본 연구에서는 공기역학적 형상변화의 풍하중 저감 측면에서의 효율성을 평가하기 위해 평면의 모서리 부분이 개선된 고층 건물에 대해 사례연구 기반의 비탄성 내풍설계를 수행하였다. 비선형 시간이력해석을 통해 다양한 설계풍속 및 항복 후 강성에 대한 구조물의 응답을 산정하였으며, 최근 국내 설계기준(KDS 41)에 도입된 성능기반내풍설계 개념을 토대로 구조물의 성능을 평가하였다. 해석 결과 공기역학적 형상변화를 갖는 구조물의 경우나 성능기반내풍설계를 적용했을 경우(또는 모두에 해당할 경우) 공진성분을 줄 여 구조물의 응답이 크게 감소함을 확인하였다.

본 논문에서는 확률론적 처리기법을 적용하여 플랜트 시설물의 폭발 재현주기에 따른 폭발 위험도를 분석하였다. HSE에서 제공하 는 누출 데이터, DNV에서 제시한 플랜트당 연간 누출 빈도, 다양한 연구진이 제시한 점화 확률을 고려하여 누출량에 따른 폭발 재현 주기를 산정하였다. 산정된 폭발 재현주기를 통해 폭발 위험도를 증기운의 부피 및 반경, 폭발하중에 대하여 평가하였다. 재현주기에 따른 증기운의 반경과 과거 실제 증기운 폭발 사례, 내폭설계 가이드라인을 비교 분석하여 설계폭발하중 모델을 위한 기준거리를 제 시하였다. 멀티에너지법을 통하여 폭발 재현주기에 따른 폭발하중의 범위를 분석하였으며, 설계폭발하중 모델의 기준이 되는 재현주 기를 제안하였다. 본 연구의 결과로 플랜트 시설물에 대한 성능기반 내폭설계의 간략한 표준안으로 활용이 가능하다.

The flange spreader has been used to withdraw butterfly valves during maintenance. The typical flange spreaders required an excessive working space, and the pipe and flange are damaged by the load. In the previous study, the author developed a valve easy out tool with collet, and designed collet shape to ensure structural safety. However, clamping force of the collet had not been checked. In this study, design of collet shape was performed to improve clamping force. Techniques of structural analysis were established and design parameters were selected. Through parametric study, the collet shape with clamping force of 159,748N was suggested. This will contribute to stability and efficiently of valve maintenance.

농업기계는 다양한 환경과 작물을 대상으로 작업을 수행하기 때문에 농업기계의 설계와 개발은 실 작업 부하를 고려하여 수행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 식용 옥수수 수확기의 실 작업 부하를 계측하기 위해 식용 옥수수 수확 시험을 수행하였다. 또한, 계측된 부하 데이터를 이용하여 수확기 내 기어박스 요소들의 강도 및 수명을 평가하기 위한 부하 스펙트럼을 구축하였다. 부하 스펙트럼은 기어박스의 구성요소 중 기어와 베어링에 적용 가능한 하중 지속 분포와 기어와 베어링을 제외한 축, 하우징, 캐리어 등에 적용 가능한 부하 스펙트럼으로 나누어 구축하였다. 본 연구를 통해 구축된 하중 지속 분포 및 부하 스펙트럼은 식용 옥수수 수확기의 기어박스 강도 및 수명 평가뿐만 아니라, 기어박스의 설계 하중으로도 활용이 가능할 것으로 보인다.

