• 한국지반공학회논문집
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• 제38권5호
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• pp.5-17
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• 2022

말뚝(pile)은 연약한 지반에 구조물을 설치하기 위하여 지중에 관입시키는 매개체로서, 특히 PHC말뚝은 설계기준강도 80MPa 이상의 고강도 콘크리트를 사용하여 제작하므로 압축력과 휨모멘트에 대한 저항성이 우수하다. 또한 강관 말뚝 대비 경제성에서 유리하며 공장에서 생산되므로 품질확보 및 관리가 용이하다. 하지만 PHC말뚝의 설계 시 지지력에 영향을 미치는 주면마찰력은 단순히 경험식 또는 N값 등을 이용한 추정치에 의한 설계가 이루어지고 있으며, 특히 최근 빈도수가 급증하고 있는 국내 지진에 대하여 PHC말뚝 주면부에 형성되는 지반과의 접촉면 동적거동에 관한 실험적 연구 사례는 미미한 실정이다. 또한 지반 내 지하수의 pH 값과 같은 지반환경적 요소 역시 고려되지 않고 있다. 본 연구에서는 지하수의 pH 값을 고려하여 산성, 중성, 염기성 용액에 1개월간 수침시킨 콘크리트 시료를 점토의 구성광물인 카올리나이트 시료와 접촉시키고, 반복 단순전단시험을 수행하였다. 반복 단순전단시험은 상재압 0.2MPa 및 0.4MPa에 대하여 각각 수행하였고 그 결과를 비교하였다. 또한 접촉면의 동적 거동을 합리적으로 표현하기 위하여 교란상태개념(Disturbed State Concept)을 도입하여 교란상태함수를 구성하는 매개변수를 도출하였다. 그 결과 염기성 수침시료에 대하여 접촉면의 교란도가 가장 급격히 증가하였고 구속압이 작을 경우 보다 작은 누적 전단변형률에서 조기에 접촉면이 파괴상태에 근접하는 결과를 나타내었다. 또한 이러한 경향을 정량적으로 표현하는 교란상태함수의 매개변수를 새로이 제시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.17-29
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• 2009

에너지 수요의 증가 및 에너지 탐사와 연관되어 해저 지반의 조사가 증가하고 있다. 해수면 2100m 해저 110m 아래에서 얻어진 압력 코어 시료의 메탄 하이드레이트 생산 시험 후 얻어진 사료를 이용하여 울릉 분지 심해토의 지반공학적 특성을 조사하였다. 기본 토성, 광물학적 특성, 화학 조성, 그리고 미세구조 관찰을 위하여 토성 실험, XRD, 그리고 SEM을 실시하였다. 또한, 멀티 센서 압밀셀을 이용하여 두 시료의 압축성, 전단파 및 전자기파 파악하였다. 강도특성은 직접전단실험 이용하여 산정되었다. 주요 광물로는 카오리나이트, 일라이트, 크로라이트(chlorite), 그리고 캘싸이트(calcite)가 관찰되었다. SEM 결과 잘 발달된 내 외부 간극 구조가 관찰되었다. 수직유효응력의 증가에 따라 전단파 속도, 전기비저항, 실수 유전율, 그리고 전기전도도는 이중선형 거동을 보였다. 직접전단실험으로 얻은 마찰각은 약 $21^{\circ}$로 선행연구와 비슷한 결과를 보였다. 본 연구는 가스 하이드레이트와 같은 에너지 자원의 개발 및 새로운 지반공학적 영역의 확보를 위하여 심해 퇴적토의 거동 이해의 중요성을 보여준다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제40권1호
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• pp.5-14
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• 2024

