• 대한토목학회논문집
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• 제35권1호
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• pp.1-8
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• 2015

신재생 에너지 개발에 대한 사회적 요구가 증가하면서 경제성 및 기술 성숙도가 높은 풍력발전이 많은 관심을 받고 있다. 대규모 에너지 생산을 위해 풍력 터빈의 대형화와 해상풍력 단지 개발에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며, 운영 및 관리(O&M, Operation and Management) 측면에서의 구조적 안전성 평가 및 유지관리의 중요성 또한 지속적으로 증가하고 있다. 안전성 평가를 위한 여러 항목 중 터빈 상부 즉, 허브 높이에서의 변위는 구조물의 강성에 의해 지배되는 직접적인 지표로, 구조물의 건전상태를 쉽게 평가할 수 있는 지표라 할 수 있다. 그러나 풍력 터빈과 같은 대형 구조물의 변위 측정은 장비의 한계로 직접적으로 측정하기에는 많은 어려움이 따른다. 따라서 이 연구에서는 (1) 경사와 가속도의 동적 계측응답 자료를 융합하여 간접적으로 변위를 추정하는 방법을 제안하고, (2) 제안된 방법을 제원이 공개되어 있는 NREL 5 MW급 풍력 터빈에 적용하여 경사계의 수, 경사계의 잡음 수준 및 계측 주파수에 따른 변위 추정의 정확도를 평가하였으며, 실제 변위 측정을 위한 매개변수 연구를 수행하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권2A호
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• pp.123-130
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• 2012

증기를 발생시켜 터빈(turbine)을 회전시키는 화력 및 원자력 발전 계통에서 냉각시설은 필수적인 구조물이며, 냉각수 순환 계통은 일반적으로 해수를 취수하여 발전소 내의 복수기까지 유입시켜 증기와 열 교환 후 다시 외해로 배출시키는 형태를 취하고 있다. 최근 냉각수 취 배수 방식을 표층 취 배수 방식이 아닌 심층 취 배수 방식으로 변경하고 있는데, 기존 원전의 재순환 온도에 대한 영향을 최소화 하고, 온배수 방류시 밀도차로 인한 부력으로 온배수 혼합효과를 높여 온배수에 의한 환경피해 범위를 최소화하기 위해서이다. 특히, 하절기에 저층의 저온 냉각수를 취수할 수 있다는 이점 때문에 향후 계획되는 발전소들도 심층 취 배수 방식을 도입할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 원자력 발전소의 냉각시설 중 심층 취 배수 구조물의 입구 주변을 3차원 전산유체역학 코드인 $FLOW-3D^{(R)}$로 모사하여 그 흐름특성을 분석하였다. 취수구(intake)의 경우 연직취수 조건에서 유속 덮개(Velocity cap), 배수구(diffuser)의 경우 방류수의 분사방향에 변화를 주어 모의하였으며, 그 결과 취수구의 경우 유속덮개에 의한 연직 유속성분의 현저한 감소로 인한 어류 유입영향을 최소화할 수 있을 것으로 판단되며, 배수구 희석효과는 Jirka 및 Harleman이 제시한 2차원 온배수 프룸(frume)과 잘 일치 하는 것으로 나타났다.

• 한국건설관리학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.28-38
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• 2020

최근 건설구조물의 대형화, 고층화로 인해 고소작업이 증가하며 떨어짐 사고(이하 사고)가 증가하고 있다. 근로자의 불안전한 행동이 산업재해의 주요 원인으로 밝혀지며, 불안전한 행동 예측 및 관리의 필요성이 제기되었다. 이 연구는 건설 현장에서 근로자의 불안전한 행동과 사고의 관계를 확률로 제시하여 불안전한 행동의 개선 효과를 산출하는 것을 목적으로 수행되었다. 재해사례를 분석하여 근로자의 불안전한 행동을 도출하고, 설문조사를 통하여 불안전한 행동으로 인한 사고의 발생 확률(이하 사고 확률)을 산출하였다. 사건수 분석 기법(Event Tree Analysis; ETA)을 활용하여 불안전한 행동의 조합에 따른 최종 사고 확률과 개선 효과를 확인하였다. 불안전한 행동별 사고 확률은 음주 후 작업 수행(95.41%)이 가장 높았고, 장비 및 기계 활용(65.70%)이 가장 낮았다. 불안전한 행동의 조합에 따른 사고 확률은 불안전한 행동을 모두 수행한 경우(13.23%)가 가장 높았고, 불안전한 행동을 수행하지 않은 경우(0.00%)가 가장 낮았다.

