• Structural Engineering and Mechanics
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• 제36권1호
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• pp.111-127
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• 2010

This paper studies the effects of spatially varying ground motions on the responses of a bridge frame located on a canyon site. Compared to the spatial ground motions on a uniform flat site, which is the usual assumptions in the analysis of spatial ground motion variation effects on structures, the spatial ground motions at different locations on surface of a canyon site have different intensities owing to local site amplifications, besides the loss of coherency and phase difference. In the proposed approach, the spatial ground motions are modelled in two steps. Firstly, the base rock motions are assumed to have the same intensity and are modelled with a filtered Tajimi-Kanai power spectral density function and an empirical spatial ground motion coherency loss function. Then, power spectral density function of ground motion on surface of the canyon site is derived by considering the site amplification effect based on the one dimensional seismic wave propagation theory. Dynamic, quasi-static and total responses of the model structure to various cases of spatially varying ground motions are estimated. For comparison, responses to uniform ground motion, to spatial ground motions without considering local site effects, to spatial ground motions without considering coherency loss or phase shift are also calculated. Discussions on the ground motion spatial variation and local soil site amplification effects on structural responses are made. In particular, the effects of neglecting the site amplifications in the analysis as adopted in most studies of spatial ground motion effect on structural responses are highlighted.

• Geomechanics and Engineering
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• 제12권4호
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• pp.723-738
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• 2017

Rock is a heterogeneous material, which introduces complexity in the analysis of rock slopes, since both the existing discontinuities within the rock mass and the intact rock contribute to the degradation of strength. Rock failure is often catastrophic due to the brittle nature of the material, involving the sliding along structural planes and the fracturing of rock bridge. This paper proposes an advanced discretization method of rock mass based on block theory. An in-house software, GeoSMA-3D, has been developed to generate the discrete fracture network (DFN) model, considering both measured and artificial joints. Measured joints are obtained from the photogrammetry analysis on the excavation face. Statistical tools then facilitate to derive artificial joints within the rock mass. Key blocks are searched to provide guidance on potential reinforcement measures. The discretized blocky system is subsequently implemented into a discontinuous deformation analysis (DDA) code. Strength reduction technique is employed to analyze the stability of the slope, where the factor of safety can be obtained once excessive deformation of slope profile is observed. The combined analysis approach also provides the failure mode, which can be used to guide the choice of strengthening strategy if needed. Finally, an illustrated example is presented for the analysis of a rock slope of 20 m height inclined at $60^{\circ}$ using combined GeoSMA-3D and DDA calculation.

• 터널과지하공간
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• 제12권4호
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• pp.304-311
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• 2002

절리의 기하학적 특성이 절리의 수직변형 및 투수성에 미치는 영향에 대해 수치해석적 방법을 통해 연구하였다. 실험적 계측 결과에 의하면, 절리의 간극은 통계적 방법에 의해 묘사되며 이에 근거하여 수치해석에 사용할 수 있는 절리를 모사할 수 있었다. 이를 위해. 자동 상관관계 함수를 이용하여 다양한 공간 상관길이의 인공 절리를 발생하였으며, 이를 토대로 수직변천 모델 및 수리해석 모델을 개발하였다. 수직변형 모델은 수직응력에 의한 절리면의 압축과 변형을 고려하여 절리의 변형거동을 해석하려 시도하였으며, cubic law에 근거한 유한차분법을 이용하여 수리해석을 수행하였다. 여러 가지 공간 상관길이의 인공 절리에 대한 수직변형 거동 및 이에 따른 수리해석의 결과, 간극의 공간 상관길이가 증가함에 따라 절리의 수직변형 및 투수성 감소가 분명하였다. 절리의 수직강성 역시 간극의 상관길이에 영향을 받는 것으로 나타났으며, 이로 인해 절리의 투수성이 수직강성과 내재적 관계가 있음을 유추할 수 있겠다. 본 연구 결과는 공학적 프로젝트로 인한 절리 암반의 수리-역학적 거동을 이해하는데 공헌할 것으로 사료된다.

