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휨 또는 쪼갬인장 반복하중을 받는 콘크리트의 신뢰성 해석과 피로모델 제안 (Reliability Analysis and Fatigue Models of Concrete under Flexural or Split Tensional Cyclic Loadings)

  • 김동호;심도식;김성환;윤경구
    • 콘크리트학회논문집
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    • 제16권5호
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    • pp.581-589
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    • 2004
  • 본 논문에서는 일정진폭 휨인장 및 쪼갬인장 반복하중을 받는 콘크리트의 피로신뢰성과 모델제안을 위하여 도로포장에 사용되는 콘크리트를 대상으로 연구하였다. 실험데이터는 2-모수 Weibull 확률분포함수를 사용하여 신뢰성 해석을 수행하였고, 적합도 검정을 통하여 이를 기반으로 한 모델을 제시하였다. 피로실험은 $150 mm{\times}75 mm$ 시험체의 쪼갬인장피로 실험방법과 $150 mm{\times}150 mm{\times}550 mm$ 시험체의 휨인장피로 실험방법을 적용였으며 일정 진폭 피로하중에 대하여 수행하였다. 두 가지의 실험방법에 대하여 응력 수준 90, 80, $70\%$로 변화하여 실험하고 이때 적용한 응력비는 0.1, 하중재하속도 20Hz, 정현파(sine)를 적용하였다. 연구결과 콘크리트 피로데이터의 분산성으로 인하여 보다 정확한 해석을 위해 두 가지의 해석 기준을 설정하여 제시하였으며, 그래픽방법, 모멘트방법 및 최우도법에 의해 2-모수 Weibull의 매개변수 $\alpha$와 u를 계산하고 이를 이용하여 확률밀도함수(P.D.F)와 누적분포함수(C.D.F)를 도시하였다. 또한, Weibull의 확률분포함수를 이용한 신뢰성 해석은 Kolmogorov-Smirnov의 방법을 사용하여 $5\%$의 유의수준에서 적합도 검정을 수행한 결과 채택되는 것으로 나타났다. 이러한 해석에 기초하여 쪼갬인장피로실험과 휨인장피로 실험에 대한 피로모델을 제시하고 응력수준에 따른 피로수명과 200만회 및 1,000만회에서의 피로강도를 산정하여 제시하였으며 국외의 주요 피로모델과 비교하였다.

Self-drilling 방식의 마이크로임플란트 식립에 의해 발생하는 피질골 스트레인의 유한요소해석 (Finite element analysis of cortical bone strain induced by self-drilling placement of orthodontic microimplant)

  • 박진서;유원재;경희문;권오원
    • 대한치과교정학회지
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    • 제39권4호
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    • pp.203-212
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    • 2009
  • 골밀도가 높고 두꺼운 피질골에 마이크로임플란트를 self-drilling 방식으로 식립하는 경우 과도한 수준의 골부하 (bone loading)가 발생할 위험이 있으며 이는 인접골의 정상적인 골개형(bone remodeling)에 장애를 초래할 수 있다. 이에, 본 연구에서는 유한요소해석으로 두께 1.0 mm의 피질골에 Absoanchor SH1312-7 마이크로임플란트((주)덴토스, 대구, 대한민국)가 self-drilling 방식으로 식립되는 과정(10회전, 식립깊이 5 mm)을 모사(simulation)하였으며 식립 단계별로 피질골에 발생되는 스트레인을 조사하였다. 식립중 마이크로임플란트 첨부의 절삭연(cutting flute)에 의한 골삭제로 생기는 나사길(threaded groove)의 치수를 얻기 위하여 가토 경골에 마이크로임플란트를 식립/제거한 후 Micro CT (Explore Locus RS, GE Healthcare, Ontario, Canada)를 이용하여 기하형상을 측정하였으며 이를 치밀골의 유한요소모델에 반영하였다. 해석결과, 치밀골에 발생되는 스트레인은 임플란트 식립깊이에 따라 증가하였고, 초기단계에서 나사산에 인접한 골에 국한되던 과부하 부위(스트레인이 4,000${\mu}$-strain을 상회하는 영역)가 식립깊이 증가에 따라 인접골 전체, 즉 나사산 인접부는 물론 골(valley) 부위에 접하는 모든 영역으로 확장되었다. 본 연구를 통해, self-drilling 방식으로 마이크로임플란트를 식립할 때 치밀골에 발생하는 스트레인 크기는 생리적인 골개형을 저해할 수 있는 수준임을 확인할 수 있었다.

