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한국전산구조공학회 논문집 KCI 등재 Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
- 발행기관 한국전산구조공학회
- 자료유형 학술지
- 간기 격월간
- ISSN 1229-3059 (Print)2287-2302 (Online)
- 수록기간 1988 ~ 2023
- 주제분류 공학 > 토목공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 531DDC 624
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제26권 1호 (2013년 2월) 10건
1.
2013.02
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본 논문에서는 해저케이블 부두 하역용 장비인 코일링 암(coiling arm)에 대한 국산화 자체개발 내용 중 구조설계 및 해석 결과 내용을 제시하였다. 상세 구조설계를 위해 3차원 CAD 프로그램을 이용하여 고 정밀도의 모델링을 수행하였고, 유한요소 기법을 이용하여 전산구조해석을 수행하였다. 코일링 암의 활용 목적에 맞추어 하역대상 케이블을 선박에서 케이블 탱크로 하역시 효과적으로 가이드 할 수 있도록 베어링 및 롤러 부품을 설계하여 메인 암이 회전하고 케이블 가이드가 이동할 수 있도록 하였고, 기존의 외국 모델에서 사용하던 와이어 및 모터 시스템을 이용한 케이블 가이드 작동방식을 유압 시스템을 이용한 작동방식으로 변경하여 원가절감을 달성하면서 사용자가 직관적으로 작동할 수 있도록 설계하였다. 장비 자체의 자중 및 하역 케이블 하중조건에 대한 응력 해석을 수행하였고, 유압시스템의 과작동에 따른 파손 가능성을 고려하였다. 케이블 가이드의 운동 및 설치 지면의 경사도에 따른 전복 안전성 해석을 수행하였으며, 설치장소의 풍하중 효과도 추가로 고려하였다. 본 연구를 통해 기존 수입품 코일링 암의 작동방식 개선과 독자적인 구조설계 및 해석 방법을 확립하였으며, 실제 국내 최초로 자체 개발된 제품의 현장설치 완료 및 하역작업의 효율적이고 정상적인 운영을 완료 및 검증하였다.
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2.
2013.02
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본 연구에서는 고층 전단벽-골조 구조시스템의 효율적인 해석모델을 제안하였다. 전단벽-골조구조시스템은 휨거동하는 전단벽과 전단거동하는 골조로 구성된다. 그리고 전단벽-골조구조시스템의 변형형상은 골조와 전단벽의 상호작용으로 결정된다. 효율적인 해석모델에서는 이러한 거동특성을 반영되어야 하므로 골조와 전단벽을 분리하여 동적인 거동특성을 반영할 필요가 있다. 본 연구에서는 벽체부와 골조부를 분리하기 위하여 T형 강체를 전단벽의 위치에 대체하는 방법을 사용하였다. 분리한 벽체부와 골조부 각각의 등가모델을 구성한 후 결합시키는 방법으로 고층 전단벽-골조구조시스템의 등가모델을 완성하였다. 제안한 등가모델의 정확성과 효율성을 검증하기 위하여 고층의 전단벽-골조 구조물의 시간이력해석을 수행하였고, 그 결과 제안한 등가모델이 해석시간과 컴퓨터 메모리를 현저하게 줄이면서도 정확한 결과를 도출하였다.
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3.
2013.02
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전단벽-골조 구조시스템의 구조적인 거동은 휨거동하는 전단벽과 전단거동하는 골조의 상호작용에 의하여 결정된다. 이러한 전단벽-골조 구조물의 거동특성을 효과적으로 고려하기 위하여 선행 연구에서는 2차원 T형 강체를 사용한 단순 해석 모델을 제안하였다. 본 논문에서는 이를 바탕으로 편심코어를 가진 전단벽-골조 구조물에 대한 효율적인 해석모델을 제안한다. 2차원 등가모델을 3차원으로 확장하여 비틀림 거동을 고려할 수 있도록 하였고, 그 결과 제안하는 등가모델이 편심코어를 가지는 전단벽-골조 구조물에도 적용가능 하도록 하였다.
