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 ~ 2025
- 주제분류 공학 > 토목공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 532DDC 624
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Vol.16 No.6 (2025년 12월) 12건
1.
2025.12
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본 연구는 부식에 취약한 강재의 대체 보강재로써 주목받는 CFRP 보강재의 피로 예측에 머신러닝을 적용하는 것이 타당한지 검토하였다. 이를 위해 선행 연구의 피로 시험 결과를 바탕으로 섬유-체적 비율 40, 50, 60, 80%의 데이터를 수집하였으며, 이 중 40, 50, 60% 섬유 함침율을 학습 데이터, 80% 섬유 함침율을 검증 데이터로 활용되었다. 머신러닝 학습에는 랜덤 포레스트 알고리즘 이 활용되었으며, K-폴드 교차 검증을 통해 알고리즘 내부의 하이퍼파라미터를 추정하였다. 그 결과, 최종 하이퍼파라미터는 결정 나무 200, 최대 깊이 20등으로 결정되었다. 해당 하이퍼파라미터를 적용한 피로 성능 예측 결과, 전반적으로 0.92∼0.97의 높은 결정 계수를 보여 충분한 예측 성능을 기대할 수 있을 것으로 나타났지만, 예측값과 실험값을 비교하는 산점도 분석 결과에서 3 mm 변위 수준의 예측값이 약 117만 사이클의 MAE를 보였다. 이는 적은 표본 수로 인해 학습 데이터에 과적합 되었음을 의미하는 명백한 증거 이며, 향후 지속적인 연구를 통해 개선할 필요가 있다.
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2.
2025.12
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새만금 방조제는 세계에서 가장 긴 방조제로서, 해수 유통, 홍수 조절, 농업 및 산업용수 공급 등 다양한 기능을 수행하는 국가 핵심 인프라이다. 방조제 내 교량은 해수와 내호를 연결하는 주요 구조물로, 교각부에 대형 배수갑문이 일체화되어 일반 교량과는 구성이 상이한 복합 구조적 특성을 지닌다. 그러나 2016년에 제정된 ｢지진⋅화산재해대책법｣과 2023년에 개정된 ｢지진가속도계측 설치 및 운영기준｣에 따르면, 방조제는 지진가속도계 의무 설치 대상 시설에서 제외되어 있다. 이에 따라, 국가적으로 중요한 시설임에 도 불구하고 상시적인 지진 모니터링 체계가 구축되어 있지 않은 실정이다. 최근 대규모 지진의 발생 빈도가 증가함에 따라 주요 사회 기반시설의 내진 성능 평가에 대한 요구가 커지고 있다. 특히 방조제 교량은 배수갑문이나 인양기와 같은 대질량 부속 구조물의 존재로 인해 지진 시 큰 관성력이 발생하며, 이에 따라 특정 주요 부재에 손상이 집중될 가능성이 크다. 본 연구에서는 새만금 방조제 내 배수갑문 교량을 대상으로 상세 비선형 시간이력 해석을 수행하였다. 해석 결과를 통해 잠재적 손상 부위를 도출하였으며, 향후 구조물 의 내진 성능 평가와 구조 건전성 모니터링체계 구축을 위한 지진가속도계의 최적 설치 위치를 제안하였다.
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3.
2025.12
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본 연구는 재생 플라스틱을 이용한 폴리머 복합소재 전철주의 구조적 거동을 해석적으로 규명하고 그 적용 타당성을 검증하 였다. 강재의 부식 및 탄소 배출 문제를 해결할 대안으로 주목받는 폴리머 복합소재는, 강재 대비 현저히 낮은 탄성계수로 인해 구조물 적용 시 과도한 변형을 제어하는 것이 기술적 핵심 과제이다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 본 연구에서는 재료의 강도보다 변형을 우선으로 제어하는 ‘강성 지배 설계(Stiffness-Governed Design)’를 채택하였다. 유한요소해석을 통해 국내 전철주 규격(KR E-03080)의 요구조건 만족 여부를 평가하여 폴리머 복합소재 전철주의 단면 강성 요구수준을 분석하였다. 매개변수 연구 결과, D302mm 단면에 탄성계수 16,000 MPa 이상의 폴리머 복합소재를 적용했을 때, 전철주 허용 처짐 기준을 안정적으로 만족하였다. 본 연구에서는 이처럼 비전통적 소재인 재생 플라스틱을 이용한 폴리머 복합소재가 어느 정도의 탄성계수를 확보한다면 철도 구조물로 서 요구되는 구조적 성능을 충분히 확보할 수 있음을 공학적으로 입증하였으며, 이는 폐자원의 고부가가치 재활용을 통한 순환 경제 및 탄소중립 실현에 기여할 수 있는 기술적 토대를 마련했다는 점에서 중요한 의의가 있다.