잭업 드릴링 리그 (Jack-up drilling rigs)는 해양자원개발 분야 중 석유 및 가스 탐사 산업에서 널리 사용되는 대표적인 해양구조 물이다. 이러한 잭업 구조물은 대체로 얕은 수심에서 사용하도록 설계되었지만 에너지 산업의 추세로 대수심 및 가혹한 환경 조건에서도 사용이 가능한 설계가 요구되고 있다. 이러한 잭업구조물의 운영환경 확장에 따라서 과도한 설계를 최소화하고 신뢰성 반영된 설계법이 요구되었다. 기존의 해양구조물 산업에서 잭업 구조물의 설계법은 사용(혹은 허용)응력 설계 (WSD: Working (or Allowable) Stress Design) 방법을 사용하여 설계가 되고 있었다. 이러한 설치환경변화에 따라서 충분한 신뢰성을 확보가 가능한 하중 및 저항계수 (LRFD: Load and Resistance Factored Design) 방법을 최근 개발되었고 규정화가 되었다. LRFD 방법은 통계적 기반으로 한 한계상태설계 개념으로 잭업구조 물의 구성구조부재의 하중과 전산수치해석을 이용한 강도의 불확성을 하중 및 저항 계수로 표현하는 설계법이다. 개발된 LRFD 방법은 실제 잭업구조물 설계의 적합성 판단을 위하여 기존의 WSD 방법과의 정량적인 비교 분석이 반드시 필요하다. 따라서 본 연구는 기존의 WSD와 LRFD 방법으로 이용하여 실 잭업 구조물의 레그 구조를 대상으로 상용유한요소해석코드를 이용하여 정량적인 UC (Unity Check) 값을 기반으로 비교 분석하였다. 분석된 결과로 다양한 환경하중조건 하에서 LRFD 방법을 사용하여 잭업구조물의 레그(Leg) 설계에서 상 당히 합리적인 UC 값을 가지고 기존 대표적인 WSD기법 중에 하나인 API-RP 코드 대비 약 31 % 차이가 분석되었다. 따라서 LRFD 설계 방법이 WSD 방법에 비해 구조 최적화 및 합리적인 설계에 더 유리하다는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구의 목적은 개폐식 대공간 구조물의 풍하중 산정 및 구조해석의 과정을 자동으로 수행하는 컴포넌트를 개발하는 것이다. 설계한 파라메트릭 모델링을 StrAuto를 통해 구조해석 자동화단계를 거쳐 구조해석용 모델로 변환하는 과정을 실시간 으로 연동하여 구조해석 결과를 자동으로 도출하는 과정으로부터 본 연구에서는 추가로 구조물의 풍하중을 형상에 따라 상세히 할당하는 기능을 개발하였다. 이와 같은 과정을 통해 풍하중에 대한 최적화를 수행하여, 기존 설계된 구조의 물량을 줄이고, 구조적 안정성은 유지하는 방향으로 결론을 도출하였다. 추후에는 본 예제 모델을 통해 진동제어 최적화를 위한 제진 장치 설치위치의 자동탐색이 가능하게 되는 연구를 진행할 계획이다.

PURPOSES : Almost every design method for airport concrete pavements considers only traffic loading and not environmental loading. This study proposes a mechanistic design method for airport concrete pavements, that considers both environmental and traffic loading simultaneously. METHODS: First, the environmental loading of concrete pavements in Korean airports was quantified. FEAFAA, a finite element analysis program for airport pavements, was used to calculate the maximum tensile stress (MTS) of the slab, caused by both environmental and traffic loadings. The factors that influence the MTS were identified via sensitivity analysis, and an MTS prediction model was developed using the statistical analysis program SPSS. The ratio of MTS to the tensile strength of slab was calculated using the prediction model. The fatigue model under the AC 150/5320-6E and AC 150/5320-6F standards of the FAA was corrected to make it suitable for the predicted stress-strength ratio. RESULTS : The MTS prediction model and corrected fatigue model were used to redesign the slab thickness and joint spacing of airport concrete pavements originally designed using the AC 150/5320-6D standard, which empirically considers traffic loading only. As a result, different slab thicknesses and joint spacings were redesigned with consideration for environmental loading, specifically the weather conditions of airports. . CONCLUSIONS: The slab thickness and joint spacing can be mechanistically designed at the same time, whereas previously, only the slab thickness was designed, and the joint spacing was determined empirically.

본 연구에서는 국내에 새롭게 도입하고자 하는 인터모달 자동화물운송 시스템을 구현하기 위한 터미널 플랫폼 시설의 온도하중에 따른 적정 신축이음 간격을 살펴보았다. 터미널 플랫폼의 적정 신축이음 간격 검토는 미국 F.C.C.(federal construction council)에서 제안한 식을 이용하여 지역별 온도변화에 따른 최대 신축이음 간격을 설정하고, 구조해석 프로그램을 통해서 산출된 최대 변위값과 건축구조 수평변위 제한값을 비교하였다. 적정 신축이음 간격은 온도변화로 인한 구조물 최대 변위량이 수평변위 제한값 이하가 되는 슬래브 길이로 선정하였으며, F.C.C 제안식을 통하여 산정한 지역별 최대 신축 이음 간격을 적용하여 구조물 최대 발생 변위를 살펴본 결과, 건축구조 수평변위 제한값 이내에서 발생될 수 있는 최대변위 값을 확인할 수 있었다.