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4.
2013.02
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이 연구는 자유단에 경사 종동력을 받는 변단면 기하 비선형 캔틸레버 기둥의 수치해석에 관한 연구이다. 기둥의 단면은 휨 강성이 부재축을 따라 함수적으로 변화하는 변단면으로 선택하였다. 이러한 기둥의 정확탄성곡선을 지배하는 미분방정식을 대변형 이론을 이용하여 유도하였다. 이 미분방정식은 자유단 수직변위, 수평변위 및 회전각의 3개의 미지변수를 갖는다. 이 미분방정식을 반복법으로 수치해석하여 기둥의 미지변수와 정확탄성곡선을 산정하였다. 이 연구의 이론을 검증하기 위하여 실험실 규모의 실험을 실행하였다.
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5.
2013.02
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본 논문은 기존의 1차원 Stefan 문제를 해석할 수 있는 이동최소제곱 차분법을 확장하여 복잡한 계면경계 형상을 갖는 2차원 문제에 적용할 수 있는 수치기법을 개발한다. 1차원 경우와 달리 2차원 영역에서 임의로 움직이는 이동경계의 위상변화를 효과적으로 모델링할 수 있는 기법을 제안했으며, 이동경계 모사시 절점만 사용하는 이동최소제곱 차분법의 강점을 그대로 살리면서 이동경계의 불연속 특이성과 kinetics 조건을 정확하게 만족시키는 이동최소제곱 미분근사식을 제시했다. 평형방정식은 implicit(음해)법으로 차분하여 수치 안정성을 확보했으며, 이동경계는 explicit(양해)법으로 update하여 계산효율성의 극대화했다. 몇 가지 수치예제를 통해 개발된 이동최소제곱 차분법이 다양한 계면경계 형상을 갖는 2차원 Stefan 문제를 정확하고 효율적으로 풀 수 있음을 검증했다.
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6.
2013.02
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일반교량은 상부구조, 연결부분, 하부구조 및 기초로 구성되어 있고 내진성능은 하부구조와 연결부분의 파괴메카니즘에 의해 결정된다. 그러므로 내진설계는 구조부재의 설계강도, 즉 설계단면을 결정하는 기본설계단계에서 수행되어야 한다. 도로교설계기준 내진설계편은 두 가지 기본설계 방식을 제시하고 있다. 첫째는 기존 설계방식으로 내진설계편이 제시한 응답 수정계수를 적용하는 방식이고 둘째는 새로 도입된 연성도 내진설계 방식으로 설계자가 응답수정계수를 결정하는 방식이다. 이 연구에서는 일반교량을 대상으로 두 설계방식을 같이 적용하는 기본설계를 수행하고 내진성능 확보의 관점에서 요구되는 보완사항을 제시하였다.
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7.
2013.02
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비정형 초고층 구조물은 골조 직교성이 해제되고, 형상이 복잡해 기존 설계방식보다 많은 문제점이 발생된다. 비정형성으로 인한 문제점은 설계안을 지속적으로 변경시켜 프로젝트의 효율성을 저하시킨다. 또한 해외프로젝트의 경우 해당업체 간혹은 해당국가 간 의견차로 국내보다 더욱 많은 변경상황이 발생되고 있다. 따라서 지속적인 변경상황에 전산플랫폼을 사용할 경우 효율적으로 설계변경업무에 대처할 수 있다. 파라메트릭 기반의 전산플랫폼인 StrAuto를 이용할 경우 최적의 구조 설계대안을 신속히 선정할 수 있다. 특히 StrAuto는 비선형 내진성능평가를 위한 해석 툴 간의 신속한 모델링 연동도 효율적으로 가능하다. 그래서 본 연구에서는 지진하중 변경에 따른 전산플랫폼을 이용한 내진성능평가 프로세스를 현재 구조설계가 진행 중인 몽골지역 최고층 빌딩 프로젝트에 적용하고 검증하려 한다.