PHC 말뚝은 압축력 및 휨 모멘트에 대한 저항력이 우수하며, 공장에서의 생산으로 인해 품질 관리가 효율적으로 이루어진다. 이러한 장점으로 인해 다양한 토목 및 건축 현장에서 널리 활용되고 있지만, PHC 말뚝의 설계 과정에서 중요한 요소인 주면 마찰력은 주로 경험식이나 N 값 등의 추정치를 기반으로 하고 있다. 이에 대한 실험적 연구는 상대적으로 부족하며, 환경적 요소 중 하나인 pH 값과 지하수 또는 해수의 영향 역시 간과되는 경우가 많다. 본 연구에서는 진동기계 기초의 영향을 받는 PHC 말뚝 모델을 중심으로 다양한 pH 환경(산성, 중성, 염기성) 및 해수의 영향하에 한 달 동안 수침 후, 해당 PHC 말뚝-사질토의 접촉면에 대한 반복 단순 전단시험을 수행하였다. 이를 위해 교란 상태 개념(Disturbed State Concept)을 적용하여 접촉면의 동적 거동을 정량적으로 평가하였다. 연구 결과, 화학적 환경에 따른 동적 전단응력은 중성 > 산성 > 염기성 순으로 감소하였다. 또한, pH 영향을 받은 경우와 해수의 영향을 받은 경우를 비교했을 때, pH 영향을 받은 경우에 전단응력의 감소가 더 크게 나타났다.

• 농업과학연구
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• 제13권2호
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• pp.227-242
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• 1986

공학적(工學的) 성질(性質)이 복잡(複雜)한 화강암질풍화토(花崗岩質風化土)를 함수비(含水比) 및 밀도(密度)와 변형속도(變形速度) 등(等)을 달리하여 수침시(水浸時)와 비수침시(非水浸時)에 대한 전단시험(剪斷試驗)을 하고, 이들간의 상호관계(相互關係)가 전단강도(剪斷强度)에 미치는 영향(影響)을 비교(比較) 분석(分析)하여 다음과 같은 결론(結論)을 얻었다. 1. 함수비(含水比)가 증가(增加)하면 전단강도(剪斷强度)는 감소(減少)하여, A 시료(試料)는 함수비(含水比) 5~10%에서, B 시료(試料)는 함수비(含水比) 15~20%에서, 강도(强度)의 감소율(減少率)이 크게 나타났다. 2. 점착력(粘着力)과 내부마찰각(內部摩擦角)은 함수비(含水比)가 증가(增加)함에 따라서 감소(減少)하고 건조밀도(乾燥密度)가 증가(增加)함에 따라 증가(增加)하였다. 3. 수직응력(垂直應力)이 증가(增加)함에 따라 전단강도(剪斷强度)는 증가(增加)하였고, 체적변화(體積變化)는 대체(大體)로 감소(減少)(압축(壓縮))하는 경향(傾向)을 나타내었다. 또 변형속도(變形速度)가 증가(增加)할수록 전단강도(剪斷强度)는 대체(大體)로 증가(增加)하는 경향(傾向)을 나타내었다. 4. A시료(試料)는 밀도(密度)가 증가(增加)할수록 진행성파괴형태(進行性破壞形態)를 보이고 체적(體積)은 감소(減少)(압축(壓縮))하였으며, B시료(試料)는 초기(初期)에 파괴(破壞)되고 체적(體積)은 증가(增加)(팽창(膨脹))하는 경향(傾向)을 나타내었다. 5. 수침시(水浸時)의 전단강도(剪斷强度)는 비수침시(非水浸時)에 비(比)해서 감소(減少)하였고, 관계식(關係式)은 A시료(試料)에서는 ${\tau}_f=0.1009+1.026{{\tau}_f}^*$이고, B시료(試料)에서는 ${\tau}_f=0.1586+0.8005{{\tau}_f}^*$로 나타낼 수 있었다. 6. 내부마찰각(內部摩擦角)은 직접전단시험(直接剪斷試驗)에서 더 크게 나타났고, 유효응력경로(有效應力經路)는 거의 유사(類似)하게 나타났다.