이 연구에서는 국내 설계기준인 KBC 2016, 미국 기준 ASCE 7-16, 국제 표준 ISO 4354:2012의 고층건물 설계를 위한 풍방향 풍하중을 비교 분석하였다. 각 기준에서 사용하는 기본풍속, 풍방향 풍하중의 가스트영향계수 산정 과정과 이를 구성하는 평균 성분, 비공진 성분, 공진 성분의 차이를 비교 분석하였다. ISO에서는 10분 평균 풍속과 3초 가스트 풍속에 의한 두 가지 하중 산정법을 사용하며, 고층건물에서는 10분 평균 풍속에 의한 산정법이 하중을 6% 더 크게 산정한다. 10분 평균 풍속을 사용하는 KBC 풍하중은 ISO 평균과 거의 일치하였으며. 3초 가스트 풍속을 사용하는 ASCE 7-16은 ISO 피크보다 6% 작게 나타났다. 이 연구에서는 이러한 차이를 줄이기 위한 개선사항들을 제시하였다.

Several water tanks installed in the building were damaged during the Gyeongju earthquake (2016) and the Pohang earthquake (2017). Since a water tank for fire protection is very important component, seismic safety should be ensured. In this study, an interaction between a water tank and a building was studied by the dynamic analysis of the RC building with the water tank. In case the water tank was installed on the roof of the RC building, it was confirmed that it did not significantly affect the response of the building. Based on the result, dynamic response characteristics of the water tank in the building were studied using two SDOF models represented dynamic behavior of the water tanks under earthquake. An earthquake time-history analysis was carried out with variables of aspect ratio of the tank, story of the building, and installed location in the building using three kinds of earthquakes.

본 연구는 전기자동차 충전시스템에서 전력변환장치의 경량화를 위한 최적화 분석프로세스에 대한 내용을 서술하였다. 최적화 설계는 재료 물성치에 대한 설계민감도와 수학적 최적화를 결합하여 주어진 재료량 제한조건 하에 최적의 재료분포를 찾는 설계기법으로 위상의 고정화, 자유도가 묶이는 문제 등을 해결할 수 있는 위상 최적화방법을 사용하였으며, 위상 최적화 방법 중 비교적 수식화가 간단하고 수렴성이 좋은 SIMP법(solid isotropic material with penalization)에 의해 경량화 설계를 수행하였다. 경량화 설계는 3단계의 절차로 구성하였으며, 첫 번째 단계로 전력변환장치의 기본 설계에 대한 유한요소모델을 구성하고, 하중에 대한 정적해석을 수행하였다. 두 번째 단계로 정적해석 결과에 대해 등방성 재료의 강성계수를 적용한 밀도법을 이용하여 위상 최적화를 수행하여 경량화를 위한 최적 형상을 도출하였다. 세 번째 단계로 최적 형상에 대해 차량 탑재 부품의 충격시험기준에 만족하는 반정현파 펄스형태 충격하중을 인가하여 충격해석을 수행하였다. 위상 최적화단계에서 사용 환경조건으로 설계영역 정의는 마운팅 브래킷 영역으로 제한하였으며, 마운팅 브래킷의 설계 최적화를 통해 최종적으로 기본설계대비 20%이상의 경량화가 가능한 설계기술을 확보하였다.

