• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.685-703
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• 2017

최근, 도심지에 초고층 아파트, 롯데월드타워와 같은 초고층빌딩의 수가 증가하면서 말뚝기초에 작용하는 풍하중, 지진하중, 토압 등 수평하중의 중요성이 높아지고 있다. 또한 도심지의 지상공간이 포화되면서 발생하는 다양한 문제를 해결하기 위하여 지하공간 개발은 유용한 해결책으로 언급되고 있다. 따라서 도심지 지하공간 개발에서 터널굴착에 대한 수직하중과 수평하중을 받는 말뚝의 거동, 지하공간의 개발을 모사하는 터널굴착과 관련된 연구는 많은 연구자들에 의해 수행되고 있다. 하지만, 수직하중과 수평하중을 받는 말뚝과 터널굴착으로 야기되는 상호거동에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 도심지의 상황을 반영하여 수직하중과 수평하중을 받는 기존 구조물 하부에 터널을 굴착함으로써 야기되는 말뚝의 거동을 실내모형시험, 근거리사진계측 및 수치해석을 통해 비교 및 분석하였다. 말뚝과 터널의 수평이격거리(0.0D, 1.0D, 2.0D: D = 터널직경)와 허용수평하중의 크기($0.34P_{ah}$, $0.67P_{ah}$, $P_{ah}$)에 따라 총 9 CASES로 분류하여 터널굴착에 따른 말뚝의 축력과 거동을 관찰하였다. 그 결과 말뚝과 터널의 수평이격거리가 가까울수록 말뚝은 터널 굴착의 영향을 크게 받는 것을 알 수 있었고 수평이격거리가 멀어질수록 터널굴착의 영향보다는 허용수평하중의 영향을 더 크게 받는 것을 알 수 있었다. 또한, 수평이격거리가 증가하고 허용수평하중의 크기가 증가할수록($P_{ah}$) 말뚝 축력의 변화양상이 크게 발생하는 것을 알 수 있었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.37-43
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• 2014

지진 및 해일과 같은 자연재해는 갑작스럽게 발생하므로 막대한 인명 피해 및 재산피해를 야기한다. 특히 지진은 이에 동반된 광범위한 피해로 인하여 특히 심각한 위협이 된다. 국내의 경우 비탈면 설계 및 시공 시 내진설계가 거의 적용되지 않고 있다. 하지만 점차적으로 내진에 대하여 중요성을 인지하고 이에 대한 연구가 이루어지고 있다. 비탈면의 안정화를 위한 공법 중 쏘일 네일 공법은 타 공법에 비해 시공성, 경제성이 우수한 공법으로 비탈면 안정을 위한 보강공사에도 광범위하게 이용되고 있다. 이러한 공법에 대한 연구는 네일과 주변지반의 상호거동에 대한 연구가 진행되고 있으며, 정하중 및 동하중 등의 다양한 하중조건에서의 안정성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그럼에도 불구하고, 네일 두부의 구속조건에 따른 네일과 비탈면과의 상호거동에 대한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 네일 두부 구속조건에 따른 보강 비탈면의 안정성에 미치는 영향을 확인하기 위해 수치해석을 수행하였다. 그 결과 지진하중에 대하여 네일 두부가 구속된 경우가 비구속된 경우에 비해 지진하중에 대하여 저항이 큰 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제23권2호
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• pp.13-23
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• 2022

교량 기초의 지반-구조물 상호작용은 지진 시 교량의 거동에 영향을 미치는 주요한 요인으로 지적되어 왔다. 본 연구에서는 지반의 특성 및 기초의 특성이 교량 기초의 지진취약도에 미치는 영향을 분석하였다. 지반의 특성 변화 및 기초의 크기 변화를 고려한 등가정적해석 결과, 상재하중이 작용하는 경우 같은 수준의 횡방향 변위를 발생시키기 위해 요구되는 하중이 증가되는 것을 확인할 수 있었으며, 비선형성은 상재하중이 없는 경우가 더 큰 것으로 나타났다. 느슨한 지반에서 조밀한 지반으로 갈수록 기초의 크기가 증가할수록 동일한 변위를 발생시키기 위해 더 큰 하중을 필요로 하는 것으로 나타났다. 또한, 교량의 지진취약도를 합리적으로 획득하기 위한 접근법을 도출하기 위하여 교량 기초의 지진취약도를 4가지의 조건(고정단 조건, 도로교 설계기준-등가선형강성, 상재하중 고려 시 및 미고려 시 비선형 강성)을 고려하여 비교하였다. 단주교각에 대한 지진해석은 Opensees를 이용하여 수행하였다. 지진취약도 분석 결과, 보수적인 접근법으로 확대기초는 고정단으로 고려할 수 있으며, 말뚝기초의 크기가 작은 경우는 고정단으로 고려하여 안전측 설계를 검토할 수 있으나, 말뚝의 크기가 대형화 하는 경우는 비경제적인 설계가 될 수 있으므로, 지반조건에 따라 기초의 강성을 평가할 수 있는 도로교 등가 선형 스프링 강성을 고려하는 것이 합리적인 접근법으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권7호
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• pp.61-73
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• 2008