이악물기 치아접촉시 편측 구치 상실을 지닌 두개골의 부하분석 (Analysis of functional load on the dentated skull with unilateral molar loss during simulated bilateral clenching clenching)

  • 정석조;정승미;강동완
    • 구강회복응용과학지
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    • 제17권4호
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    • pp.245-256
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    • 2001
  • The purpose of this study is to analyze the mechanical stress and displacement on the jaws during the simulated bilateral clenching task on the three-dimensional finite element model of the dentated skull with unilateral molar loss. For this study, the computed tomography(G.E.8800 Quick, USA) was used to scan the total length of human skull in the frontal plane at 2.0mm intervals. The fully assembled finite element model consists of the articular disc, maxilla, mandible, teeth, periodontal ligament and cranium. The FE model was used to simulate the bilateral clenching in intercuspal position. The loading condition was the force of the masseter muscle exerted on the mandible as reported by Korioth et al. degrees of freedom of the zygomatic region where the masseter muscle is attached were fixed as restraints. In order to reflect the actual action of the muscles force, the displacement of the region was attached where the muscle is connected to the temporal bone and restraint conditions were given values identical to values at the attachment region of the masticatory muscle but with the opposite direction of the reaction from when the muscle force is acted on the mandible. Although the mandible generally has higher displacement and von Mises stress than the maxilla, its mandibular corpus on the molar-loss side has a higher stress and displacement than the molar-presence side. Because the displacement and von Mises Stress was the highest on the lateral surface of mandibular corpus with molar loss, the stress level of the condyle on the molar-loss side is greater than that of the molar-presence side, which in turn caused the symphysis of the mandible to bend. In conclusion, the unilateral posterior bite collapse with molar loss under para-functional activities such as bruxism and clenching can affect the stress concentration on the condyle and mandibular corpus. It is therefore necessary to consider the biomechanical function of dento-skeleton under masticatory force while designing the occlusal scheme of restoration on alveolar bone with the posterior collapse.

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산림유역의 토지변형에 따른 수질과 토사생산량 변화 - 일본 시라루토로호수 지역의 연구 결과 - (Changes in Water Quality and Sediment Yield in the Forest Catchment - A Study of the Lake Shirarutoro Area in Northern Japan -)

  • 안영상
    • 한국환경생태학회지
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    • 제23권6호
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    • pp.569-576
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    • 2009
  • 산림벌채와 농경지 개발에 의한 토사와 영양염류의 유출은 시라루토로호수의 생물서식지 환경을 악화시키고 있다. 산림벌채와 농업활동이 수질에 미치는 영향을 조사하기 위해 산림벌채와 농경지 개발에 의한 토사와 영양염류의 유출은 시라루토로호수의 생물서식지 환경을 악화시키고 있다. 산림벌채와 농업활동이 수질에 미치는 영향을 조사하기 위해 토지이용에 따른 총질소와 총인의 변화를 분석하고, 이들의 분석 결과를 다른 연구자료와 비교하였다. 호수의 총질소와 총인은 산림면적 증가에 따라 감소하고, 농지면적이 증가하면 높은 농도를 나타내었다. 그러나 시라루토로호수의 수질은 좁은 농지면적과 넓은 산림으로 둘러싸여 있음에도 불구하고 총질소와 총인의 농도가 높게 나타났다. 이는 유역의 토지이용이 호수에 인접한 곳에서 행해지고 있어 호수 수질에 영향을 미친 것으로 사료되었다. 토지이용에 따른 유역의 토사생산량 변화를 추정하기 위해 호수 토사퇴적물 시료 11개를 채취하여 약 300년 동안의 토사동태를 조사하였다. 채취한 호수 퇴적물에는 2개의 화산재층(1694년의 Ko-c2층 과 1739년의 Ta-a층)과 세슘($^{137}Cs$)피크(1963년)가 존재하였고, 이들의 연대를 이용하여 약 300년간 유역의 토사생산량을 분석하였다. 초기개발기(1694~1739과 1739~1963)에는 8.4~8.9 tons/$km^2$/year의 토사가 유역으로부터 생산되었고, 1960년대 이후 산림벌채와 농지개발로 인하여 21.1 tons/$km^2$/year(1963~2007)으로 토사생산량이 증가하였다.

