• Structural Engineering and Mechanics
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• 제75권1호
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• pp.33-47
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• 2020

In this paper the dynamic behavior of an isolated building subjected to idealized near-fault pulses is investigated. The building is represented with a simple 2-DOF model. Both linear and non-linear behavior of the isolation system is considered. Using dimensional analysis, in conjunction with closed form mathematical idealized pulses, appropriate dimensionless parameters are defined and self-similar curves are plotted on dimensionless graphs, based on which various conclusions are reached. In the linear case, the role of viscous damping is examined in detail and the existence of an optimum value of damping along with its significant variation with the number of half-cycles is shown. In the nonlinear case, where the behavior of the building depends on the amplitude of the excitation, the benefits of dimensional analysis are evident since the influence of the dimensionless 𝚷-terms is easily examined. Special consideration is given to the normalized strength of the non-linear isolation system that appears to play a complex role which greatly affects the response of the 2-DOF. In the last part of the paper, a comparison of the responses to idealized pulses between a linear fixed-base SDOF and the respective isolated 2-DOF with both linear and non-linear damping is conducted and it is shown that, under certain values of the superstructure and isolation system characteristics, the use of an isolation system can amplify both the normalized acceleration and displacement of the superstructure.

• 화약ㆍ발파
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• 제22권3호
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• pp.13-26
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• 2004

본 연구는 건설현장에서 매설관의 경계조건에 따른 동적 거동에 대한 진동안전기준에 관한 연구이다. 경계조건은 양단자유이며, 축방향 및 축직각방향에 대한 거동을 조사하였다. 매설관은 탄성기초 위에 놓인 보요소로 모형화하였고, 지진파는 정현파 형태의 지반 변위로 적용하였다. 매설관의 고유진동수와 모드 형태 그리고 매개변수의 영향을 조사하기 위해 자유진동에 대한 해석을 수행하였다. 그리고 지진파에 대한 거동을 조사하기 위해 자유진동 해석을 통해 얻어진 고유진동수와 모드 형태를 이용하여 진동에 대한 수식을 유도하였으며, 진동안전기준치 5 cm/sec에 안전하였고 양단자유의 매설관에 대한 자유진동 및 강제진동시의 시간-변위곡선을 나타내기 위한 전산프로그램을 완성하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제48권5호
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• pp.1237-1251
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• 2016

Although the horizontal component of an earthquake response can be significantly reduced through the use of conventional seismic isolators, the vertical component of excitation is still transmitted directly into the structure. Records from instrumented structures, and some recent tests and analyses have actually seen increases in vertical responses in base isolated structures under the combined effects of horizontal and vertical ground motions. This issue becomes a great concern to facilities such as a Nuclear Power Plants (NPP), with specialized equipment and machinery that is not only expensive, but critical to safe operation. As such, there is considerable interest worldwide in vertical and three-dimensional (3D) isolation systems. This paper examines several vertical and 3D isolation systems that have been proposed and their potential application to modern nuclear facilities. In particular, a series of case study analyses of a modern NPP model are performed to examine the benefits and challenges associated with 3D isolation compared with horizontal isolation. It was found that compared with the general horizontal isolators, isolators that have vertical frequencies of no more than 3 Hz can effectively reduce the vertical in-structure responses for the studied NPP model. Among the studied cases, the case that has a vertical isolation frequency of 3 Hz is the one that can keep the horizontal period of the isolators as the first period while having the most flexible vertical isolator properties. When the vertical frequency of isolators reduces to 1 Hz, the rocking effect is obvious and rocking restraining devices are necessary.

• Earthquakes and Structures
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• 제17권3호
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• pp.245-256
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• 2019

An experimental study was conducted to evaluate the dynamic behavior of a free-standing frame equipped with a movable base system using cast iron and mortar as the bearing materials. The preliminary friction test indicated that a graphite layer developed on the interface and exhibited stable friction behavior. The friction coefficient ranged from 0.33 to 0.36 when the applied normal compression stress ranged from 2.6 to 5.2 MPa. The effect of the variation of normal compression stress would be small. Shaking table tests on the free-standing frame showed that rock, slide, and rock-slide responses occurred. The cumulative slide distance reached 381 mm under JMA Kobe wave excitation; however, only a few cyclic slides occurred at the same locations along the moving track. Most surfaces sustained single slides. Similar results can be observed in other shaking conditions. The insufficient cyclic sliding and significant rocking resulted in a few graphite layers on the mortar surfaces. Friction coefficients were generally similar to those obtained in the preliminary friction tests; however, the values fluctuated when the rocking became significant. The collisions due to rocking caused strong horizontal acceleration responses and resulted in high friction coefficient. In addition, the strong horizontal acceleration responses caused by the collisions made the freestanding specimen unable to reduce the input horizontal acceleration notably, even when slippage occurred. Compared with the counterpart fixed-base specimen, the specimen equipped with the iron-mortar base could reduce the horizontal acceleration amplification response and the structural deformation, whereas the vertical acceleration response was doubled due to collisions from rocking.

