• 대한토목학회논문집
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• 제28권4A호
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• pp.537-548
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• 2008

최근 들어 비부착 강선을 이용한 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 건설이 증가하고 있다. 그러나 극한거동 해석 시 단면 적합조건을 이용하는 내부 부착 강선과는 다르게 비부착 강선은 부재의 전체거동에 의해서 응력 증가량이 결정된다. 또한 외부 강선의 경우에는 편향부에서의 미끌림 효과와 강선의 편심 변화 효과 등이 발생하게 된다. 따라서 본 연구는 비부착 강선을 가지는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 보의 거동 특성을 평가하고 비부착 강선의 극한 응력을 구하기 위하여 지간길이/유효깊이, 콘크리트 압축강도, 철근비 및 기존 부착강선의 영향 등을 변수로 하여 정적 휨실험을 수행하여 비부착 강선 부재의 휨거동 특성을 얻었다. 실험결과에 의하면 균열하중, 철근 항복 하중 및 파괴하중의 경우, 콘크리트 강도보다는 철근비의 영향이 더 크게 나타났으며, 강도 측면에서는 고강도의 경우가 저강도의 경우보다 약간은 구조 성능이 우수하나, 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 또한 L/dp 값이 커질수록 훨씬 더 긴 구간의 연성 거동이 있는 것으로 나타났다. 이는 철근 항복 이후 비부착 강선의 기여가 상당히 크다는 것을 알 수 있었으며, ACI-318에서 제시하고 있는 비부착 강선의 극한 응력식은 실험 결과와 잘 일치하지 않으며, 경향성도 없는 것으로 나타났다. 실험결과 들을 분석하여 미끌림 현상이 없는 비부착 강선의 극한응력에 대한 예측식을 제안하였다. 제안된 예측식은 실험결과와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났으며, 미끌림 현상이 없는 비부착 강선의 극한 휨거동 평가, PSC 부재 해석 및 설계 시 본 연구에서 제안된 식은 유용한 기초가 될 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.448-454
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• 2020

본 연구는 항공기 운용 중 발생하는 구조결함의 원인을 규명하고 개선형상에 대한 구조 건전성을 확인하고자 한다. 항공기 균열은 Bulkhead 체결구조로서 연료탱크 경계 Web 파열로 인한 연료누유 현상에서 식별되었다. 균열의 특성을 확인하기 위해 파단면을 분석하였고 반복하중에 의해 균열이 진전되어 최종 파단으로 이어지는 피로파괴로 판단하였다. 또한 다중 시작점에서 균열이 시작되는 것으로 소재의 결함이 균열의 주요 원인으로 판단되지 않는다. 항공기 운용 중 발생하는 기동하중에 대한 균열 영향을 확인하기 위해 항공기 지상 및 비행시험을 통해 분석을 수행하였다. 항공기 운용 중 균열 부위의 하중 측정 데이터와 항공기 설계하중과의 비교를 통한 분석 결과 측정하중은 설계 대비 30% 수준으로 파손을 유발할 수준은 아니라고 판단하였다. 항공기 운용 시 진동하중의 원인으로 조립 및 단품 제작공차가 최대 0.06inch 발생할 수 있는 Gap을 검토하였고, 분석결과 균열부위에서 큰 응력인 약 32ksi가 발생하였다. 또한 Pre-Load에 의해 M.S.(Margin of Safety)가 +0.71에서 +0.34로 약 50%이상 감소되는 것으로 확인되어 항공기 설계 하중과 조합 시 균열 가능성이 급격히 증가하였다. 따라서 항공기 균열부위에 대하여 구조 보강 및 Gap 제거를 통해 결함을 개선하였다. 개선형상에 대하여 구조강도 해석 결과 Bulkhead는 허용응력 대비 M.S.가 약 +0.88이고 Fitting 형상은 약 +0.48로서 충분한 마진이 확보되었다. 또한 수명해석 결과 형상 개선 전 수명인 약3,600 시간 대비 개선형상은 약84,000 시간으로서 항공기 설계수명 대비 구조건전성을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.283-292
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• 2007

