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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
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- 십진분류KDC 531DDC 624
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제27권 4호 (2014년 8월) 14건
1.
2014.08
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본 연구의 목적은 다양한 높이에 따른 철골 중간모멘트골조의 내진성능을 평가하는 것이다. 구조물의 내진성능은 ATC-63에서 제안한 방법론에 따라 평가되었다. 3층, 6층, 9층, 12층 중간모멘트골조의 설계는 KBC 2009에 따라 수행하였다. 접합부의 모델링은 철골 중간모멘트골조에서 요구되는 회전성능인 0.02rad을 만족하도록 모델링하였다. 연구를 수행한 결과, 구조물의 붕괴확률은 높이가 증가함에 따라 증가하였다. 특히 9층과 12층 구조물은 ATC-63에서 제시한 요구조건을 만족하지 못하였다.
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2.
2014.08
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본 논문에서는 FSI해석을 이용하여 비정형 초고층 빌딩의 풍응답 특성을 연구하였다. 해석모델은 Twist모델이며, 뒤틀림 각도와 풍가속도의 상관관계에 대해 연구 중점을 두었다. 먼저 단방향 해석을 수행하여 100년 재현주기 풍속에 대한 최대 횡 변위를 구하고, 제한조건을 만족하는 탄성계수를 산출한다. 그리고 양방향 해석을 수행, 시간이력해석을 통해 산출된 탄성계수와 임의의 밀도를 가지는 풍가속도를 예측하게 된다. 정방형 모델은 높이 400m, 변장비 1:1, 세장비 8로 설정, 뒤틀림 모델은 0도에서 90도까지 15도 간격으로, 90도에서 360도까지 90도 간격으로 비틀어 회전시켰다. 형상에 따른 풍가속도 예측결과, 정방형 모델이 뒤틀림 모델보다 크게 산출되어 풍진동 영향에 더 민감한 것을 검증하였다.
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3.
2014.08
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건물의 경우, 용도 변경에 따른 중력하중 변화, 시공 단계에 따라 중력하중 변화 등이 구조물 시스템에 영향을 미친다. 따라서, 본 연구에서는 시스템 식별 변수 설정에 있어 기존에 강성만을 변수로 설정한 방법에 추가적으로 질량을 변수로 설정하여 시스템을 식별하는 기법을 제안한다. 계측한 동특성과 FE모델에서 추출한 동특성 간의 차이를 최소화하여 변수를 탐색하게 된다. 최소화 기법으로 변형 유전 알고리즘을 적용하였다. 보다 전역적 해탐색을 위해 변형 유전 알고리즘은 더 넓은해 탐색 공간에서 해를 찾는다. 철골 보 구조물의 시뮬레이션을 통해 본 연구가 제시한 기법을 검증하였고 변형 유전 알고리즘과 기존의 단순 유전 알고리즘의 성능을 비교하였다. 또한, 강성 식별만을 수행한 기존 연구의 방법과 본 연구가 제시한 기법간의 차이를 비교하였다.
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4.
2014.08
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강화재의 복잡한 배열로 인하여 복합재 구조에 대한 유한요소 모델링은 상당히 까다로운 문제가 될 수 있다. 본 논문에서는 복합재 구조에 대하여 효율적으로 주기 격자망을 생성시킬 수 있는 기법을 제안한다. 먼저 육면체 유한요소로 구성된 규칙적인 격자망을 준비하고, 이를 복합재 내의 강화재에 대한 표면 정보에 맞추어 깎아낸다. 강화재와 기지재 사이에서 깎여진 육면체 유한요소는 임의의 절점과 면을 가질 수 있는 다면체 유한요소에 해당한다. 일관된 알고리즘을 이용하여 육면체 유한요소를 깎아내기 때문에 강화재와 기지재 사이의 요소는 자동적으로 적합한 형태로 구성된다. 또한 대표체적영역 내에서 강화재의 주기성을 추가적으로 고려하면, 대표체적영역에 대한 각각의 주기 경계 쌍에서 절점과 요소의 형태가 모두 일치하는 주기 격자망을 효율적으로 생성시킬 수 있다. 그러므로 별도의 처리 없이 대표체적영역에 주기 경계조건을 부여할 수 있다. 수치예제에서는 본 논문에서 제안한 기법의 효용성을 검증한다.
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5.
2014.08
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본 논문에서는 유공형 형상의 GFRP 판으로 전단 보강된 플랫 플레이트의 전단거동을 실험을 통해 평가하였다. GFRP 판은 개구부가 있는 판의 형태로서 콘크리트와의 일체화 거동을 위하여 콘크리트에 매립하여 시공하였다. 실험 변수로는 기둥면과 첫 번째 GFRP 판의 세로 스트립 사이의 간격, GFRP 판의 세로 스트립의 개수를 선정하였다. GFRP 판의 세로 스트립의 개수가 증가할수록 전단강도도 증가하는 결과를 보여주었다. 실험결과를 바탕으로 GFRP 판으로 보강된 플랫 플레이트의 전단강도가 ACI 318, BS 8110, EUROCODE 2, KCI에서 제시하고 있는 전단강도와 비교하여 가장 합리적인 규준을 평가하였다.