• 국제초고층학회논문집
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• 제1권1호
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• pp.37-51
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• 2012

New generation of tall and complex buildings systems are now introduced that are reflective of the latest development in materials, design, sustainability, construction, and IT technologies. While the complexity in design is being overcome by the availability and advances in structural analysis tools and readily advanced software, the design of these buildings are still reliant on minimum code requirements that yet to be validated in full scale. The involvement of the author in the design and construction planning of Burj Khalifa since its inception until its completion prompted the author to conceptually develop an extensive survey and real-time structural health monitoring program to validate all the fundamental assumptions mad for the design and construction planning of the tower. The Burj Khalifa Project is the tallest structure ever built by man; the tower is 828 meters tall and comprises of 162 floors above grade and 3 basement levels. Early integration of aerodynamic shaping and wind engineering played a major role in the architectural massing and design of this multi-use tower, where mitigating and taming the dynamic wind effects was one of the most important design criteria established at the onset of the project design. Understanding the structural and foundation system behaviors of the tower are the key fundamental drivers for the development and execution of a state-of-the-art survey and structural health monitoring (SHM) programs. Therefore, the focus of this paper is to discuss the execution of the survey and real-time structural health monitoring programs to confirm the structural behavioral response of the tower during construction stage and during its service life; the monitoring programs included 1) monitoring the tower's foundation system, 2) monitoring the foundation settlement, 3) measuring the strains of the tower vertical elements, 4) measuring the wall and column vertical shortening due to elastic, shrinkage and creep effects, 5) measuring the lateral displacement of the tower under its own gravity loads (including asymmetrical effects) resulting from immediate elastic and long term creep effects, 6) measuring the building lateral movements and dynamic characteristic in real time during construction, 7) measuring the building displacements, accelerations, dynamic characteristics, and structural behavior in real time under building permanent conditions, 8) and monitoring the Pinnacle dynamic behavior and fatigue characteristics. This extensive SHM program has resulted in extensive insight into the structural response of the tower, allowed control the construction process, allowed for the evaluation of the structural response in effective and immediate manner and it allowed for immediate correlation between the measured and the predicted behavior. The survey and SHM programs developed for Burj Khalifa will with no doubt pioneer the use of new survey techniques and the execution of new SHM program concepts as part of the fundamental design of building structures. Moreover, this survey and SHM programs will be benchmarked as a model for the development of future generation of SHM programs for all critical and essential facilities, however, but with much improved devices and technologies, which are now being considered by the author for another tall and complex building development, that is presently under construction.

• Steel and Composite Structures
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• 제6권6호
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• pp.459-477
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• 2006

A theoretical research project is undertaken to develop integrated analysis and design tools for long span composite beams in modern high-rise buildings, and it aims to develop non-linear finite element models for practical design of composite beams. As the first paper in the series, this paper presents the development study as well as the calibration exercise of the proposed finite element models for simply supported composite beams. Other practical issues such as continuous composite beams, the provision of web openings for passage of building services, the partial continuity offered by the connections to columns as well as the behaviour of both unprotected and protected composite beams under fires will be reported separately. In this paper, details of the finite elements and the material models for both steel and reinforced concrete are first described, and finite element studies of composite beams with full details of test data are then presented. It should be noted that in the proposed finite element models, both steel beams and concrete slabs are modelled with two dimensional plane stress elements whose widths are assigned to be equal to the widths of concrete flanges, and the flange widths and the web thicknesses of steel beams as appropriate. Moreover, each shear connector is modelled with one horizontal spring and one vertical spring to simulate its longitudinal shear and pull-out actions based on measured load-slippage curves of push-out tests of shear connectors. The numerical results are then carefully analyzed and compared with the corresponding test results in terms of load mid-span deflection curves as well as load end-slippage curves. Other deformation characteristics of the composite beams such as stress and strain distributions across the composite cross-sections as well as distributions of shear forces and slippages in shear connectors along the beam spans are also examined in details. It is shown that the numerical results of the composite beams compare well with the test data in terms of various load-deformation characteristics along the entire deformation ranges. Hence, the proposed analysis and design tools are considered to be simple and yet effective for composite beams with practical geometrical dimensions and arrangements. Structural engineers are strongly encouraged to employ the models in their practical work to exploit the full advantages offered by composite construction.