• 터널과지하공간
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• 제16권6호
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• pp.467-475
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• 2006

최근 국외에서는 터널막장의 안정을 위해 막장볼트의 시공실적이 급증하고 있고 관련된 많은 실험, 계측 등의 자료가 발표되고 있지만 현장마다 지반조건, 볼트 종류가 틀리기 때문에 설계 단계에서 최적의 타설개수를 결정하는 것은 매우 어렵다. 본 연구에서는 우선 현장조사를 통하여 사용되는 막장볼트의 종류, 개수 등을 분석하였다. 이결과 막장볼트는 다른 공법과 병용하여 사용되는 경우가 많기 때문에 지반조건과의 상관관계는 보이지 않았다. 또한 현장조사를 바탕으로 한 실내시험 및 수치해석을 통해 터널 막장이 볼트로 보강되었을 경우 지반 및 볼트의 거동을 분석하였으며 특히 타설개수에 초점을 맞추었다. 실험결과 막장볼트의 개수가 증가할수록 지표면 침하 및 막장수평변위는 지수함수 형태의 변위감소 분포를 보이고 있는 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.237-244
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• 2016

본 연구는 재료비선형 문제를 다루기 위한 비선형 MLS 차분법의 정식화 과정을 제시한다. MLS 차분법은 절점모델을 기반으로 고속 미분근사식을 활용하여 지배 미분방정식을 직접 이산화 하는데, 변수를 변위로 일원화한 Navier 방정식을 사용하여 탄성재료 문제를 다룬 기존의 MLS 차분법은 재료의 구성방정식을 별도로 고려할 수 없다. 본 연구에서는 비선형 재료의 구성방정식을 반영할 수 있는 강정식화를 위해 1차 미분근사를 반복 사용하는 겹미분근사를 고안했다. 응력의 발산으로 표현되는 평형방정식을 그대로 이산화하고 Newton 방법을 적용하여 반복계산을 통해 수렴해를 찾는 비선형 알고리즘을 제시했다. 응력 계산과 내부변수의 갱신은 return mapping 알고리즘을 활용하였고, 알고리즘 접선계수(algorithmic tangent modulus)의 적용을 통해 빠르고 안정적인 반복계산이 가능하도록 하였다. 재생성 시험을 통해 겹미분근사의 정당성을 검증했고, 비선형재료에 대한 인장문제의 해석을 통해 개발된 비선형 MLS 차분 알고리즘의 정확성과 안정성을 확인하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제5권5호
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• pp.507-521
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• 1997

The ultimate behavior of a reinforced concrete hyperbolic paraboloid saddle shell under uniformly distributed vertical load is investigated using an inelastic, large displacement finite-element program originally developed at North Carolina State University. Unlike with the author's previous study which shows that the saddle shell possesses a tremendous capacity to redistribute the stresses, introducing tension stiffening in the model the cracks developed are no longer through cracks and formed as primarily bending cracks. Even though with small tension stiffening effect, the behavior of the shell is changed markedly from the one without tension stiffening effect. The load-deflection curves are straight and the slope of the curves is quite steep and remains unchanged with varying the tension stiffening parameters. The failure of the shell took place quite suddenly in a cantilever mode initiated by a formation of yield lines in a direction parallel to the support-to-support diagonal. The higher the tension stiffening parameters the higher is the ultimate load. The present study shows that the ultimate behavior of the shell primarily depends on the concrete tensile characteristics, such as tensile strength (before cracking) and the effective tension stiffening (after cracking). As the concrete characteristics would vary over the life of the shell, a degree of uncertainty is involved in deciding a specified ultimate strength of the saddle shell studied. By the present study, however, the overload factors based on ACI 318-95 are larger than unity for all the cases studied except that the tension stiffening parameter is weak by 3 with and without the large displacement effect, which shows that the Lin-Scordelis saddle shell studied here is at least safe.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제74권5호
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• pp.679-698
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• 2020