• Composites Research
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• 제15권4호
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• pp.23-31
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• 2002

시편 게이지 면적($길이{\;}{\times}{\;}폭$)의 이차원 크기효과가 T300/924 $[45/-45/0/90]_3s$ 탄소섬유/에폭시 적층판의 압축거동에 대해 조사하였다. 개조된 압축시험치구(ICSTM)와 좌굴방지장치가 $30mm{\;}{\times}{\;}30mm,{\;}50mm{\;}{\times}{\;}50mm,{\;}70mm{\;}{\times}{\;}70mm,{\;}90mm{\;}{\times}{\;}90mm$의 게이지 길이와 폭을 가진 시편들의 압축시험에 사용하였다. 모든 경우의 파괴들은 시편 게이지 길이 내에서 주로 갑자기 발생하였다. 파괴 후 분석결과는 $0^{\circ}$층의 섬유의 미소좌굴에 의해 파괴를 시작하여 최종파괴를 일으키는 임계파괴기구일 것으로 생각되었다. 이것은 매트릭스 지배적인 파괴를 의미하며, 초기섬유굴곡에 따라 파괴가 지배적으로 시작된다는 것을 말한다 이것은 또한 제작공정과 품질이 압축강도를 결정하는 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다. 좌굴방지장치를 장착하고 시험할 때 장치의 볼트 조임 토크에 따라 시편과의 접촉마찰 등에 의해 실제 압축강도 보다 크게 나타나는 결과를 보였다. 좌굴방지장치의 영향을 유한요소법을 이용하여 해석한 결과 실제 압축강도 보다 7% 정도 크게 나타남을 확인하였다. 부가적으로 홀을 갖는 시편들의 압축시험도 수행되었다. 홀에 의한 국부응력집중이 적층판 강도에 지배적 요인이었다. 파괴강도는 홀 크기와 시편 폭이 증가할수록 감소하였으나 탄성응력집중계수로 예측된 값보다는 일반적으로 크게 나타났다. 이것은 사용된 복합재가 이상적인 취성재질이 아니라는 것을 의미하며 홀 주위에서 다소간의 응력이완이 발생한다고 볼 수 있다. X선 검사 사진분석에서 섬유좌굴과 층간분리형태의 손상이 파괴하중의 약 80%에서 홀 가장자리로부터 시작되었고 임계파괴크랙길이인 2-3mm의 불안정한 상태에 도달하기 전까지는 하중 증가와 더불어 안정되게 파괴가 진전되었다(시편의 기하학적 크기에 의존함). 이 손상과 파괴는 선형 cohesive zone 모델로 해석되었다. 노치없는 시편의 압축강도와 평면 파괴인성의 측정된 적층판 변수들을 사용하여 홀의 크기와 시편 폭의 함수로서 홀을 갖는 적층판의 압축강도를 성공적으로 예측하였다.

• Elastomers and Composites
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• 제45권4호
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• pp.263-271
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• 2010

간헐 CSR 측정법을 이용하여 FKM 오링의 노화 거동과 수명 예측에 관하여 연구하였다. Intermittent CSR 지그는 오링의 실제 사용환경을 고려하여 설계 제작하였다. 각 측정 조건에 따른 마찰 영향, 열 손실 영향 및 Mullins 효과에 의한 간헐 CSR의 응력 거동 변화를 관찰하였다. 오링의 노화 거동은 $60{\sim}160^{\circ}C$에서의 가속 노화 연구를 통하여 관찰하였다. 고온 영역($100{\sim}160^{\circ}C$)에서 오링은 선형 노화 거동을 나타내었으며, 아레니우스 관계를 만족시켰다. 이때의 활성화 에너지는 60.2 kJ/mol로 나타났다. 아레니우스 도식으로 부터, 오링의 예측 수명은 고장 조건 50%와 40%에 대하여 각각 43.3 년과 69.6 년으로 나타났다. 시간-온도 중첩 원리를 이용하여 $60^{\circ}C$에서의 노화 거동을 관찰하였으며, 실험 시간을 절약 할 수 있었다. $60{\sim}100^{\circ}C$의 저온 영역에서의 활성화 에너지는 48.3 kJ/mol로 감소하였다. WLF(William-Landel-Ferry) 도식을 통하여 FKM 오링은 $100^{\circ}C$ 이하에서 비선형 노화 거동을 나타내는 것을 확인하였다. 시간-온도 중첩 원리로부터, FKM 오링의 수명은 고장 조건 50%와 40%에 대하여 각각 19.1년과 25.2년으로 나타났다. 시간-온도 중첩 원리를 이용하여 예측한 오링의 수명이 아레니우스 관계에 의한 수명 보다 보수적인 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.515-527
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• 2014

