간행물
복합신소재구조학회 논문집 KCI 등재 Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
- 발행기관 한국복합신소재구조학회
- 자료유형 학술지
- 간기 격월간
- ISSN 2093-5145 (Print)2288-0232 (Online)
- 수록기간 2010 ~ 2024
- 주제분류 공학 > 토목공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 532DDC 624
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Vol. 13 No. 6 (2022년 12월) 13건
1.
2022.12
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이 연구에서는 강관말뚝과 확대기초의 연결을 위한 유공강판 전단연결재를 개발하기 위하여 유공전단키의 형상을 결정하기 위한 인장실험과 유한요소해석을 수행하였다. 즉, 인장시험편과 같은 평판 형태의 유공강판은 펀치 형 돌기와 굴곡형 돌기의 유공전단키를 갖도록 형성하고 이을 원주형 콘크리트 내에 매립하여 인장실험을 수행하였 으며, 실험 결과는 유한요소해석 결과와 비교하였다. 또한, 유한요소해석을 수행하여 적절한 유공전단키의 종류 및 돌기 폭을 결정하였으며, 이를 통해 결정한 굴곡형 유공전단키에 대한 높이를 결정하기 위한 추가 해석을 수행하였 다. 해석 결과, 굴곡형 돌기의 경우에는 전단저항력을 최대로 확보하고 인장력의 저하를 최소화하기 위하여 돌기의 높이를 두께의 2배로 하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
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2.
2022.12
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콘크리트 바닥판의 파손 등으로 인하여 강합성 거더 교량의 생애주기가 짧아짐에 따라 프리캐스트 바닥판을 사용한 모듈화 공법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 바닥판의 해체 시 발생하는 분진 및 소음으로 인한 환경적 측면에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구는 기존 용접 스터드 볼트를 대체할 수 있는 볼트 접합 전단연결재의 성능을 검증하기 위하여 정적강도 실험 및 피로강도 실험을 수행하였다. 실험결과 200만 회 피로하중에 대하여 실험체의 균열 및 파괴 양상은 관측되지 않았으며, 이후 실시한 잔류강도 실험 또한 정적강도 실험과 동일한 것으로 확인되었다.
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3.
2022.12
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과학과 기술의 발달로 복합재료, 합금, 고강도 탄소섬유, 고분자 재료 등 지능형 소재가 개발되고 있다. 다양한 엔지 니어링 분야에서 이러한 첨단 재료의 응용을 연구하기 위해 전 세계적으로 광범위한 연구가 진행되고 있다. 초탄성 형상기억합 금(SSMA)은 깃발 모양의 히스테리시스 거동을 가지며 추가적인 열처리 없이 응력 완화로 인한 잔류 변형이 거의 없는 신뢰성 이 높은 내진 재료이다. 그러나 공학 문제에서 SSMA 효율성을 연구하기 위한 수치 모델의 개발은 여전히 어려운 작업이다. 본 연구에서는 SSMA 인장시험의 실험결과를 통해 유한요소해석 프로그램인 Abaqus와 수치해석 프로그램인 OpenSEES를 이용하여 재료 모델을 구현한 후 해석결과의 거동 특성 및 에너지 소산을 분석하였다.
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4.
2022.12
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국내에서 공용중인 교량은 33,177개로 사회기반시설 중 가장 많은 비중을 차지한다. 이러한 교량은 공용하중, 온도, 습도 등에 의해 거더에 신축량이 발생하게 되고, 거더간 유간거리에 대한 안정성을 확보하기 위해 신축이음장치를 설치한다. 신 축이음장치에는 교량의 누수 및 퇴적물 낙하 등을 방지하기 위해 고무지수재를 설치하는 것이 일반적이다. 하지만 이러한 고무 지수재는 다양한 원인에 의해 쉽게 손상이 발생하게 된다. 손상된 고무지수재를 통해 거더의 부식, 교량하부 인명사고 등 다양 한 2차 피해가 발생할 수 있다. 이러한 피해를 예방하기 위해 교량의 유지관리를 수행하고 있지만 고무지수재 특성상 지속적인 교체는 불가피한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 신축이음장치에 활용되는 고무지수재의 문제점을 해결하기 위하여 초탄 성 형상기억합금을 활용한 새로운 지수재 개발 연구를 수행하였다. 초탄성 형상기억합금 지수재에 대한 유한요소해석을 수행 및 분석하였으며, 복원 효과를 통해 지속 사용 가능한 지수재 연구를 검증하였다.