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6.
2014.08
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본 연구에서 피뢰기의 지진취약도 해석은 역량스펙트럼 방법을 이용하여 수행하였다. 많은 구조부재를 가진 구조물의 지진취약도 해석은 수십 혹은 수백 개의 지진하중에 대한 비탄성 지진응답을 계산하는 것이 요구되기 때문에 역량스펙트럼 방법과 같은 간단한 방법이 응답이력해석 보다 적합하다. 일반적으로 역량스펙트럼 방법에 의해 평가된 지진응답의 정확성은 응답이력해석에 의한 결과의 정확성 보다 떨어진다. 역량스펙트럼 방법의 정확성을 향상시키기 위하여 등가단자유도 방법과 성능점 계산기법이 적용되었다. 지진취약도에 대한 지진에 대한 지반효과를 평가하기 위하여 60개의 다른 지반종류의 지반운동을 입력지진으로 선정하여 사용하였다. 역량스펙트럼 방법과 응답이력해석에 의한 지진취약도 곡선의 비교로부터 역량스펙트럼 방법에 의한 지진취약도 곡선이 응답이력해석에 의한 지진취약도 곡선과 상당히 유사함을 알 수 있었다. 또한, 피뢰기의 주된 지진에 의한 파괴모드는 부싱의 파손임을 알 수 있었다.
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7.
2014.08
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304L 스테인리스강판은 멤브레인타입 LNG선 단열시스템의 1차 방벽으로 이용된다. 304L 스테인리스강은 변태유기소성(TRIP)강으로 복잡한 재료거동을 보이는데, 이는 소성변형이 발생하는 동안 상변태를 경험하기 때문이다. 본 연구에서는 304L 스테인리스 강의 비선형 기계적 거동분석을 위한 온도의존 일축인장시험을 수행하였으며 재료의 파단이나 비선형 거동을 예측하기 위한 점소성모델을 제안하였다. 수치해석의 결과와 시험 결과를 비교 분석하여 유효성을 검증하였으며 LNG 멤브레인에 대한 적용성을 검토하기 멤브레인 구조시편을 제작하여 구조해석 및 유한요소해석을 수행하였다. 재료모델은 개발 서브루틴을 이용하였으며 ABAQUS 사용자지정 재료 서브루틴을 탑재한 유한요소해석 결과와 극저온 구조인장시험을 수행한 결과를 비교하여 구조적용성을 검증하였다.
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8.
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본 논문에서는 난류 강도가 풍력발전기 후류에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 축소된 풍력발전기 모델을 이용하여 풍동실험을 수행하였다. 실험 결과 측정 위치에 따라 풍력발전기가 가지는 특성에 따라 후류의 형태가 달라지며, 난류 강도에 따른 영향이 반드시 고려되어야 하는 것으로 나타났다. 난류 강도만을 일부 고려한 격자 난류 조건에서 등류 조건보다 기존의 후류 모델과 보다 더 잘 일치하는 경향을 보이고 있으며, 측정된 난류 강도 값을 바탕으로 수정된 후류 모델을 제안하였다. 향후 다양한 난류 특성이 고려된 합리적인 모델이 필요하다고 판단된다.
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9.
2014.08
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가스폭발은 해양플랜트 산업에서 발생할 수 있는 치명적인 사고 중 하나이며, 탑사이드 플랫폼은 폭발압력에 따른 구조건전성을 확보해야만 한다. 따라서, 해양플랜트 분야에서는 이러한 폭발사고에 대비한 방폭설계에 관한 많은 연구가 수행되었지만, 여전히 추가적으로 세밀한 분석이 더 필요한 실정이다. 폭발 설계하중 계산과정에서 도출된 충격량은 CFD 해석결과로 계측된 폭발 압력 응답에서의 곡선 아래 면적의 절대 값에 의해 결정되어 진다. 하지만 가스폭발에서의 부압구간은 TNT 폭발이나 가스폭발과는 달리 상당부분 존재한다. 본 연구의 목표는 이러한 부압구간이 구조물의 거동에 미치는 영향에 대해서 분석하는 것이다. 따라서 방폭설계가 필수적으로 요구되어지는 FPSO 탑사이드의 방화벽을 폭발하중에 따른 구조응답을 분석하기 위한 대상물로 선정하였다. 폭발 하중-시간이력 데이터는 FLACS를 이용한 폭발 시뮬레이션 과정을 통해 획득하였으며, LS-DYNA는 비선형 과도 응답해석을 위해 사용되었다.
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10.