• Earthquakes and Structures
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• 제22권2호
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• pp.169-184
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• 2022

The importance of seismicity in developing countries and the strengthening of buildings is a topic of major importance. Therefore, the study of several solutions with the development of new technologies is of great importance to investigate the damage on retrofitted structures by using probabilistic methods. The Federal Emergency Management Agency considers three types of performance levels by considering different scenarios, intensity and duration. The selection and scaling of ground motions mainly depends on the aim of the study. Intensity-based assessments are the most common and compute the response of buildings for a specified seismic intensity. Assessments based on scenarios estimate the response of buildings to different earthquake scenarios. A risk-based assessment is considered as one of the most effective. This research represents a practical method for developing countries where exists many active faults, tall buildings and lack of good implementable approaches. Therefore, to achieve the main goal, two high-rise steel buildings have been modeled and assessed. The contribution of buckling-restrained braces in the elastic design of both buildings is firstly verified. In the nonlinear static range, both buildings presented repairable damage at the central top part and some life safety hinges at the bottom. The nonlinear incremental dynamic analysis was applied by 15 representative/scaled accelerograms to obtain levels of performance and fragility curves. The results shown that by using probabilistic methods, it is possible to estimate the probability of collapse of retrofitted buildings by buckling-restrained braces and tuned mass dampers, which are practical retrofitting options to protect existing structures against earthquakes.

• Earthquakes and Structures
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• 제22권3호
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• pp.245-261
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• 2022

Key questions to researchers interested in nonlinear analysis of skeletal structures are whether the distributed plasticity approach - albeit computationally demanding - is more reliable than the concentrated plasticity to adequately capture the extent and severity of the inelastic response, and whether force-based formulation is more efficient than displacement-based formulation without compromising accuracy. The present research focusing on performance-based seismic response of mid-span concrete bridges provides a pilot holistic investigation opting for some hands-on answers. OpenSees software is considered adopting different modeling techniques, viz. distributed plasticity (through either displacement-based or force-based elements) and concentrated plasticity via beam-with-hinges elements. The pros and cons of each are discussed based on nonlinear pushover analysis results, and fragility curves generated for various performance levels relying on incremental dynamic analyses under real earthquake records. Among prime conclusions, distributed plasticity modeling albeit inherently not relying on prior knowledge of plastic hinge length still somewhat depends on such information to ensure accurate results. For instance, displacement-based and force-based approaches secure optimal accuracy when dividing, for the former, the member into sub-elements, and satisfying, for the latter, a distance between any two consecutive integration points, close to the expected plastic hinge length. On the other hand, using beam-with-hinges elements is computationally more efficient relative to the distributed plasticity, yet with acceptable accuracy provided the user has prior reasonable estimate of the anticipated plastic hinge length. Furthermore, when intrusive performance levels (viz. life safety or collapse) are of concern, concentrated plasticity via beam-with-hinges ensures conservative predicted capacity of investigated bridge systems.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.976-983
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• 2023