다수의 말뚝을 캡(확대기초)으로 연결하여 하중을 지지하는 다주식 기초에 대하여 캡의 연결부를 강결합 조건과 힌지결합 조건으로 구분하여 말뚝 반력 해석의 합리성을 분석하였으며, 널리 사용 중인 탄성변위법과 라멘식 프레임 해석에 기반한 비선형 해석기법을 비교하여 검토하였다. 특히 실제 해상 장대교량의 조건을 대상으로 상부구조와 기초를 연계한 전체 구조계 해석 결과를 분석하여 말뚝머리 구속 조건에 대한 기초 부재 단면력 산정의 적정성을 파악하였다. 이를 위해 캡과 연결된 각 말뚝에서 발생하는 휨모멘트, 전단력, 압축력 등 반력을 산정하고 PM상관도 분석과 지지력 산정을 통해 말뚝 부재의 안정성을 검토하였다. 일반적인 규모의 교량, 또는 강성이 크지 않은 말뚝을 적용한 기초에서는 말뚝-캡 결합 조건에 따른 말뚝 단면 설계의 차이가 현저하지 않으나, 말뚝이 지면 위로 일정 길이 이상 돌출되는 다주식 기초의 해상교량에서는 말뚝머리를 힌지로 고려할 경우 지중부에서 매우 큰 휨모멘트와 전단력이 유발되며, 말뚝머리의 수평변위량이 극단적으로 증가하였다. 해상 장대교량에 대해서는 비현실적 가정조건에 기반한 탄성변위법 보다는 말뚝머리를 캡에 강결합하고 말뚝이 탄성판에 지지된 보로 간주하는 라멘(rahmen) 모델링을 통해 상부구조와 연계한 전체 구조계 해석을 수행하는 것이 바람직하다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권12호
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• pp.113-120
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• 2008

1차원 지반응답해석은 지반에 의한 지진동의 증폭현상을 모사하는 데 널리 사용되고 있다. 가장 널리 사용되고 있는 등가선형 지반응답해석기법은 유효변형률에 상응하는 전단탄성계수와 감쇠비를 전 주파수 영역에 일률적으로 적용하며, 진동주파수에 대한 지반 응답의 영향을 고려하지 않는다. 지반의 비선형 거동을 주파수영역에서 보다 정확하게 모사하기 위하여 진동주파수와 지반거동의 상관관계를 주파수-변형률 곡선으로써 모의하는 등가선형해석기법이 개발되었으며, 이 방법은 기존의 등가선형해석기법에 비하여 정확성을 향상시킨다고 알려져 있다. 이제까지 다양한 형상의 주파수변형률 곡선이 제안되었으며, 이들은 한결같이 해석의 정확성을 증가시킨다고 주장된 바 있다. 본 연구에서는 기존의 연구에서 제안되었건 두 개의 주파수-변형률 관계 완화곡선과 본 연구에서 새롭게 제안된 세 개의 곡선을 이용하여 주파수 의존성을 고려한 등가선형해석기법의 정확성을 검증하였다. 검증에는 세 개의 부지에서 기록된 6개의 지진파가 사용되었다. 해석결과, 완화곡선은 지반응답에 지배적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 주파수 의존성을 고려한 해석은 정확성을 향상시킬수 있는 것으로 나타났다. 하지만, 모든 사례에서 가장 정확하게 응답을 예측하는 완화곡선은 없는 것으로 나타났으며, 해석사례별로 최적의 완화곡선이 다른 것으로 나타났다. 따라서, FDEL 해석 수행 시, 다양한 완화곡선을 사용해야 할 것으로 판단되며 등가선형해석과 병행해서 수행되어야 한다고 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.155-163
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• 2023

원전 구조물의 실시간 모니터링 기술이 요구되고 있지만, 현재 운영 중인 지진 감시계통으로는 동특성 추출 등 시스템 식별이 제한된다. 전역적인 거동 데이터 및 동특성 추출을 위해서는 다수의 센서를 최적 배치하여야 한다. 최적 센서배치 연구는 많이 진행되어 왔지만 주로 토목, 기계 구조물이 대상이었으며 원전 구조물 대상으로 수행된 연구는 없었다. 원전 구조물은 미미한 신호대잡음비에도 강건한 신호를 획득하여야 하며, 모드 기여도가 저차 모드에 집중되어 있어 모드별 잡음 영향을 고려해야 하는 등 구조물 특성을 고려해야 한다. 이에 본 연구에서는 잡음에 대한 강건도와 모드별 영향을 평가할 수 있는 최적 센서배치 방법론을 제시하였다. 활용한 지표로서 auto MAC(Modal Assurance Criterion), cross MAC, 노드별 모드형상 분포를 분석하였으며, 잡음에 대한 강건도 평가의 적합성을 수치해석으로 검증하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권4호
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• pp.417-428
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• 2011