• 한국해양학회지
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• 제29권3호
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• pp.217-227
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• 1994

한반도 서부대륙붕은 북동.남서방향의 불연속적인 사퇴가 잘 발달되어 있다. 사 퇴의 규모는 높이 3~21 m, 파장 3.1~6.8 km, 길이 9~64 km이며 경사도는 0.5이다. 이러한 사퇴들은 해수면상승에 따른 수심변화와 조류의 세기변화로 인하여 형성되고 변형 되어지는 것으로 해석된다. 사퇴의 특징은 다음과 같다. (1)사퇴의 발달이 조류 방향과 대체로 일치하는 북동-남서방향으로 발달하고 있다. (2) 사퇴의 내부는 3.5kHz 탄성파단면도와 주상퇴적물에 의해 두 개의 층(sequence)으로 구분된다. 상부층은 내 부 반사면이 없는 확산(prolonged type)된 음향상이 나타나며, 균질(massive)의 세립 사(Mx, 2-3$\psi$)로 구성되어 있다. 그 하부층은 수평내부반사(parallel internal reflector) 음향상이 나타나며, 엽리구조(kaminated structure)가 발달한 사질니 또는 니질사(Mz, 5-7$\psi$)로 구성되어 있다. 수평한 내부반사면은 사퇴의 양쪽 경사면에서 절 단(truncation)된 모습을 보이고 있다. (3) 비대칭형(asymmetrical type)의 모래파가 사퇴를 덮고 있다. 모래파의 급경사면이 사퇴의 서측은 동북동, 동측은 서남서방향을 향하고 있다. 반면, 사퇴의 정부는 대칭형(symmetrical type)의 모래파가 분포한다. 이러한 특징을 가진 사퇴의 기원은 하부퇴적층이 강한 조류에 의해 침식(scouring)되 어 등성이와 같은 지형을 형성하고, 침식되고 남은 조립질의 잔류퇴적물이 등성이의 상부를 피복하여 형성된 것으로 해석된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권4호
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• pp.1993-1999
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• 2013

강합성 구조는 교량의 상하부 구조, 풍력 타워, 건축물의 기둥 등의 많은 분야에서 연구되어지고 있다. 강합성 구조의 가장 큰 특징은 강재와 콘크리트를 합성시킴으로서 두 요소의 단점을 극복하여 더욱 우수한 성능을 발휘하게 한다. 강합성 구조에서 강재와 콘크리트가 합성거동을 하지 않을 경우에 성능의 향상을 기대하기 어렵기 때문에 반드시 합성구조화 시켜야 한다. 교량의 상부구조에서는 강합성 보를 합성 거동시키기 위하여 다양한 방법의 합성방법을 제시하였으나 내부 구속 중공 RC 기둥이나 내부 구속 중공 CFT 기둥과 같은 새롭게 제안된 강합성 부재의 경우에는 거의 연구가 되지 않은 실정이다. 이러한 강합성 부재는 내 외부와 콘크리트가 합성되지 않을 경우, 두 재료간 슬립이 발생하여 설계 성능보다 성능이 감소할 가능성이 매우 크기 때문에 반드시 콘크리트와 강재가 일체 거동을 할 수 있도록 합성 방법을 제시하여 주어야 한다. 본 연구에서는 전단 연결재를 위의 기둥들에 적용하는 방안을 마련하기 위하여 전단 연결재의 실험적 거동 특성을 분석을 통해 추후에 전단 연결재 설계법 제시를 위한 기초 자료를 구축하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.67-73
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• 2017