본 연구는 화재에 노출된 철근콘크리트 구조물의 열적 특성 및 구조 거동을 예측할 수 있는 비정상 온도 분포 해석 및 비선형 유한요소해석 기법 개발에 관한 것으로써, 범용 유한요소해석 프로그램인 DIANA를 이용하여 화재에 의한 고온을 받는 철근콘크리트 구조에 대한 수치해석을 수행하고 그 결과를 비교분석하였다. 고온을 받는 철근콘크리트 골조에 대한 수치해석은 시간의존 비정상 온도 분포 해석과 비선형 유한요소해석의 2단계로 진행된다. 비정상 온도 분포 해석에서는 열전도율, 열용량, 열팽창계수에 대한 시간의존 변수를 온도 함수로 표현하여 이를 고려하였으며, 비선형 유한요소해석에 있어서는 콘크리트의 비선형성과 균열을 고려하기 위하여 파괴 역학적 관점을 도입하였다. 또한 철근콘크리트 단순보에 대한 내화 실험을 실시하여, 재료의 열적 특성 및 해석 기법에 대한 검증을 실시하였다. 이러한 해석 기법을 철근콘크리트 골조로 확장하여 열에 의한 콘크리트 및 철근의 역학적 물성 변화 요인을 고려한 해석을 통하여 각각의 변수에 대한 비교 분석을 수행하였다. 본 연구에서의 고온 환경하의 철근콘크리트 구조물에 대한 비선형 유한요소해석기법은 온도에 따른 재료의 열적 특성 및 역학적 성능 및 화재-온도 곡선을 자유롭게 입력하여 고려할 수 있으며, 추후 관련 해석에 용이하게 사용될 수 있을 것으로 판단되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.809-820
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• 2008

니브 플레이트 길이가 1,500 mm인 새로운 실물크기 개량 더블티 슬래브를 제안, 설계하고 종국 휨강도까지 실험에 의하여 평가하였다. 이 슬래브는 기존의 PCI 더블티와 같은 티 (tee)단면과 새로이 개조된 플레이트단면으로 구성되어있으며, 긴장력은 티 (tee)단면 하부에만 적용되었다. 이 실험체는 국내 프리캐스트 공장에서 제작한 실험체이다. 휨실험에 의하여 티 (tee)단면이 종국 휨강도를 발휘할 때까지 개조된 댑단부를 포함한 니브 플레이트 단면의 안전성과 사용성을 평가하려 하였다. 하중을 가력할수록 초기 휨 균열들이 더블티 하단에서 발생하였고, 그 후 휨전단과 사인장 균열들은 댑단부와 니브 부분으로 증가하여 발생하였다. 제안한 개량 더블티 슬래브는 설계하중 이상의 휨 내력으로 고르게 분포된 많은 휨균열과 함께 연성 파괴되었다. 두께 250 mm의 니브 플레이트부분은 사용하중 하에서 어떠한 균열도 발생하지 않았고, 티 (tee)부분의 극한하중 하에서도 미소한 휨균열만 보여주었다. 제안하는 실험체는 이 실험에서 설계기준 조건을 만족시키는 강도와 연성거동을 보여주었다. 보다 효율적인 활용을 위하여, 니브 플레이트 두께와 인장철근을 감소시킬 수 있는 추가 실험이 제안하는 개량 댑 더블티에 대하여 요구된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.1677-1685
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• 2014

섬유를 콘크리트의 보강재로 소량 혼입한 섬유 보강 콘크리트는 콘크리트의 인장저항 능력과 연성능력을 향상시킬 수 있다. 최근에는 강섬유의 적용성이 확대됨에 따라 강섬유 길이의 연장을 통해 보강의 효과를 증대시키고 있다. 섬유의 길이 연장은 동일한 시공성과 품질성을 위해 섬유 혼입률을 동시에 감소시킬 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 35mm, 60mm 길이의 강섬유와 화학적인 안정성과 내구성, 경제성 등이 우수한 보강 재료로 평가되어지고 있는 폴리프로필렌 섬유에 대해 섬유혼입률 1.0% 이하에서의 휨 성능을 평가하였다. 강섬유 혼입률이 0.25% 이상, 폴리프로필렌 섬유는 혼입률 0.5% 이상에서 균열강도 도달 후 취성 파괴되는 무보강보의 파괴거동을 개선하는 효과가 나타났다. 다만, 폴리프로필렌 섬유가 혼입된 보강 콘크리트는 균열 이후 deflection-softening 거동을 보였다. 그러나, 0.5%이상의 폴리프로필렌이 혼입된 보강보는 균열 이후 최대강도가 균열강도의 약 60~80%정도 강도회복을 보였으며, 강섬유에 비해 균열 이후 응력감소현상을 지연시키는 경향이 뛰어난 것으로 판단된다. 결론적으로 폴리프로필렌 보강콘크리트는 0.75% 혼입률 이상에서는 충분히 만족할 만한 구조적 휨 성능 향상을 보일 수 있을 것으로 판단된다. 특히, 폴리프로필렌 1.0% 보강 콘크리트의 에너지 흡수 성능은 0.5%, 0.75%가 혼입된 강섬유 보강 콘크리트의 에너지 흡수성능과 거의 비슷한 것으로 평가되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.773-783
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• 2007