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4.
2025.12
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국내 GFRP 보강 콘크리트에 대한 설계기준이 제정되었으나, 국내 적용은 여전히 제한사항이 많은 상황이다. 특히, 국외 기준을 참고하면서 연구데이터가 부족하여 보수적으로 설계된 사항이 동일하게 적용되었지만, 국외보다 상대적으로 품질이 떨어지는 국내 GFRP 시장에서는 현장 적용이 쉽지 않은 실정이다. 이러한 이유로 국내외에서는 보수적인 설계기준을 개정하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 보 부재는 설계기준의 값이 얼마나 보수적인지 검증하는 연구가 주를 이루고 있으며, 기둥의 경우 GFRP 보강근 의 압축력에 대한 연구가 다수 진행되었다. 그 외에는 현재 설계기준에 활용하기 위해 다양한 콘크리트 부재에 대한 연구가 진행되어 설계식을 제안하고 있다. 본 연구에서는 국내외에 GFRP 보강근에 관한 최신 연구동향을 조사 및 분석하여 현재 보수적으로 적용된 설계 내용에 대한 개정방향과 향후 추가적인 연구를 통해 관련 설계기준 및 시방서를 현실에 맞게 제⋅개정하는데 기초자료로 활용하 고자 한다.
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5.
2025.12
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본 연구는 철근 부식 문제의 대안으로 주목받는 섬유보강폴리머(FRP) 보강 콘크리트 구조물의 성능을 통합적으로 평가하고 최적 설계 기준을 제시하기 위해 메타분석을 수행하였다. 부착, 휨, 압축 성능을 다룬 선행 연구 6편에서 도출된 355개의 정량적 데이 터 셋을 종합하여, 개별 연구에서는 파악하기 어려운 설계 변수 간의 상호작용과 성능의 임계 조건을 규명하였다. 분석 결과, 특정 조건에서 FRP 보강 부재의 성능이 오히려 철근콘크리트(RC)보다 저하되는 ‘성능 전이 현상’을 최초로 정량화하였다. 휨 부재에서는 보강비(ρ)에 따라 요구되는 최소 탄성계수( )를, 압축 부재에서는 RC 대비 성능 우위를 확보하기 위한 임계 보강비 ( )와 최소 콘크리트 강도( 40MPa)를 제시했다. 또한, 기둥의 취성파괴 위험을 설계 초기 단계에서 정량적으로 평가할 수 있는 ‘취성파괴 위험지수(BFRI)’를 개발하여 안전성 검증을 위한 새로운 척도를 제안했다. 본 연구의 성과는 기존의 정성적 지침을 넘어, 실무 설계자가 FRP의 성능을 극대화하고 취성파괴 위험을 체계적으로 관리할 수 있는 정량적 설계 프레임워크를 제공한다는 점에서 중요한 의의를 가진다.
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6.
2025.12
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본 연구에서는 셀루로오스 나노섬유(CNF) 첨가와 (3-아미노프로필)트라이에톡시실란(APTES)로 표면 처리한 CNF가 시멘트 모르타르 복합체에 미치는 영향을 분석하였다. 일반 시료, 비개질 CNF, APTES 개질 CNF, 그리고 APTES 용액만 첨가한 경우 등 네 가지 조건을 주요 변수로 하여 시험을 진행하였다. 최적 성능은 CNF 0.3 wt%와 APTES 3 vol% 처리 시 나타났으며, 이 조건에서 압축강도와 휨강도가 가장 높게 나타났다. SME, XRD, FT-IR 분석 결과, 처리된 CNF가 수화 생성물과 균일하게 분산되고 화학적으로 결합함을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 ATPES 처리로 CNF의 보강 효과가 시멘트 복합체의 역학적 성능을 크게 향상시킴을 확인할 수 있었다. 따라서 CNF 0.3 wt%와 APTES 3 vol%의 혼입 비율이 시멘트 복합체의 기계적 성능을 향상시키는 가장 효과적인 최적 배합비로 확인되었다.