고강도 모르타르 충전식 철근이음의 구조성능에 관한 실험연구 (Structural Performance of High Strength Grout-Pilled Splice Sleeve System)

  • 김형기;안병익;남재현;박복만
    • 콘크리트학회논문집
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    • 제13권5호
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    • pp.516-524
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    • 2001
  • 여러가지 철근이음 방법중에서 고강도 모르타르 충전식 철근이음은 철근위치의 오차를 쉽게 흡수하여 시공이 용이하고 또한 최근에 많이 사용되고 있는 대구경 철근에 대해서도 적용성이 양호하기 때문에 프리캐스트 공법의 철근이음 방법으로 매우 유효한 수단이 된다. 이에 본 연구에서는 모르타르 충전식 철근이음법의 적용범위를 보다 확장하기 위하여 슬리브에 매입되는 철근직경이 상이한 경우와 충전 모르타르 강도를 700kgf/$\textrm{cm}^2$대로 낮춘 경우의 모르타르 충전식 철근이음에 대한 단조 및 반복가력 구조성능 실험을 실시한 후에 기존 실험결과와의 비교 분석을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 충전 모르타르 압축강도가 증가할수록 전체적인 구조성능은 증가하는 경향을 나타내었고 충전 모르타르 압축강도가 700kgf/$\textrm{cm}^2$이상이고 철근정착길이가 6.5d 이상이면 A급(AIJ 철근이음 성능 판정기준) 이상의 구조성능을 보유하고 있는 것이 확인되었다. 또한 슬리브 양단에 매입되는 철근의 직경이 상이한 경우는 굵은 철근에 대응되는 슬리브를 사용해야 하고 매입되는 가는 철근은 굵은 철근보다 2단계까지 가는 것을 사용할 수 있다는 것이 확인되었다.

GFRP 보강근으로 보강된 바닥판의 보강비에 따른 정적 및 피로성능 평가 (Evaluation of Static and Fatigue Performances of Decks Reinforced with GFRP Rebar for Reinfocement Ratio)

  • 유영준;박영환;최지훈;김장호
    • 콘크리트학회논문집
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    • 제26권4호
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    • pp.491-497
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    • 2014
  • 철근의 부식은 철근콘크리트 교량 바닥판의 성능 저하에 큰 요인으로 작용한다. FRP는 비부식성 재료이기 때문에 이를 활용하여 보강근을 개발하려는 노력이 이루어지고 있다. 여러 종류의 FRP 보강근이 개발되었으나 아직 활용 실적은 많지 않은 상황이다. 그 이유로는 FRP 보강 콘크리트 구조물에 대한 단/장기 검증 데이터가 부족하기 때문이다. 이 연구에서는 GFRP 보강 바닥판에 대한 피로성능을 관찰하기 위해서 길이 4000 mm, 폭이 3000 mm, 높이 240 mm인 실제 크기의 교량 바닥판을 도로교설계기준을 준용하여 제작한 후 실험을 실시하였다. 하부 보강비를 변수로 설정하였으며 DB-24 하중이 바닥판 중앙에 집중 작용하는 것으로 실험을 실시하였다. 사용하중의 3.5, 4.5, 5.0배에 해당하는 다양한 하중을 2백 만회 이상 반복 재하하여 GFRP 보강 바닥판의 피로성능을 관찰하였다. 실험 결과 거더가 횡구속된 GFRP 보강 바닥판의 최대성능은 보강근비에는 민감하지 않았고, 피로성능은 보강비보다는 적용하중의 크기에 민감하며, 바닥판이 200만회 이상 반복재하에 저항하기 위해서는 재하되는 집중하중의 크기는 최대하중의 58% 수준 이하이어야 하며, 이 연구의 실험 대상 GFRP 보강 바닥판의 피로수명은 철근 콘크리트 바닥판의 수명 예측값보다는 다소 낮은 값을 나타내었고 FRP 보강 콘크리트 바닥판의 기존 예측값보다는 높은 값을 나타내었다.