2014.08
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철근 공사에는 원청 건설사, 골조 전문건설사, 배근시공도 작성자, 철근 가공장, 감독/감리사, 구조설계자 등 다수의 업무 주체가 참여하고 있으나 이들간의 합리적인 협업이 이루어질 수 있는 업무 프로세스가 구축되어 있지 않아 비효율을 초래할 가능성이 높다. 특히 철근공사는 RC골조 품질에 결정적 영향을 주는 업무이지만 참여 주체간 원활한 협업 부재로 인하여 골조의 품질 저하, 생산성 감소, 공기 지연 등 많은 문제를 야기하고 있다. 그러므로 RC골조공사는 혁신이 매우 시급한 분야라 하겠다. 최근 BIM은 건설산업의 기술 환경 패러다임을 전환시키는 기술로 인식되고 확산되고 있다. 그런데 3차원 모델 상에서 방대한 양의 철근상세정보를 모델링하기 위해서는 많은 시간과 노력이 소요되고, 모델링 후에도 데이터량의 방대함으로 인하여 프로그램 성능이 원활하게 발현되지 않기에 BIM 기술의 확산에도 불구하고 배근 설계와 시공과 관련하여 BIM 기술이 활용되고 있지 않은 상황이다. 본 기술은 3차원 BIM 환경 하에서 골조상세정보 모델링과 배근상세설계, 정밀물량산출 및 공사관리까지를 지원하는 Rebar HUB를 개발하여 RC 골조 설계 및 공사 프로세스를 합리화할 수 있는 실용적 기술 개발을 목표로 하였다.
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11.
2014.08
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페리다이나믹스 이론과 이진분해 기법의 병렬연산을 이용하여 동적 균열진전 문제에 대한 애조인 형상 설계민감도 해석법을 개발하였다. 페리다이나믹스에서는 균열의 연속적인 분기를 다룰 수 있으며, Explicit 시간적분법을 채택한다. 설계민감도 해석은 애조인 변수법은 경로의존성 문제에는 적합하지 않으나 여기서는 응답해석의 경로를 이미 알고 있으므로 채택하여 사용할 수 있었다. 얻어진 해석적 설계민감도는 유한차분과 비교하여 그 정확성을 검증하였다. 유한차분법은 설계섭동량에 민감하여 비선형성이 강한 페리다이나믹스 문제에서 부정확한 설계민감도를 제시할 수 있다. 정확한 설계민감도 해석을 위해서는 이산화과정에서 C1 연속성을 가지는 체적율이 필요함을 알 수 있었다.
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12.
2014.08
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콘크리트 깊은 보의 전단강도 산정을 위해 현행 미국콘크리트학회(ACI) 및 캐나다표준규격협회(CSA), 유럽콘크리트위원회(CEB-FIP)의 설계기준은 스트럿-타이 모델을 이용할 것을 제안하고 있지만 설계의 품질이 설계자가 구성한 트러스 모델 적합성에 크게 좌우된다는 특징을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 내부 트러스 모델에 따른 현행 ACI, CSA 및 CEB-FIP의 콘크리트 깊은 보 설계기준의 타당성을 홍성걸 등에 의해 제안된 콘크리트 소성학에 근거한 전단강도식의 예측치와 비교함으로써 평가한다. 비교 결과 ACI, CSA 및 CEB-FIP의 스트럿-타이 모델에 의해 설계된 깊은 보의 경우 내부트러스 모델이 전단강도 예측에 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났으며 CEB-FIP의 경우 가장 높은 스트럿 강도 예측치를 보였다.
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13.
2014.08
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텐세그리티 구조물은 인장력을 받는 연속된 케이블 안에 압축력을 받는 스트럿이 결합된 형태로 구성된다. 텐세그리티 구조물은 자기 응력 상태를 갖는 프리스트레스 핀 접합 구조물에 속한다. 텐세그리티 구조물 설계의 핵심은 평형 배열상태를 구하는 일명 형상탐색 과정이다. 본 논문에서는 세 가지의 효과적인 텐세그리티 구조물의 형상탐색 기법을 제안하였다. 형상탐색과정을 수행하면 평형상태의 내력 밀도와 그에 대응하는 위상을 얻을 수 있다. 이 때 평형상태를 형성하는 적절한 내력밀도 값을 얻기 위해 유전자 알고리즘을 결합한 내력밀도법이 사용되었다. 수치해석 예제를 통해 제안 알고리즘의 효율성을 입증하였다.
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14.
2014.08
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도시방재업무의 기본은 대상지역의 지형과 지물(시설물)에 대한 상호적 이해와 그에 관한 정보관리로부터 시작된다. 도시 방재업무를 보다 효율적으로 수행하기 위해서는 관련 정보를 모두 수용할 수 있는 일관된 프레임 하에서 데이터를 수집하고, 모델을 생성하며, 정보를 축적하고 관리할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 도시 객체를 대상으로 표준화된 도시정보모델을 생성하는 방법 및 정보관리의 관점에서 도시모델을 방재업무에 효과적으로 활용할 수 있는 방안을 제시하였다. 이를 위해 방재모형 생성에 필요한 도기 객체를 분류하고, 객체별 필요속성을 도출하는 과정을 거쳐, 방재정보를 포함한 관련 정보를 효율적으로 관리할 수 있는 통합 데이터 스키마인 CityGML기반의 개방형 도시정보모델의 생성 방안을 제시하였다. 또한 예제모델의 구현과 검토를 통해 제시된 도시정보모델 구축 방법론의 방재업무 적용성과 활용성을 확인하였다.
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