연구목적: 지진하중을 받는 교량 구조물의 동적 거동은 지진파의 특성 혹은 재료 및 기하학적 특성과 같은 많은 불확실성에 영향을 받는다. 하지만 모든 불확실성 인자가 교량 구조물의 동적 거동에 중요한 영향을 미치진 않는다. 영향성이 낮은 불확실성 인자까지 고려한 확률론적 내진성능 평가는 많은 계산비용이 요구되기 때문에 교량의 동적 거동에 미치는 영향을 고려하여 불확실성 인자는 식별되어야 한다. 따라서 본 연구는 I형 곡선 거더를 갖는 단경간 교량의 동적 거동에 영향을 미치는 주요 매개변수를 식별하기 위해 전역민감도 분석을 수행하였다. 연구방법: 지진파의 불확실성과 곡선 교량의 재료 및 기하학적 불확실성을 고려하여 유한요소 해석을 수행하였으며 해석결과를 기반으로 대리모델을 작성하였다. 결정계수와 같은 성능평가지료를 이용하여 대리모델을 평가하였으며 최종적으로 대리모델 기반의 전역 민감도 분석을 수행하였다. 연구결과: 지진하중을 받는 I형 곡선 거더의 응력응답에 가장 큰 영향을 미치는 불확실성 인자는 최대지반가속도(PGA), 교각의 높이(h), 강재의 항복응력(fy) 순으로 나타났다. PGA, h, fy의 주효과 민감도 지수는 각각 0.7096, 0.0839, 0.0352로 나타났으며 총 민감도 지수는 각각 0.9459, 0.1297, 0.0678로 나타났다. 결론: I형 곡선 거더의 응력응답은 입력운동의 불확실성에 대한 영향성이 지배적이며 각 불확실성 인자 사이의 교호작용에 큰 영향을 받는다. 따라서 입력운동의 개수 및 intensity measure과 같은 입력운동의 불확실성에 대한 추가적인 민감도 분석과 곡선거더의 개수 및 곡률과 같은 구조적 불확실성까지 고려한 총 민감도 분석은 필요하다.

• 전산구조공학
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• 제7권3호
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• pp.95-103
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• 1994

원자력발전소 부품중 안전과 관련된 구조물은 지진하중하에서 그 건전성을 유지하도록 설계되어야 한다. 그중 원자로내부구조물부품은 1차 내진분류에 속하는 것으로써 지진하중하에서의 건전성이 발전소 안전과 경제적인 관점에서 매우 중요하다. 지금까지 이러한 원자로내부구조물의 모델링에 대해서는 여러 사람들에 의해 연구되고 발표되었으나, 본 논문에서는 국내 발전소 중에서 Turn-jey base로 건설되어 이미 가동 중에 있는 영광 1&2호기의 원자로내부구조물에 대한 안전정지지진하의 거동을 Global Beam Model이라는 단순화된 모델을 이용하여 분석하였다. 이 모델의 설정을 위해서 주요부품들을 double pendulum의 보요소로 표현하였고, 이들 주요부품들의 특성해석을 범용유한 요소해석 코드인 ANSYS에 의해 구하여 이를 상부 및 하부에서 간격을 갖는 비선형 스프링으로 모델링하였다. 또한 이 비선형 스프링뿐만아니라 원자로용기와 원자로내부구조물부품들 사이의 유체동적현상을 묘사한 유체동력학적 coupling에 의해 pendulum의 보요소를 서로 연결시켜 모델링을 하였다. 가진자료인 안전정지하중은 영광 1&2호기의 원자로용기 지지부에 가해지는 응답스펙트럼을 시간이력함수로 바꾸었으며, 이 모델과 간진 하중을 가지고 비선형해석 code인 KWUSTOSS의 explicit Runge-Kutta-Gills algorithm을 이용하여 적분을 수행하므로써 안전정지지진하의 원자로 내부구조물에 대한 거동을 구하여 이 구조물의 주요부품에 대한 내진검증 및 구조물 내부에 있는 핵연료집합체의 내진 해석을 위한 입력자료를 확보할 수 있었다. 그리고 본 연구에서 사용된 Globa Beam Model의 간편성 및 효율성과 explicit Runge-Kutta-Gills algorithm에 대한 경제성을 확인할 수 있었다.파악되었 다. 그 외에도 '옥외공간이용 편리'(outdoor or recreation convenience)와 ' 이웃만족'(satisfaction with neighbors), 그리고 '주거환경 유형'(building type, building arrangement type)등도 유의한 인과적 관련을 보이므로써, 기존 문헌들이 제시하고 있는 것보다 훨씬 다양한 변수들이 다양한 경로를 통해 거주자 시각만족의 영향인자가 될 수 있는 가능성을 제시하고 있다. 가설 변수의 하나인 '길찾기의 난이 정도'(difficulty of way-finding)와 종 속변수간에 유의한 관련도가 나타나지 않은 이유로 길찾기 변수가 '시각만 족'보다는 거주자의 '안전만족'(safety)과 관련된 변수일 가능성도 아울러 지적되었다. 본 연구의 결과로부터, 주거 계획 및 설계분야 그리고 추후 관 련 연구 분야를 위한 여러 제안들이 제시되었다.에 관한 국가 규격은 국제 규격에서 저술한 바와 같이 특별히 규정된 것이 없고 VDE(Verband Deutscher Elektrotechniker: 서독전기기술 협회)와 SAE(Society of Automotive Engi- neers: 자동차 기술자 협회)에서 비교적 활발하고 Jaso(Japanese Automobile Standards Organization: 일본 자동차 표준협회)에서 많이 진행중에 있다. 본 고에서는 자동차의 전자제어에 따른 잡음 발생 요인과 전자파 간섭 관련 자동차 규격과 시험평가 방법에 대해 간단히 소개 하였다.저하에 저해요인으로서가 아니라, 인위적이던 자연적이던 간에 아들만 두면 단산하는 현행의 출산풍토하에서는 남아선호관이 오히려 출산력저하에 결정적으로 작용하고 있다고 하겠다. 태아의 성 판별을 통한 선택적 인공임신중절의 건수는 1990년 한해에