In this paper, the meshless local Petrov-Galerkin (MLPG) method is developed for dynamic analysis of non-symmetric nanocomposite cylindrical shell equations of elastic wave motion with nonlinear grading patterns under shock loading. The mechanical properties of the nanocomposite cylinder are obtained based on a micro-mechanical model. In this study, four kinds of grading patterns are assumed for carbon nanotube mechanical properties. The displacements can be approximated using shape function so, the multiquadrics (MQ) Radial Basis Functions (RBF) are used as the shape function. In order to discretize the derived equations in time domains, the Newmark time approximation scheme with suitable time step is used. To demonstrate the accuracy of the present method for dynamic analysis, at the first a problem verifies with analytical solution and then the present method compares with the finite element method (FEM), finally, the present method verifies by using the element free Galerkin (EFG) method. The comparison shows the high capacity and accuracy of the present method in the dynamic analysis of cylindrical shells. The capability of the present method to dynamic analysis of non-symmetric nanocomposite cylindrical shell is demonstrated by dynamic analysis of the cylinder with different kinds of grading patterns and angle of nanocomposite reinforcements. The present method shows high accuracy, efficiency and capability to dynamic analysis of non-symmetric nanocomposite cylindrical shell, which it furnishes a ground for a more flexible design.

• 터널과지하공간
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• 제25권1호
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• pp.76-85
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• 2015

본 연구에서는 암반사면에서 실시간으로 측정된 시간에 대한 변위 자료를 분석하여 암반사면의 잠재적인 파괴시간을 예측하는 소프트웨어를 개발하였다. 소프트웨어는 파괴시간을 추정하기 위한 역속도법, 로그시간-로그속도법, 로그속도-로그가속도법, 비선형최소자승법을 적용하는 네 가지 모듈로 구성되었다. 소프트웨어는 해석모듈 및 GUI의 효율적인 구현을 위하여 VisualBasic.NET 언어를 이용하여 MS Visual Studio 플랫폼에서 제작되었다. 소프트웨어의 기능 및 성능은 기존의 실내 모형사면 실험으로 얻은 변위자료를 사용하여 검토되었으며 지수형 거동을 보이는 활동면에서 실제 파괴시간과 유사한 파괴시간을 예측하였음을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제27권2호
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• pp.89-99
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• 2017

이산화탄소 지중저장 사업의 성공적인 수행을 위해서는 저장시스템의 안정성을 확보할 수 있는 대상 지층을 선정하고 현장 지질조건에 최적화된 주입 조건을 설계해야 한다. 본 연구에서는 국내 실증실험 대상 예상후보지의 하나인 장기분지의 지질구조를 바탕으로 2차원 간략해석모델을 구축하고 TOUGH-FLAC 연계해석기법을 사용하여 초기응력조건과 주입량이 이산화탄소 격리저장시스템에 미치는 영향을 분석하였다. 기초해석 결과, 수직응력이 수평응력보다 우세한 정단층 응력조건에서 전단미끄러짐 가능성이 가장 높은 결과를 보였으며, 단위시간당 주입량을 달리하는 주입량 시나리오 해석에서는 주입량을 단계적으로 증가시켜 주입하는 경우가 공극압의 증가폭이 가장 크고 활동마찰계수를 이용한 전단미끄러짐 가능성 평가 결과에서도 가장 불리한 것으로 평가되었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제47권6호
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• pp.881-898
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• 2013

This paper describes analytical investigation into a new dual function system including a couple of shear links which are connected in series using chevron bracing capable to correlate its performance with magnitude of earthquakes. In this proposed system, called Chevron Knee-Vertical Link Beam braced system (CK-VLB), the inherent hysteretic damping of vertical link beam placed above chevron bracing is exclusively utilized to dissipate the energy of moderate earthquakes through web plastic shear distortion while the rest of the structural elements are in elastic range. Under strong earthquakes, plastic deformation of VLB will be halted via restraining it by Stopper Device (SD) and further imposed displacement subsequently causes yielding of the knee elements located at the bottom of chevron bracing to significantly increase the energy dissipation capacity level. In this paper first by studying the knee yielding mode, a suitable shape and angle for diagonal-knee bracing is proposed. Then finite elements models are developed. Monotonic and cyclic analyses have been conducted to compare dissipation capacities on three individual models of passive systems (CK-VLB, knee braced system and SPS system) by General-purpose finite element program ABAQUS in which a bilinear kinematic hardening model is incorporated to trace the material nonlinearity. Also quasi-static cyclic loading based on the guidelines presented in ATC-24 has been imposed to different models of CK-VLB with changing of vertical link beam section in order to find prime effectiveness on structural frames. Results show that CK-VLB system exhibits stable behavior and is capable of dissipating a significant amount of energy in two separate levels of lateral forces due to different probable earthquakes.