와이어로프 단위를 이용한 단순한 비 부착형 전단보강 기술이 개발되었다. 제안된 보강 기술에 의해 보강된 연속 T형 보 6개와 동일한 무 보강 시험체가 실험되었다. 고려된 주요 변수는 와이어로프의 양과 프리스트레스이다. 모든 시험체의 기하학적 특성 및 철근 배근을 동일하다. 와이어로프의 프리스트레스로 인한 콘크리트 복부에서의 수직응력 분포가 보의 경사균열 전단내력 및 최대 전단내력에 미치는 영향이 또한 제시되었다. 본 연구의 실험 결과로부터 제안된 보강 기술을 이용하여 철근콘크리트 보의 전단내력 향상 및 연성을 확보하기 위해서는 와이어로프 비는 ACI 기준에서 제시하는 최소 전단철근비의 2.5배 이상, 그리고 프리스트레스는 와이어로프 인장강도의 0.6배 이하로 있어야 함이 제안될 수 있었다. 와이어로프 단위로 보강된 연속 T형 보의 전단내력을 평가하기 위하여 상계치 이론을 이용한 수치해석 모델이 제시되었다. 제시된 수치해석 모델은 ACI 318-05의 전단내력 식에 비해 실험 결과와 잘 일치하였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제6권2호
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• pp.100-107
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• 2018

초고강도 섬유보강 콘크리트 50M 합성 박스거더에 대한 재료적 비선형 및 기하학적 비선형 유한요소해석이 수행되었다. 인장과 압축구역에서 구성방정식을 실험에 근거하여 모델링하였다. 비선형 유한요소해석의 정확성은 UHPFRC 50M 합성거더의 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 1.5% 체적대비 섬유혼입률, 135MPa 압축강도 및 18MPa 휨인장강도 특성을 가진 UHPFRC 50M 합성거더에 대한 휨실험이 수행되었다. 포스트텐션힘으로 결합된 UHPFRC 합성거더는 3개의 UHPFRC 분절 U거더와 고강도 철근콘크리트 슬래브로 구성되었다. Midas FEA를 사용하여 UHPFRC 거더 부분은 8개 절점을 가진 3차원 6면체 모델링을 하였고, 철근와 강연선은 2개 절점을 가진 선형 요소로 모델링하였다. Total strain crack 모델에 기반을 둔 압축 및 인장 다중 선형모델을 사용하여 구성방정식을 설정하였고 균열은 smeared crack model로 구성하였다. 철근과 강연선의 비선형성은 Von Mises 규준을 적용하였다. 비선형 정적해석은 Newton-Rhapson 기법의 수렴치를 사용한 점진적 반복기법을 사용하여 해를 수행하였다. 유한요소해석은 하중-변위관계, 중립축 변화관계 및 균열양상에 대하여 실험 결과와 수치 해석 결과를 비교하여 검증하였다. 하중-변위 관계는 실험 결과와 비교해볼 때 매우 정확한 결과를 보여주고 있다. 본 논문에서 수행한 비선형 유한요소해석법은 철근보강 포스트텐션닝 초고강도 섬유보강 합성 박스거더의 휨거동 해석에 만족한 결과를 보여주고 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제18권5호
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• pp.579-588
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• 2006