부산 연안해역의 잔류성 유기오염물질과 중금속 오염평가: 퇴적물 오염지수 적용 (Assessment of Persistent Organic and Heavy Metal Contamination in Busan Coast: Application of Sediment Quality Index)

  • 한기명;홍상희;심원준;나공태;김경태;하성용;장미;김기범
    • Ocean and Polar Research
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    • 제38권3호
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    • pp.171-184
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    • 2016
  • In order to assess the level of contamination and identify the priority contaminants in the Busan coast, intensive sediment sampling was conducted and persistent organic pollutants and heavy metals were analyzed. The Sediment Quality Index (SQI) was derived based on the contaminant data by comparing with Sediment Quality Guidelines (SQGs) established in Korea, Canada, and Australia/New Zealand. Toxic contaminants were found to be widely distributed across the coast. Among organic contaminants, PAHs showed the highest concentration, followed by butyltins, nonylphenols, PBDEs, DDTs, PCBs, HCHs and CHLs. Heavy metals were also abundantly detected with the highest concentration of Zn followed by Cu > Cr > Pb > Ni > As > Cd > Hg. Compared to organic contaminants, most heavy metals, except for Cu and Hg, were homogeneously distributed along the coast in a good relationship with total organic carbon of sediment particles. In general, the concentrations of organic compounds and heavy metals were highest at the inner part of harbor areas with a tendency to decline from inside areas to the outside, indicating the high loading of pollutants from harbors. A high exceedance for low-SQGs and high-SQGs was found for TBT, p'-DDT, p,p'-DDD, Cu and Zn. The SQI scores calculated from low-SQGs and high-SQGs were in the range of 18-100 and 54-100, respectively. The inner part of Busan Harbor, Dadaepo Harbor, and Gamcheon Harbor were observed as being regions of concern. Overall, TBT, Cu, and p,p'-DDT were the chemicals most frequently exceeding SQGs and influencing SQI scores.

시화호의 수환경 진단과 수질회복 평가 (Diagnosis of Water Environment and Assessment of Water Quality Restoration in Lake Shihwa)

  • 김동섭;고석구
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제33권5호
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    • pp.551-559
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    • 2000
  • 서해안의 신도시 및 산업단지 근교에 위치한 인공 시화호에서 유입지천 부근의 상류쿠터 최하류의 수문부근까지 3~8개 지점에서 1994년~1999년에 걸쳐 수환경 오인을 매월 1~2회 조사하였다. 환경요인은 연평균 $COD_{Mn}$, 엽록소 $\alpha$, 총질소, 총인농도 및 투명도가 각각 5.2~15.1mg/L, $7.3~148.1\;\mu\textrm{g}$/L, 1.50~4.48 mgN/L, 0.055~0.281 mgP/L 및 0.5~1.4 m로서 중영양단계에서 과영양단계까지의 수질을 보였다. 시화호가 조성된 1994년부터 1997년 3월 이전까지의 수질은 외부 또는 내부의 저층으로부터 부하되는 오염물질이 지속적으로 호소내에 축적되어 극도로 악화되었다. 수질오염은 연중 식물플랑크톤이 대발생하는 생물학적 현상으로 뚜렷하게 나타났다. 반면에 1997년 3월부터 1999년까지는 다양한 수질개선대책의 시행으로 빠른 속도의 수질회복이 관찰되었고, 1999년의 수질은 담수화 초기의 수질로 회복된 것으로 조사되었다. 시화호의 수질회복은 1997년 7월부터 시행한 해수유통에 의해 가장 큰 효과를 보였고, 1997년 3월부터 운영한 반월공단 및 시화공장의 차집수로에 의한 유입부하량 저감으로 수질회복효과를 더욱 향상시킨 것으로 평가되었다.