본 연구에서는 국내 모래의 공학적 특성을 파악하기 위하여 표준사, 욕지사, 낙동강사를 이용하여 구속압 조건, $K_0$ 조건, 과압밀 조건, 상대밀도 조건을 다르게하여 삼축압축시험을 실시하였다. 삼축압축시험 결과, 변형률 ${\epsilon}_1$에 따른 축차응력 $\acute{q}$의 변화는 구속압 ${\sigma}_3$와 상대밀도 $D_r$이 클수록 크게 변화하였으나, $K_0$ 조건과 과압밀 조건변화와 크게 상관이 없었다. 모래의 최대 내부마찰각(${\phi}_{max}$)은 구속압이 클수록 입자간의 접촉력이 크게 되어 작아지는 경향을 나타내었고, $K_0$ 조건과 과압밀 조건에 따라서는 거의 변화가 없는 것으로 나타났으며, 상대밀도에 따라서는 상대밀도가 감소함에 따라 내부마찰각도 작아지는 경향을 나타내었다. 체적변형률(${\epsilon}_u$)은 구속압이 클수록 입자의 파쇄성과 입자간의 재배열에 의해 체적 팽창이 작게 나타났으며, $K_0$ 조건과 과압밀 조건에서는 조건에 상관없이 거의 같은 거동을 보였고, 상대밀도에 따라서는 상대밀도가 커질수록 초기에는 압축되다가 축변형률(${\epsilon}_1$)이 증가할수록 팽창하는 경향이 뚜렷하게 나타났다. 변형률 변화에 따른 탄성계수 $E_{sec}$는 변형률이 커질수록 차츰 수렴하는 경향을 나타내었고, 축차응력($\acute{q}$)-변형률(${\epsilon}_1$) 관계에서 초기할선 탄성계수($E_{ini}$)>할선 탄성계수($E_{sec}$)>접선 탄성계수($E_{tan}$) 순으로 탄성계수의 크기가 산정되었으며, 구속압 및 상대밀도가 증가함에 따라 탄성계수가 증가하는 경향을 보였고, $K_0$ 및 과압밀에 따라서는 거의 비슷한 탄성계수를 나타내었다. 접선 탄성계수에 의한 정규화에 대해서는 다양한 증가비로 증가하는 경향을 보였다. 한계상태선의 기울기 M은 구속압이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었고, $K_0$ 및 구속압, 상대밀도에 따라서는 동일선상에 표현되며, 상대밀도가 증가할수록 한계상태선의 기울기 M도 증가하는 경향을 보였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권7호
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• pp.37-47
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• 2017