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7.
2025.12
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본 연구는 벨로우즈 신축이음관이 적용된 매립 배관 시스템의 국부적인 지반침하에 따른 구조적 거동을 분석하고, 지반 및 배관의 재료 특성 변화가 시스템 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 위해 실험 기반의 고충실도 유한요소 모델을 구축하였고, 단조 휨 하중 실험 결과와 비교하여 모델을 검증하였다. 이후 지반침하 폭, 지반 및 배관의 구성재료에 대한 탄성계수를 주요 변수로 설정하여 지반-구조물 상호작용을 고려한 비선형 유한요소 해석을 수행하였다. 해석 결과, 지반침하 폭이 증가함에 따라 배관 시스템의 지지부 손실 및 상부 하중 증가로 인해 벨로우즈 부위에 변형과 응력이 집중되었다. 침하 폭이 3600 mm에서 8400 mm로 증가할 경우 최대 응력은 약 111%, 축력은 약 85% 증가하였다. 지반의 탄성계수 변화는 최대 응력 및 축력에 각각 최대 23%, 12%의 영향을 미쳤으며, 특히 느슨한 지반일수록 응력 증가가 두드러졌다. 반면, 배관 및 벨로우즈의 탄성계수 변화는 최대 7% 미만의 영향만을 미쳐, 배관 및 벨로우즈의 재료특성은 구조적 거동에 비교적 낮은 민감도를 보였다. 본 연구는 지반침하에 따른 매립 배관 시스템의 구조적 응답을 정량적으로 평가할 수 있는 기초 자료를 제공하며, 향후에는 매립 깊이, 배관 직경 등 추가 변수에 대한 민감도 분석과 머신러닝 기반의 구조 응답 예측 모델 개발로 확장할 예정이다.
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8.
2025.12
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본 연구에서는 용융염 원자로(MSR)의 열 전달 성능을 최적화하기 위한 수학적 모델을 제안하였다. MSRE 설계 개념을 기반 으로 한 제시된 모델을 통해 차폐 구조물에서의 열 손실을 계산하고, 다양한 변수들이 표면 온도 및 전체 열 성능에 미치는 영향을 평가하였다. SPROULE WR-1200과 같은 칼슘 실리케이트 기반의 단열재를 사용하였으며, 스틸볼 영역은 스틸볼과 물이 채워져 있고, 단열재와 스틸볼 영역 간격(Gap)이 있다고 가정하였다. 분석 결과, 단열재 두께, 간격 크기, 스틸볼 영역의 두께와 같은 변수들이 열 손실 및 표면 온도에 영향을 미친다는 점을 확인할 수 있었다. 특히, 단열재 두께 최적화를 통해 차폐 구조물의 열 효율성과 안전성을 크게 향상시킬 수 있음을 보여주었다. 본 연구는 차세대 원자로 시스템의 개발을 위한 차폐 구조물의 개념설계에 필요한 기초 자료를 제공한다.
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9.
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본 연구에서는 그래핀 나노플레이트(GNPs)가 혼입된 모르타르의 기계적 및 전기적 특성을 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)와
비교하여 체계적으로 분석하였다. 시멘트 대비 0.1 wt.%의 GNPs를 첨가한 결과, 28일 양생 시 압축강도가 약 12% 증가하였으며,
7일 초기 재령에서 휨강도는 약 50% 향상되었다. 또한 GNPs가 혼입된 모르타르는 연속적이고 균일한 전도성 네트워크를 형성하여,
OPC에 비해 약 49% 높은 전기전도도를 나타냈다. 열중량-미분열중량(TG–DTG) 분석 결과, GNPs의 도입이 핵생성 부위를 증가시키
고 C–S–H(Calcium Silicate Hydrate) 구조 생성을 촉진함으로써 시멘트의 수화 반응 속도를 향상시키는 것으로 확인되었다. 이러한
결과는 GNPs가 수화 반응 촉진과 미세균열 가교(micro-crack bridging) 역할을 통해 모르타르의 기계적 특성을 개선함과 동시에,
재료를 반도전성 복합체(semi-conductive composite)로 전환시킨다는 것을 보여준다.