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8.
2013.02
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초고층 건물의 구조설계시 풍하중에 의한 횡방향 변위를 적절한 값 이내로 줄이는 것이 가장 중요한 문제 중에 하나이다. 이를 위해서 추가적인 감쇠기 및 진동제어장치를 사용하는 방법이 일반적으로 고려되고 있다. 이 때 일반적으로 구조물의 특성은 변화없이 추가되는 제어장치에 대해서만 최적설계를 수행하게 된다. 본 연구에서는 구조물과 스마트 제어장치의 다목적 통합 최적화를 통하여 추가되는 스마트 제어장치로 인하여 구조물의 물량을 줄일 수 있는 가능성을 검토하였다. 이를 위하여 다이어그리드 구조시스템이 적용된 60층 초고층 건물을 예제 구조물로 선택하였고, 인공 풍하중에 대한 풍응답을 검토하였다. 스마트 제어장치로는 TMD에 MR 감쇠기를 설치한 스마트 TMD를 사용하였다. 구조물의 응답과 구조물량 및 제어장치의 용량을 동시에 줄이는 것이 필요하므로 본 연구에서는 다목적 유전자알고리즘을 적용하였다. 수치해석결과 제어성능목표를 만족시키면서 구조물의 물량과 제어장치의 용량을 적절하게 줄일 수 있는 다양한 설계 최적안을 얻을 수 있었다.
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9.
2013.02
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레벨셋방법과 헤비사이드 강화를 이용한 아이소-지오메트릭 위상최적설계 방법을 개발하였다. 레벨셋 방법에서는 초기 해석영역은 고정되어 있으며 경계는 레벨셋 함수값을 이용한 암시적인 동적 경계로 표현되며, 이는 복잡한 위상적 변화를 용이하게 표현할 수 있게 한다. 헤비사이드 강화는 기존의 기저함수에 내부 경계를 표현하는 강화 함수를 더함으로써 아이소-지오메트릭 해석법의 정밀도를 향상시킨다. 제안된 위상 최적설계 방법은 다음과 같은 이점을 갖는다. 아이소-지오메트릭 해석법을 이용하여 정밀한 기하 형상을 얻을 수 있으며 텐서 곱을 이용하여 정의된 패치의 한계를 헤비사이드 강화를 이용함으로써 해결할 수 있다. 단일 패치를 사용함으로써 연속적인 응력 분포를 얻어낼 수 있을 뿐 아니라 불연속적인 변위장 또한 표현해 낼 수 있다. 레벨셋 방법론이 암시적 동적 경계를 잘 표현하기 때문에 이를 이용하여 헤비사이드 강화를 이용한 아이소-지오메트릭 해석법에서 위상의 변화를 잘 표현해 낼 수 있다.
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10.
2013.02
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비정형 초고층 건물의 계획 및 시공이 늘어남에 따라 이 연구에서는 프로토타입 모델에 대한 시공단계해석의 적용을 통하여 비정형 초고층 건물의 시공 중 구조적 거동을 분석하고자 하였다. 비틀림 초고층 건물을 대상으로 횡력저항시스템, 비틀림각도, 공법 조건에 따른 총 18개의 모델을 선정하였다. 횡력저항시스템으로는 다이아그리드 시스템과 가새튜브 시스템을 적용하였으며, 각 횡력저항시스템별로 0〫, 1〫, 2〫 비틀림각도를 갖는 세 가지 평면 형태와 외곽 튜브와 내부 골조의 시공순서에 따른 세 가지 공법을 가정하였다. 시공 중인 초고층 건물의 구조적 성능은 시공단계해석의 횡변위 결과를 통하여 분석되었으며, 골조 공기와 최대 양중량과 같은 시공성능이 함께 비교되었다.
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