최근 초고층 빌딩과 같은 대형 구조물의 증가로 인하여 기초의 허용 지지력 확보를 위한 대구경 말뚝의 수요가 급속히 증가하고 있다. 이 연구에서는 기성 대구경 PHC말뚝의 전단성능을 향상시키기 위하여 속채움 콘크리트와 전단철근을 사용하여 대구경 합성 PHC말뚝을 제작하였다. 제작된 시험체는 KS규격의 전단강도 시험방법에 따라 수행하였고 변위제어 방법으로 진행하였다. 전단시험을 통하여 F 시험체는 휨균열과 경사균열이 발생한 이후 급작스런 수평균열이 발생하였으나, FT 시험체는 수평균열의 발생 없이 말뚝의 전 지간에 걸쳐 휨균열과 전단 경사균열이 일정 패턴으로 발생하였다. 또한, 대구경 합성 PHC말뚝의 최대하중은 PHC말뚝과 비교할 경우, F 시험체의 경우 2.9배, FT 시험체의 경우 3.3배 이상으로 크게 향상된 것을 확인하였다. FT 시험체의 높은 전단 저항 능력은 전단철근의 배근으로 인하여 대구경 합성 PHC 말뚝이 우수한 합성거동을 하였고, 발생한 전단균열의 성장을 효과적으로 제어하였기 때문인 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권1호
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• pp.9-18
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• 2016

고층빌딩이나 해양 라이저와 같은 세장 구조물은 구조시스템의 동적 불안정의 주요 원인인 와류유기진동(vortex-induced vibration, VIV)에 의한 동하중에 매우 취약하다. 와류유기진동이 라이저의 고유진동수 영역에서 발생하는 경우 Lock-in현상으로 피로파괴의 우려가 있다. 본 논문에서는 Lock-in 영역에서 구조물과 유동의 동적거동에 대한 수치해석을 다루었으며, 유동조건 변화에도 불구하고 공진 주파수가 유지되는 현상에 대해 분석하였으며, 유입유동에 대해 수직방향으로 자유진동하는 1자유도의 2차원 원형실린더 단면에 대한 비정상 층류를 가정하였다. 각 시간 단계에서 물체의 움직임을 고려하여 유동장 격자를 재생성하며 비정상 유동과 물체의 운동에 대한 지배방정식을 순차적으로 수치해석하여 유체-구조 연성해석을 수행하였다. 결과는 선행연구와 잘 일치함을 보여주었고, Lock-in 현상에 대한 특성을 잘 나타내었다. Lock-in 영역에서는 양력뿐만 아니라 항력도 크게 증가함을 보여주었으며, 실린더의 수직변위는 직경의 20%까지 이름을 나타내었다. 양력과 수직변위의 상관분석을 통해 실린더가 Lock-in 영역에서 양력과 수직변위의 위상차가 동기로부터 반동기로 천이함을 확인하였으며, 이러한 변화가 Lock-in 영역에서 나타나는 공진거동의 원인이 되는 것으로 판된되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.195-204
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• 2012

신구 콘크리트 접합부에서는 굽힌 후 편 철근을 이용한 이음이 발생한다. 철근의 굽힘과 펴는 과정에는 필연적으로 소성 변형이 발생하며, 이 과정에서 가공 경화, 바우싱거 효과, 시효 경화 현상이 발생된다. 이 연구에서는 강종, 지름, 굽힘 내면 반지름, 굽힌 후 펴기까지의 존치기간을 변수로 굽힌 후 편 철근의 인장에 대한 기계적 성질을 조사하였다. 연구 결과, 굽힌 후 편 철근은 비례한계점이 낮아지는 비선형성이 직선 철근에 비해 일찍 발생되었으며, 항복마루 없이 바로 변형경화가 발생하였다. 이것은 굽힘 가공에서 압축을 받은 부분의 바우싱거 효과에 의해 항복점이 낮아졌고, 굽힘 가공에서 인장을 받은 부분의 가공 경화에 의해 항복마루가 없어졌기 때문이다. 높은 강종일수록 항복강도의 저하가 크게 발생되었으며, SD400 철근의 항복강도는 설계기준강도보다 낮았다. 철근은 표면부의 강도가 내부보다 높기 때문에, 높은 강종일수록 굽힌 후 펴면 바우싱거 효과가 크게 발생된다. 굽힌 후 펴기까지의 존치기간이 길면 시효 경화에 의해 항복강도의 상승과 연성의 저하가 발생되었다. Ramberg-Osgood 모델을 기본 형태로 실험 자료를 회귀분석하여 항복강도와 존치기간을 고려한 굽힌 후 편 철근의 응력-변형률 관계를 구성하였다. 이 모델은 굽힌 후 편 철근이 사용된 접합부의 강성 평가에 활용될 수 있다.