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10.
2025.12
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시멘트 산업은 막대한 에너지 소비와 이산화탄소 배출을 동반하는 대표적인 자원⋅환경 부담 산업으로 알려져 있으며, 이를 대체하기 위한 혼합재 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 금속 광미(metal mine tailings)는 광산 개발 및 선광 과정에서 대량으로 발생하지만 활용도가 낮아 환경적 문제를 야기하고 있다. 이러한 배경에서 광미를 시멘트 혼합재로 적용하는 연구는 폐기물 저감과 자원 재활용을 동시에 달성할 수 있는 방안으로 주목받고 있다. 이에 본 연구에서는 국내에서 발생한 금속 광미를 조건별로 혼합한 모르타르 공시체를 제작하여 압축강도, 수화반응, 미세구조 및 기공율 변화를 평가하였으며, 이를 통해 금속 광미의 시멘트 혼합재로서 의 적용 가능성을 도출하였다.
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11.
2025.12
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본 연구는 Abaqus/Explicit을 이용한 GFRP 볼트의 체결 거동을 해석적으로 평가하고, 마찰계수(0.15, 0.175, 0.20)와 제 조공법(Pultrusion, Filament Winding)이 손상 개시에 미치는 영향을 분석하였다. 손상 개시는 Hashin 파손 지수 중 하나라도 1 이상이 되는 시점으로 정의하였다. Pultrusion 볼트는 모든 조건에서 수지의 인장으로 손상이 개시되었고, 마찰계수가 증가할수록 개시 시간은 감소하였다(0.8369초, 0.6564초, 0.4998초). Filament Winding 볼트는 손상 개시 시간이 마찰계수에 상대적으로 둔감 (0.5143–0.6026초)한 반면, 인장 관련 지수는 마찰계수 증가에 따라 상승하여 0.175에서 최대를 보였다. 마찰계수 0.15에서는 두 공법 모두 수지의 인장으로 손상이 개시되며 Filament Winding이 Pultrusion보다 더 이르게 개시하였다. 0.175에서는 Filament Winding의 손상이 다소 빠르게 개시하였으나 섬유-인장 지수가 1에 도달하였을 때, 수지-인장, 수지-압축에 대한 지수가 1에 근접하 는 양상이 나타났다. 0.20에서는 두 공법 모두 수지의 인장으로 손상이 개시되며 Pultrusion이 소폭 더 빨랐다. 응력–시간 그래프에서 Pultrusion은 횡방향 인장 상승과 면내 전단의 결합에 좌우되고, Filament Winding은 전단 지배 거동이며 마찰계수에 따라 손상 거동이 전환될 수 있음을 보여준다. 이러한 결과는 마찰 관리와 나사산의 구조가 GFRP 체결부 신뢰성의 핵심 설계 변수임을 시사하며, 예정된 실 규모 체결력 실험으로 시뮬레이션을 검증⋅보정할 계획이다.
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12.
2025.12
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본 연구는 도심 차량 방호용 볼라드의 기초 치수와 형상이 충돌 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 1,500 kg 승용차 30 km/h 의 속도로 정면충돌 시험에서 현행 200-200-250 mm 독립기초는 전도 및 이탈이 발생했고 차량 감속은 미미하였다. 이를 바탕으로 LS-DYNA 모델을 검증하고, 정사각 기초의 치수(200–700) 및 동일 면적 원형과 정사각형 기초 비교해석을 수행하였다. 결과적으로 기초의 치수가 커질수록 감속률이 증가했으며 700-700-250의 기초에서 60%의 감속(잔류 12 km/h)이 확인되었다. 동일 면적 비교에 서 정사각형 기초가 원형 기초보다 우수하였고, 이는 측면 접촉면 증가와 회전 저항 증대에 기인한다. 현행 국내 볼라드는 기존 관행만으 로 요구되는 성능을 충족하기 어려운 실정이다. 본 연구는 국내 도심 조건에서 볼라드 독립기초의 치수와 형상에 따른 차량 감속 특성을 정량적으로 제시하였으며, 향후 볼라드 기초 설계 기준 및 방호 성능 평가 체계를 정립하는 데 활용가능한 기초자료를 제공한다.
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