강구조 설계는 재료의 비탄성 변형능력을 활용하는 정도에 따라 탄성설계법, 소성설계법, 내진설계법으로 대별할 수 있다. 현재 국내외 강구조 설계기준에서는 항복강도 450MPa를 초과하는 고강도강재에 대해서는 비탄성 변형능력에 대한 우려와 국부좌굴 및 횡좌굴 거동에 대한 실험자료의 부족으로 소성설계의 적용을 금하고 있다. 본 연구에서는 일반강재를 대상으로 개발된 현행 강구조설계기준의 플랜지 판폭두께비 제한식을 최근에 개발된 고강도강재인 HSB800에도 그대로 확대 적용할 수 있는지 여부를 확인하고 고강도강 휨부재의 국부좌굴 및 비탄성거동을 파악하기 위한 실물대실험을 수행하였다. HSB800 및 SM490A(비교강종) 강재로 조립된 H형강 휨부재를 각각 5개씩 총 10개의 실험체를 제작하고 실험하여 비교분석하였다. 모든 SM490A 비교실험체는 설계기준 상의 판폭두께비에 따른 요구강도와 연성능력을 충분히 발휘하였다. HSB800 실험체 역시 강도 발현의 측면에서는 매우 만족스런 성능을 발휘하였다. 즉, 비콤팩트 및 세장판 요소 플랜지를 지닌 실험체에서도 소성모멘트를 충분히 상회하거나 이에 육박하는 강도가 발현되었다. 이는 현행 판폭두께비 제한규정을 HSB800 고강도강에 그대로 적용해도 강성과 강도 확보를 목표로 하는 모든 탄성설계에 충분히 보수적으로 적용할 수 있음을 의미한다. 그러나 SM490 실험체와는 달리 HSB800 실험체 5개 가운데 3개가 가력점 스티프너와 접합된 하부플랜지에서 조기 인장파단이 발생하여 소성설계에 요구되는 회전능력 R=3에는 미달하였다. HSB800 실험체에서 관측된 파단원인을 규명하고 고강도강재에 보다 적합한 판폭두께비의 정립을 위한 추가실험과 해석적 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.73-80
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• 2022

본 연구에서는 공장에서 L형강을 이용하여 선조립한 NRC 보와 NRC 기둥을 현장에서 볼트 조립하는 NRC 보-기둥접합부 상세를 개발하였다. 개발된 접합부 상세는 NRC-J형과 NRC-JD형이다. NRC-J형은 NRC 기둥 측면의 강재 플레이트와 NRC 보의 엔드플레이트의 측면과 하부면에 TS볼트로 인장접합하는 방식이다. NRC-JD형은 전단에 대해서 NRC 보와 NRC 기둥의 측면을 고력볼트접합하고, 휨에 대해서 접합부를 관통하는 철근연결재와 보의 보강재를 겹침이음하도록하는 강접합 방식이다. 접합부 내진성능평가를 위하여, 두 가지 NRC 보-기둥 접합부 상세를 가지는 NRC-J 실험체, NRC-JD 실험체와 RC 보-기둥 접합부 상세를 가지는 RC-J 실험체 등 3개의 실험체를 제작하였다. 반복횡하중가력 실험결과, 모든 실험체의 최종 파괴형상은 보-기둥 접합면에서 보의 휨파괴로 나타났다. 정가력에 의한 실험체 최대내력은 RC-J 실험체에 비하여 NRC-J 실험체와 NRC-JD 실험체가 각각 10.1%, 29.6% 크게 나타났다. 두가지 NRC 접합부 상세 모두 KDS 기준(KDS 41 3100)의 합성중간모멘트골조 모멘트접합부에서 요구되는 최소 총층간변위각 0.03 rad 이상의 연성능력을 확보는 것으로 평가되었다. 부재각 5.7%에서 NRC-J실험체, NRC-JD 실험체가 RC실험체에 비해 약 34.8%, 61.1% 큰 누적 에너지 소산능력을 보유하고 있었다. NRC 보-기둥 접합부의 실험내력이 KDS 기준식에 의한 이론내력에 비하여 30%~53% 큰 것으로 평가되어, 기준식이 보유성능을 안전측으로 평가하였다.