치 차이로 스프링 백이라 불리는 변형이 발생하였는데, 금형의 굽힘각도 제어를 통하여 효과적으로 보정할 수 있었다. 또한 상용 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여 스프링 백 보정 결과를 예측하고 실험결과와 비교하였다. 제작된 RAS쉘의 RCS는 근사적 계산기법인 물리광학법을 이용하여 예측하고 컴팩트 레인지(Compact range)를 이용하여 측정한 실힘결과와 비교하였다 두가지 형상의 RCS 모두 측정결과와 예측된 RCS 값이 일치하며 우수한 레이더 전자파 흡수 특성을 지닌 것을 확인하였다.