• 지구물리와물리탐사
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• 제15권2호
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• pp.92-101
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• 2012

평탄한 자유표면을 갖는 소규모 반구형 분지에서 임의의 전단변형 점진원에 대한 3차원 유한차분 모의를 수행하였다. 자유표면 경계조건을 다루기 위한 새로운 방법을 고안하였다. 분지에서 지반운동 응답에 대한 주요한 특징들을 파악하기 위하여 분지특성 변수를 조사하였다. 분지에서 지반운동의 주파수 함량을 분석하기 위하여, 각 주파수에 대한 진폭을 분지 주변 4개의 위치에서 계산하고 서로 비교하였다. 또한 어떤 종류의 파가 이들 각 지점에서의 지반운동 응답에 우세한 역할을 하는지 보기 위하여 입자운동을 분석하였다. 계산 결과, 지진파 에너지가 진원으로부터 먼 쪽의 분지 경계부에서 집중되는 것을 알 수 있었다. 이러한 집중 효과는 주로 직접 S-파와 분지 경계에서 생성된 표면파의 보강간섭으로 인한 것이다. 또한, 분지의 가장 깊은 곳 상부에서의 지반운동 증폭은 얕은 깊이의 분지 경계 부에 비하여 상대적으로 작게 나타났다. 이러한 결과로부터, 상대적으로 단순한 기반암 경계를 갖는 소규모 분지에서의 지반운동 증폭은 분지의 깊이 보다는 진원의 방위 또는 분지 내부로 입사하는 파의 진행방향에 더 많은 관계가 있다는 것을 추정할 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.975-982
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• 2005

면진은 현재 설치 공법의 단순함 그리고 지진하중에 대한 진동제어 효과의 탁월성 등으로 인하여 세계 여러 나라에서 강진으로부터 중요한 건물들을 보호하고, 구조물의 장수명화와 내진성능 향상을 도모하기 위한 실무적인 해결책으로서 받아들여지고 있다. 하지만, 국내의 경우, 재해 시 항상 문제가 되는 정보, 통신, 의료체계 및 사회공공 시설물의 피해로 인한 혼란 방지라는 차원에서 면진 구조의 도입이 종종 거론되고는 있으나 아직까지 구체적인 설계기술은 정착되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 면진 기술의 국내 기반 구축을 위하여 순수 국내기술에 의해 제작된 면진 장치(NRB)를 채용함에 따른 면진 효과를 실험적으로 검증함으로서, 향후 유사 구조 설계를 위한 기초 자료를 제공하고자 하였으며, 철근콘크리트 구조를 대상으로 지진파의 특성 및 지진동의 입력 레벨에 따른 면진 효과가 US 축소 모델 진동대 실험을 통해 제시되었다. 실험 결과, 본 연구에서 적용한 NRB는 응답가속도의 감소와 층 전단력의 감소가 확실히 관측되어 면진 설계의 기본 개념과 일치하게 건물의 주기를 장주기 영역으로 이동시켜 지진동에 의한 하중 효과를 크게 줄일 수 있는 것으로 나타났으며, 면진 효과는 지진파의 특성에 따라 그 정도의 차가 다르게 나타나는 것으로 확인되었고, 장주기 성분이 많이 포함되어 있는 Mexico지진파와 같은 지진동 고려 시 특히 설계허용수평변위 설정에 주의가 필요한 것으로 나타났다.