• 한국철도학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.480-488
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• 2016

최근 철도주변의 개발이 확산되고 있는 가운데 비개착공법을 이용하여 철도노반하부를 횡단하는 구조물을 시공하는 경우가 불가피하게 증가하고 있다. 그러나 기존선 하부를 횡단하는 구조물을 시공하는 경우 구조물 주변의 지반응력이완에 대하여 설계 시 검토는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 비개착공법 시공 시 구조물 주변지반의 응력이완에 대하여 실내토조실험을 통하여 지반의 응력이완 범위를 규명하였고, 지중경사계를 이용한 현장계측을 통하여 지반의 수평변위를 계측하였으며, 수치해석을 통하여 응력이완영역 및 선로지지강성을 분석하였다. 실내토조실험 결과 Rankine의 수평토압 영역과 유사한 파괴면이 생성되었으며, 지중경사계를 이용한 현장계측 결과, 강관의 압입 시기를 기준으로 급격하게 변위가 발생하였으며, 또한 수치해석 결과 해석된 수평토압이 Rankine의 수평토압에 가깝게 나타났으며, 비개착 구조물 주변 지반의 수직응력이 약 40% 감소함에 따라 노반지지강성이 크게 저하됨을 알 수 있었다. 이는 열차의 주행안정성 영향을 미쳐 탈선의 위험이 증가하므로 향후 기존선 하부를 통과하는 지하구조물 시공 시 구조물 주변의 보강이 반드시 필요할 것으로 판단된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권6호
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• pp.551-568
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• 2024

The present study deals with static and dynamic behaviors including forced vibrations of an elastic rectangular nano plate on the two-parameter foundation. Firstly, the rectangular plate is assumed to be subjected to uniformly distributed and eccentrically applied concentrated loads. The governing equations of the problem are derived by considering the dynamic response of the plate, employing a series of the Chebyshev polynomials for the displacement function and applying the Galerkin method. Then, effects of the non-essential boundary conditions of the plate, i.e., the boundary conditions related to the shearing forces, the bending moments and the corner forces, are included in the governing equation of motion to compensate for the non-satisfied boundary conditions and increase the accuracy of the Galerkin method. The approximate numerical solution is accomplished using an iterative process due to the non-linearity of the unilateral property of the two-parameter foundation. The plate under static concentrated load is investigated in detail numerically by considering a wide range of parameters of the plate and the foundation stiffnesses. Numerical treatment of the problem in the time domain is carried out by assuming a stepwise variation of the concentrated load and the linear acceleration procedure is employed in the solution of the system of governing differential equations derived from the equation of motion. Time variations of the contact region and those of the displacements of the plate are presented in the figures for various numbers of the two-parameter of the foundation, as well as the classical and nano parameters of the plate particularly focusing on the non-linearity of the problem due to the plate lift-off from the unilateral foundation. The effects of classical and nonlocal parameters and loading are investigated in detail. Definition of the separation between the plate and the two-parameter foundation is presented and applied to the given problem. The effect of the lift-off on the static and dynamic behavior of the rectangular plate is studied in detail by considering various loading conditions. The numerical study shows that the effect of nonlocal parameters on the behavior of the plate becomes significant, when nonlinearity becomes more profound, due to the lift-off of the plate. It is seen that the size effects are significant in static and dynamic analysis of nano-scaled rectangular plates and need to be included in the mechanical analyses. Furthermore, the corner displacement of the plate is affected more significantly from the lift-off, whereas it is less marked in the time variation of the middle displacement of the plate. Several numerical examples are presented to examine the sensibility of various parameters associated with nonlocal parameters of the plate and foundation. Both stiffening and softening nonlocal parameters behavior of the plate are identified in the numerical solutions which show that increasing the foundation stiffness decreases the extent of the contact region, whereas the stiffness of the shear layer increases the contact region and reduces the foundation settlement considerably.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권5호
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• pp.855-867
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• 2018

터널 굴진면 전방에 연약대가 존재할 때에는 종방향 아칭에 의해서 굴진면 직전영역에 응력이 증가되어 터널의 안정성이 영향을 받는다. 따라서 굴진면 전방에 연약대 존재 여부 및 연약대의 특성을 파악하여 이에 대한 대비책을 마련하는 것이 중요하다. 굴진면 전방 연약대의 예측 방법은 물리탐사 및 수치해석적 방법과 터널지보 및 보강방안에 대한 연구는 많이 이루어 졌으나 굴진면 전방 연약대의 폭과 이격거리에 따른 이완영역에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 굴진면 전방에 연약대 존재 시 연약대의 폭과 이격거리에 따른 이완영역에 대하여 실내모형실험을 통해 규명하였다. 모형시험기에 주문진 자연사를 이용하여 함수비 3.8%로 모형 원지반을 조성하였으며 모형 연약대는 모형 원지반과 같은 자연건조 상태의 주문진 자연사를 샌드커튼 방식으로 강사하여 조성하였다 연약대 폭과 굴진면과 연약대 간 이격거리를 변화시키며 실험을 수행하였다. 모형시험기는 상하반단면 굴착이 구현 가능하도록 제작하였으며, 토조 바닥에 로드셀을 설치하고 지표에 변위계를 설치하여 터널굴착에 따른 연직응력 및 지표변위를 측정하였다. 지표침하는 연약대의 폭에 상관없이 굴진면과의 이격거리가 0.25D 이내에서 급격히 증가하였고, 수직응력 및 수평응력 또한 이격거리가 0.5D 이내에서부터 증가하는 경향이 나타났다. 실험결과 종방향 아칭의 영향은 터널 전방 1.0D 영역 내부터 형성된다고 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.293-303
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• 2012

최근 건설기술의 발전에 따라 구조물이 대형화, 고층화, 장대화되고 있으며, 동시에 다양한 기능을 수행하고 있다. 그러나 요즘 들어 그 빈도수가 증가하고 있는 충돌 사고나 테러에 의한 폭발, 화재 등에 의한 극한하중이 상기의 구조물에 작용할 경우, 구조물의 손상뿐만 아니라 인명과 재산의 피해 정도가 상당히 커질 수 있다. 특히, 충격이나 폭발하중은 구조물에 작용하는 압력 또는 하중이 매우 짧은 시간에 발생하게 되고, 이러한 하중을 받는 구조물은 준-정적(quasi-static) 하중을 받는 구조물과는 다른 응답을 나타내게 되며 반드시 변형률 속도와 손상 효과를 고려해서 설계가 이루어져야 한다. 그러므로 이 연구에서는 콘크리트 슬래브의 충격저항성능 향상을 위해서 강섬유를 전체 부피의 0%에서 1.5%까지 혼입하고, 두 가지 종류의 FRP 시트를 인장부에 보강하여 저속 충격하중에서의 휨 실험을 수행하였다. 실험 결과 FRP 시트를 인장부에 보강할 경우에 최대 충격하중 및 소산에너지, 파괴 시의 타격 횟수가 증가하였으며, 최대 처짐 및 회전각은 감소하여 충격저항성능이 크게 향상되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 추후 극한하중에 노출될 수 있는 주요 시설물의 설계 시 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 이 논문에서는 두 가지 종류의 FRP 시트로 보강된 강섬유 보강 콘크리트 슬래브의 저속 충격하중에서의 동적응답을 해석하기 위하여 외연적 시간적분에 기초한 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하였으며, 해석 결과 오차율 5% 이내로 비교적 정확하게 최대 처짐을 예측하는 것으로 나타났다.