본 연구에서는 강관매입말뚝의 하중-침하 및 전단응력 전이 특성을 분석하기 위하여 시험시공 및 수치해석을 수행하였다. 동재하시험 및 정재하시험을 수행한 결과 EOID 및 Restrike 시험을 통해 평가된 말뚝의 설계지지력은 정재하시험에서 평가된 설계 지지력에 비해 각각 약 56~105% 및 65~121%의 범위를 보였으며, 말뚝재하시험 이전에 수행된 Class-A type 수치해석의 경우 38~142%의 범위를 보였다. 또한 Restrike 시험에서 평가된 설계지지력은 EOID 시험의 설계지지력에 비해 12~60% 증가된 것으로 평가되었다. EOID에서는 선단지지력이 크게 측정되는 데 비해, Restrike 시험에서는 주면마찰력이 크게 측정되었는데 Restrike 시험의 타격에너지가 충분하지 않은 경우 말뚝의 선단지지력이 과소평가될 가능성이 있는 것으로 분석되었다. 본 연구의 분석에 의하면 동재하시험을 통해 말뚝의 지지력을 합리적으로 평가하기 위해서는 주면지지력은 Restrike 시험 결과를, 선단지지력은 EOID 시험 결과를 적용하는 것이 합리적인 것을 알 수 있었다. 정재하시험 실측값과 수치해석으로부터 예측된 하중-침하 관계는 탄성범위까지는 어느 정도 유사하지만 항복이 발생한 이후의 거동은 크게 벗어났다. 즉 실측값은 항복 이후 경화현상이 거의 없이 마치 탄성-완전소성(elastic-perfectly plastic) 재료와 유사하게 파괴에 도달되는 반면에, 수치해석에서는 변형경화(strain hardening)과정을 거치면서 파괴에 점진적으로 도달되는 경향을 보였다. 말뚝의 하중-침하 특성은 지반의 강성에 영향을 받으며, 축력분포는 지반의 전단 강도상수에 영향을 받는 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.213-220
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• 2015

본 논문에서는 CFT 구조의 강관과 내부 충전 콘크리트 간 복합거동을 유한요소해석 시 적절하게 반영하기 위해 강관과 콘크리트 간 부착 슬립관계 묘사를 위한 알고리즘을 제시하였다. 내부 충전 콘크리트에 축방향 하중 발생 시, 강관과 콘크리트 간 마찰로 인해 강관으로 하중이 전달되며, 이에 따른 강관 슬립량과 힘의 평형관계를 통해 등가강성을 통해 부착관계를 파악할 수 있다. 실제 원형 CFT 부재의 부착응력 실험을 통해 측정된 수직 및 수평 방향 응력 분포 결과와 제안된 해석 기법을 통해 산정된 응력 분포의 비교를 통해 제안된 해석 기법의 타당성을 검증하였다. 또한 비선형 유한요소해석 시 강관과 콘크리트의 부착 거동 묘사에 따라 CFT 기둥의 거동 특성에 영향을 미치게 되므로 축방향 하중이 작용하는 CFT 부재 실험 결과와 제안된 부착-슬립 모델을 반영한 유한요소해석 결과의 하중-변위 곡선 관계 비교를 통해 제안된 기법의 적합성을 검증하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권3호
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• pp.217-228
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• 2017

본 연구에서는 고강도강재를 적용한 비대칭 하이브리드 합성보의 휨성능을 실물대 실험을 통하여 평가하였다. 합성보의 웨브와 상부플랜지에는 일반강재(SM400, SM490)를 적용하고 하부플랜지는 상부플랜지에 비해 상대적으로 크게 제작하여 비대칭 단면으로 적용한 후 일반강재(SM520) 및 고강도강재(SM570, HSA800)를 각각 적용하였다. 본 연구의 주요 목적은 비대칭 하이브리드 합성보의 휨성능 평가 및 설계지침의 개발이다. 실험결과 하부플랜지에 일반강재를 적용한 실험체의 경우 $Dp/Dt{\leq}0.15$를 만족시킬 시 우수한 휨강도와 연성능력을 발현하는 것을 확인하였다. 반면 하부플랜지에 고강도강재가 적용된 실험체의 경우 휨내력의 증가로 인한 슬래브의 수평전단력 증가가 예상치 못한 슬래브 종방향 전단파괴를 발생시켜 소성강도에 도달하지 못하였다. 따라서 고강도강재를 적용한 비대칭 하이브리드 합성보의 경우 설계단계에서 슬래브 수평전단강도 확보가 필수적이다.