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5.
2022.12
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대표적인 비구조요소인 배관의 지진에 의한 손상은 관성력과 두 지지점 사이의 위상차에 의해 작용하는 반복하중 그 리고 허용변형량을 초과하는 상대변위 등에 의해 발생할 수 있다. 특히 주요 손상모드는 큰 반복하중에 의한 저주기피로임이 많은 실험적 연구를 통하여 알려졌다. 따라서 과도한 지진변위에 의한 배관의 손상을 방지하기 위하여 지진상대변위가 발생할 수 있는 위치에 지진분리이음 또는 지진분리장치의 적용이 요구된다. 신축관이음 중 하나인 벨로우즈는 지진분리이음으로 적용 할 수 있다. 본 논문에서는 3ply 금속 벨로우즈 신축관이음의 온도차에 의한 내진성능의 변화를 분석하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 상온환경에서 점진증폭 반복하중재하실험을 수행하였으며, -20°C의 저온조건에서 동일한 실험을 수행하고 그 결과 를 비교하였다. 실험 결과로부터, -20°C의 저온환경에서 금속벨로우즈의 변위성능은 약 10% 저하될 수 있음을 확인하였다.
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6.
2022.12
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교량 인프라는 국민의 경제와 사회적 활동에 반드시 필요한 물리적 기반시설이고, 국민의 안전과 편의성에 직결되는 시설이므로 국민의 입장에서 편익을 고려해야 한다. 교량의 구성요소 중 바닥판은 교량 전체의 생애주기 동안 필연적으로 교체 시기가 도래하고 파손 등으로 인한 부분 교체도 빈번하게 이루어지고 있다. 바닥판 교체공사 시 거더와 바닥판을 합성하는 기 존 용접 전단연결재의 문제점을 해결하기 위한 볼트 접합 전단연결재(DY볼트)는 바닥판 철거 공정에서 파쇄를 최소화하고 교 체공사를 위한 전단연결재 재시공이 용이하여 공사 기간을 기존 대비 단축할 수 있는 것으로 분석되었다. 공사기간 중 도로차 단으로 인해 발생하는 도로이용자비용을 산출하여 기존 공법과 비교하는 방법으로 볼트 접합 전단연결재를 적용한 강합성 교량 의 경제성을 도로이용자(국민) 입장에서 분석하였다.
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7.
2022.12
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PSC거더 합성교량에 있어 노후(손상)된 바닥판을 교체할 경우에는 기존에 설치된 철근 전단연결재의 손상과 함께 파 쇄에 따른 소음 및 비산먼지 등이 많이 발생한다. 이러한 환경적 문제와 함께 교체공사 기간이 길어져 경제적 비용 또한 크게 증가한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 PSC거더에 매립되지만 쉽게 분리할 수 있는 분리식 전단연결재를 제안 하였다. 제안한 분리식 전단연결재의 전단강도성능과 파괴거동을 확인하기 위해 유한요소해석을 통한 변수연구와 함께 수평전 단실험을 수행하였다. 해석연구를 통해 T-sleeve 하부에 Y형상의 테이퍼진 면을 갖는 경우에 볼트체결력에 따른 쐐기효과로 인 해 T-sleeve와 볼트 사이의 제작 공차가 있더라도 초기 슬립이 발생하지 않고 충분한 초기강성을 확보하는 것을 확인하였다. 또 한, 전단연결재의 배치 방향에 따른 영향은 전단성능에 영향을 주지 않는 것을 확인하였다. DY전단연결재는 기존 방식인 철근 전단연결재 모델과 비교실험을 통해 전단강도성능은 동등 이상을 확보하고 있으며, 슬립변위량 또한 연성설계기준인 6mm 이상 을 만족하는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 제안된 분리식 전단연결재는 추가적으로 합성거더 실험 등의 검증을 거친다면 노후 바닥판의 철거 및 교체에 유용한 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.