최근 고강도철근 및 프리스트레싱에 의한 유용성은 경제적이고 효과적으로 콘크리트 구조설계를 가능하게 되었다. 이러한 구조적 부재를 다루는 구조기술자가 직면하는 중요한 문제중 하나는 한계상태설계에서 사용성에 대한 기준으로 사용되는 균열폭의 제어이다. 특히 휨균열은 하중을 부담하는 부재에 대해서 안전성의 확보 및 사용성과 연성을 향상될 수 있도록 제어되어야 한다. 본 논문에서 제안된 방법은 Ikki에 의해서 수행된 양측인장시험법의 시험 결과를 이용하고 있다. 양측인장상태에서 이형철근에 대한 부착특성은 콘크리트면적과 리브면적에 의해서 고려된다. 제안된 방법에 의한 결과는 시험 결과와 비교되며, 기존 방법보다도 치수 및 단면제원의 변화, 철근의 방향을 고려하여 보다 정밀한 부착응력과 이에 대한 상대슬립의 관계를 제시한다. 부착특성은 무차원적 슬립량과 유효철근비에 의해서 고려된다. 제안식의 유효성은 시험체 실험자료에 의해서 검증되어진다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.199-207
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• 2007

본 연구에서는 비접촉 겹침 이음에 대한 스트럿-타이 모델을 제시하여 유효 겹침 이음 길이(effective lap length, $l_p$)와 이음 강도에 영향을 주는 요인들을 분석하였다. 부착응력이 작용하여 이음 강도에 기여하는 유효 겹침 이음 길이는 전체 겹침 이음 길이보다 짧으며, 이음된 철근에 직각방향으로 배근된 횡보강량비$({\Phi})$와 (이음된 철근간 거리)/(겹침 이음 길이) 비$({\alpha})$의 영향을 받는다. 이음된 철근간 거리가 멀어질수록 동일 겹침 이음 길이에서 유효 겹침 이음 길이는 짧아지게 되어 이음 내력은 작아진다. (이음된 철근간 거리)/(겹침 이음 길이) 비$({\alpha})$가 유효 겹침 이음 길이 결정에 미치는 영향은 횡보강량비$({\Phi})$가 낮을수록 커지게 된다. 이것은 횡보강량비가 낮을수록 이음된 철근 사이에 존재하는 스트럿의 기울기가 커지므로, 이음된 철근 사이 거리가 유효 겹침 이음 길이 결정에 큰 영향을 주기 때문이다. 비접촉 겹침 이음에 대한 제안된 스트럿-타이 모델은 실제 힘의 흐름을 분석할 수 있어, 다양한 재료 및 기하학적 조건에 적합한 철근 상세 설계를 가능하게 한다. 기존 문헌의 실험에서 나타난 거동 특성과 횡보강량이 이음 강도에 미치는 영향을 제안된 스트럿-타이 모델을 이용하여 효과적으로 설명할 수 있으며, 25개 실험체에 대한 이음 강도를 변동계수 11.1% 범위 내에서 적절히 예측할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권4호
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• pp.558-567
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• 2020

본 연구는 항공기 운용 중 발생하는 구조 결함의 원인을 분석하기 위해 연료흐름분배기 장착 구조물의 결함특성을 확인하고자 한다. 일반적으로 항공기 운용 중 발생하는 체계 진동과 구성품 단일 진동에 의해 구조 결함이 야기된다. 결함을 정의하고 설계 및 운용 분석으로 이어지는 과정을 통해 원인 규명 방법을 제시하고자 한다. 연료흐름분배기는 급격한 유량의 증가로 인한 압력의 변화로 발생되는 진동에 의해 지지구조의 결함이 발생되었다. 지지구조에 발생하는 하중 특성 및 파단면 분석을 통해 초기 균열이 반복하중으로 인해 피로균열이 발생하였다. 연료흐름분배기 지지구조 결함은 항공기 운용분석 결과 기종별 기동 및 비행시간은 균열과 직접적인 상관관계가 적고, 후기연소(A/B) 사용과 관련이 있다. 결함에 대한 개선을 위해 연료흐름분배기 하부 장착 Bracket의 균열 부위에 정적 및 수명해석을 통해 구조 보강형상을 확정하였다. 보강에 대한 분석 결과 구조 강도 최소 마진이 +0.15로 구조 건전성을 확인하였고, 구조 수명 분석결과 해당 부위에 응력이 15Ksi 이하로 작용하였으며 피로 수명이 7,700 Cycle 이상임을 확인하였다.