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버블의 크기별 입도분포와 부상시간과의 상관특성에 관한 연구 (A Study on the Relation Characteristics between Bubble Size Distribution and Floating Time)

  • 전건;박철휘
    • 대한환경공학회지
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    • 제39권5호
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    • pp.277-281
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    • 2017
  • 최근 강우는 짧은 시간에 많은 비가 오는 특성을 자주 나타낸다. 이런 기상현상 때문에, 초기유출수와 합류식하수관거 월류수의 유입유량과 농도도 변화되고 있다. 이와 같이 유입조건이 변동되는 경우에는, 높은 수면적부하율을 가지는 부상방법이 공공수역의 수질관리에 적합하다. 왜냐하면 부상법은 공공수계의 요구조건을 충족 할 수 있기 때문이다. 현재까지 이러한 부상법의 검증과 진단을 위하여, 공급공기량과 유입SS량의 비율을 반영하여 왔다. 그러나 불행하게도 이러한 방식은 기술진단과 검증을 위한 판단기준으로는 그 한계를 가진다. 왜냐하면 부상속도와 시간요소가 상이한 버블분포에 의해 달라지기 때문이다. 부상속도와 시간은 처리시설의 용량에 영향을 준다. 왜냐하면 시간인자가 시설의 규모를 결정하기 때문이다. 그러므로, 동일한 공급공기량과 유입SS농도간 비율조건에서의 버블분포특성과 부상시간특성을 운영 및 기술진단 및 평가를 위한 판단기준으로 적용하여야만 한다. 따라서 이러한 필요에 따라, 이 논문 내용은 버블분포와 부상시간간 관계의 분석에 대한 실증적 일반화에 관한 연구이다.

토지이용패턴에 따른 하천수질과 식생분포 (The Quality of Water and Distribution of Vegetation According to Land Use Pattern)

  • 오영주;강병화;김병우;김성필;한민수;김진호;나영은
    • 한국환경농학회지
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    • 제25권1호
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    • pp.34-39
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    • 2006
  • 남한강 수계의 항금천과 사탄천, 만경강 수계의 익산천, 전주천, 고산천과 정읍천의 수계와 유역을 대상으로 수질, 토지이용현황, 식생을 조사한 결과 항금천, 사탄천과 고산천은 산림지역과 농경지로 구성되고 익산천은 대부분 농경지이며 축산단지가 형성되어 있고 전주천은 도시지역을 많은 범위에서 차지한다. 정읍천은 공업지역과 도시지역이 함께 분포하고 있는 것으로 조사되었다. 하천의 수질은 BOD, T-N, T-P는 익산천에서 가장 높게 나타났고 COD는 전주천에서 높게 조사되었다. 산림지와 농경지가 대부분인 항금천, 사탄천과 고산천은 수질이 양호한 것으로 분석되었다. 하천 식물의 종다양성은 상류보다 하류지역이 익산천을 제외하고 낮게 조사되었다. 생활형의 비교에서는 상류에서는 다년생이 대부분을 차지하고 있으며 하류에는 일년생이 높은 점유율을 보이고 있었다. 하천 수질과 토지이용 그리고 식물의 생활형은 상관관계를 가지며 하천의 농경지와 주거지 같은 인간의 영향이 있는 곳의 생태계의 교란은 하천의 수질과 식생에 영향을 미치는 것으로 판단되었다.