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8.
2022.12
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본 논문은 철근을 대체재로 CFRP 그리드의 적용 가능성을 평가하기 위한 해석적 연구 결과를 보고한다. CFRP 그리 드로 보강된 콘크리트 보의 휨거동 예측을 위한 유한요소해석은 상용 구조해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 수행되었다. 제안된 유한요소해석 모델은 Kwak et al.(2022)에 의해 수행된 실험 결과에 대한 재현해석을 통해 검증되었다. 해석에서 도출된 파괴양상은 실험 결과와 비교적 정확히 예측되었다. 또한 유한요소해석에서 예측된 극한하중 및 극한하중에서의 처짐은 실험 결과와 각각 9%, 12%의 미미한 오차를 보였으며, 제안된 유한요소해석모델의 정확성은 검증되었다. 제안된 해석모델을 FE해석 모델을 이용하여 CFRP 그리드로 보강된 콘크리트 부재의 휨강도에 영향을 미치는 인자를 확인하기 위해 매개변수해석이 수행 되었다. 매개변수해석 결과, CFRP 그리드의 단면적이 CFRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨성능에 상당한 영향을 끼치는 인 자로 확인되었다.
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9.
2022.12
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배관 시스템은 기체 및 액체 등의 에너지원을 수송하기 위해 사용되며 주로 건물 내부에 설치되거나 지반에 매립되 어 설치된다. 매립된 배관 시스템은 지진이나 지반침하와 같은 큰 상대변위를 받을 수 있으며 이는 배관의 연결부에 손상을 야 기할 수 있다. 벨로우즈는 기하학적 특성으로 축방향 및 회전 변형을 일부 허용한다. 그러므로 벨로우즈 신축관이음을 적용하면 큰 상대변위에 의한 손상을 줄일 수 있는 것으로 예상된다. 하지만 벨로우즈의 성형과정에서 회선의 벽 두께 감소가 발생할 수 있으며 이는 휨 및 인장 성능에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구는 단조하중을 받는 벨로우즈 신축관이음의 성능을 분석하기 위 한 실험적 연구를 수행하였다. 또한 단조하중 실험 결과를 바탕으로 벨로우즈 신축관이음의 유한요소모델을 구축하였으며 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 검증된 유한요소 모델을 이용하여 회선의 두께 감소에 의한 성능 변화를 분석하였다. 벽 두께 감 소율은 5%, 10%, 15%, 20%, 25%로 가정하였다. 해석 결과 인장 및 휨 하중에 따른 하중-변위 관계의 전체적인 강성과 최대 하 중이 감소하는 것으로 나타났다. 벽 두께 감소율이 25%일 때 인장 및 휨 하중에 따른 최대 하중은 각각 14%, 26% 감소하는 것 으로 나타났다.
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10.
2022.12
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본 연구는 실내실험 및 수치해석을 적용하여 GFRP 보강근의 콘크리트 휨 및 인발 부착성능을 분석하였다. 부착길이 변화에 대하여 철근 또는 GFRP로 보강된 콘크리트 보의 하중-변위 곡선을 도출하였다. 또한, 두 타입의 근에 대하여 인발 실험 을 수행하였다. 다음으로 3차원 유한요소 해석을 통하여 실험 결과를 검증하였다. 본 연구로부터 도출은 결과는 GFRP 보강근이 철근을 대체하는 휨 및 인발 부착 성능을 보유하고 있음을 보여 준다.
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11.
2022.12
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최근 토목공학 분야 내 현장조건을 구현할 수 있는 스마트 건설 기술의 요소기술로서 3D 프린팅 기술의 적용 분야 가 확대되고 있다. 센서기술의 보조도구, 모듈러 시공상 적용 등으로 다양하게 활용되고 있는 가운데 3D 프린팅 기술을 단순 부재 제작이 아닌 각각의 부재들이 최대 성능을 발휘할 수 있는 최적설계 도출 방안으로 활용하고자 한다. 이를 위해 3D 프린 팅 재질인 필라멘트를 활용하더라도 신뢰성 있는 최적설계가 도출이 가능한지에 대한 연구가 선행되어야 하며, 이에 본 연구에 서는 지반보강재 중 하나인 지오셀 관련 선행연구 결과와 필라멘트의 물성치가 적용된 해석 결과와의 비교를 통해 재료적 신뢰 성을 검증하고자 한다. 해석 결과, 지오셀 구성요소에 따른 보강성능의 경향이 기존 선행연구 결과와 일치함을 확인하였기에 필 라멘트를 활용하더라고 충분히 신뢰성 있는 최적설계가 도출이 가능할 것이라 판단된다.
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12.
2022.12
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본 논문에서는 인력에 의한 외관 조사의 단점을 해결하고 터널 안전 점검의 자동화를 위하여 터널 스캐닝 영상을 통 한 영상접합 자동화 알고리즘을 제시한다. 터널 스캐닝 영상을 통한 안전 점검은 기존 인력에 의한 외관 조사에 비해 조사 기 간과 인력을 크게 줄일 수 있으며 조사자의 안전사고와 교통체증에 따른 사회적 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. 터널 스캐닝 영상 기반 안전 점검을 위해서는 터널 스캐닝 영상의 접합을 통하여 평면 전개 이미지 자동화 생성이 핵심이다. 터널 스캐닝 영상 기반 평면 전개 이미지 생성의 자동화를 위하여 특징점 추출 및 특징점 매칭을 통한 다중촬영 이미지 간 접합 과 정이 주요한 요소이다. 본 연구에서는 터널 평면 전개 이미지 자동화 생성의 주요 요소인 이미지 접합의 성능을 높이고 기존 접합 기술에서 발생하는 오류를 해결하기 위하여 특징점 매칭 선분의 물리적인 특성을 고려하여 매칭 정확도를 높인 기술을 제 안하였다. 터널 이미지 중 약80∼90%를 이루는 타일부와 콘크리트부를 대상으로 기존기술의 특징점 매칭 결과와 제안 기술의 특징점 매칭 결과를 비교분석 하였으며 제안 기술을 통해 매칭 성능이 향상된 것을 확인하였다.
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13.
2022.12
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본 연구는 기계식 앵커와 FRP를 새로운 시스템으로 복합하여 새로운 메커니즘의 Hybrid 앵커모델의 파괴형태중 균 열을 영상기반으로 프로세싱하여 균열탐지하는 메카니즘을 제시하였다. 기존의 cascade mask R-CNN 방식보다 탐지율과 효율성 이 우수한 Dense-UNet 기법을 활용하여 균열탐사기법에 활용하였다. 기존의 균열 뿐 아니라 앵커주위의 Round crack도 함께 탐 사되어 앵커 설치후 초기 균열 탐사에 효율성을 크게 가질 수 있다고 판단된다. 따라서 향후연구에서는 이미지 프로세싱 타임 을 줄이면서 정확도를 높일수 있는 Post-Processing이 보완된다면 균열탐사 및 오탐을 줄이는데 크게 효과적일 것으로 사료된다. 또한 피사체와 카메라와의 거리를 계산하여 알고리즘에 고려한다면 구조적 균열기준인 0.3 mm의 균열 탐사에도 활용할 수 있 는 효과적인 기법이라 판단된다.
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