본 연구에서는 온실의 구조설계용 작물하중을 산정하는데 필요한 기초자료를 제공하기 위하여 각국의 온실구조설계용 작물하중 기준들을 비교분석하고 여러 가지 온실작물들에 대하여 작물하중을 직접 측정하고 분석하였다. 설계 작물하중에 대한 각국의 기준들을 비교분석한 결과 나라들 마다 서로 많은 차이를 보여주고 있으며, 우리나라 기준들은 외국의 기준들을 그대로 인용하고 있는 것으로 나타나 우리나라 실정에 맞는 작물하중 기준이 제시될 필요가 있다고 판단된다. 최대 주당 작물하중이 토마토는 두 가지 온실에서 각각 3.3kgf·plant-1와 3.9kgf·plant-1로 나타났고, 오이는 0.75kgf·plant-1, 가지는 1.9kgf·plant-1, 딸기는 재배베드를 포함하여 2.1kgf·plant-1 으로 나타났다. 단위면적당 작물하중은 토마토가 평균 8.5kgf·m-2으로 나타났고, 오이와 가지는 각각 2.1kgf·m-2 과 2.4kgf·m-2으로 토마토의 하중보다 훨씬 낮게 나타났다. 우리나라 온실설계기준에 제시된 작물하중은 토마토와 오이의 경우 15kgf·m-2으로 본 연구에서 측정된 값보다 훨씬 높았다. 우리나라의 설계기준이 네덜란드의 기준을 그대로 인용한 것으로 판단되기 때문에 이러한 차이를 고려하여 우리나라의 작물하중 설계기준에 대한 재검토가 이루어져야 할 것으로 판단된다. 딸기의 작물하 중은 행잉베드를 포함한 중량이 21.0kgf·m-2로 네덜란드의 설계기준인 30kgf·m-2보다 훨씬 작았다.

PURPOSES :The purpose of this study is to perform a reliability analysis of the proposed wind load combination which governs the design of support structures of subsidiary road facilities, and to evaluate whether the target reliability of the design is satisfied.METHODS :The statistical estimation method is applied and the design period of the support structure is used to obtain the statistical property of the wind load. In addition, the statistical properties of the strength of support structures are obtained from a literature review and simulation study. Actual support structures are designed by the proposed load combination and are used as the examples to examine if the target reliability is obtained.RESULTS :The result of the reliability analysis performed by using the statistical properties of load and resistance for the support structure in this study indicates that the proposed wind load combination satisfied the target reliability index of the design. Also, the convenience of the design is achieved by adopting the same design wind velocity given in the bridge design code by applying the wind velocity ratio defined for the design period of the support structure.CONCLUSIONS :It is presented that the design using the wind load combination proposed in this study achieved the target reliability index and the design wind load for different design periods can be conveniently defined by applying the velocity ratio proposed in this study.

This paper presents the resizing method of columns and beams that considers column-to-beam strength ratios to simultaneously control the initial stiffness and ductility of steel moment frames. The proposed method minimizes the top-floor displacement of a structure while satisfying the constraint conditions with respect to the total structural weight and column-to-beam strength ratios. The design variable considered in this method is the sectional area of structural members, and the sequential quadratic programming(SQP) technique is used to obtain optimal results from the problem formulation. The unit load method is applied to determine the displacement participation factor of each member for the top floor lateral displacement; based on this, the sectional area of each member undergoes a resizing process to minimize the top-floor lateral displacement. Resizing members by using the displacement participation factor of each member leads to increasing the initial stiffness of the structure. Additionally, the proposed method enables the ductility control of a structure by adjusting the column-to-beam strength ratio. The applicability of the proposed optimal drift design method is validated by applying it to the steel moment frame example. As a result, it is confirmed that the initial stiffness and ductility could be controlled by the proposed method without the repetitive structural analysis and the increment of structural weights.

The purpose of this study is to present a method that can estimate the height of reaction facilities for large structural experiment through load flow as primary design procedure. The characteristic of the load transmission according to the type of experiment was analyzed to obtain tensile and compressive forces occurring on the reaction facilities. Strong walls that are affected by the bending moment is applied the post-tensioning method, and the strong floor under the control of the tension and compression is designed in accordance with the load flow. And the optimum cross-section of the reaction facilities was obtained by comparing the stresses of the tensile stress and crack the concrete. Through validating elastic analysis, the design results were satisfied a given design conditions.

최근 강풍으로 인한 옥외광고물의 파손 및 추락으로 인해 불특정 다수에게 인적 및 물적 피해를 야기하고 있다. 옥외광고물은 사유시설과 공공시설물의 성격을 모두 갖기 때문에 옥외광물로 인한 피해를 저감하는 것은 개인의 노력뿐 아니라 제도 및 규정을 통해서도 이루어져야한다. 이러한 피해는 강풍에 취약한 옥외광고물의 내풍설계 기준의 미비가 가장 큰 요인으로 인식되고 있어 본 연구에서는 옥외광고물의 내풍설계 표준을 제시하였다. 이를 위해 풍속에 영향을 주는 옥외광고물 설치위치의 주변 풍환경이나 높이, 설치위치 등 풍속과 관련한 요소를 반영하였으며, 건축구조기준 2015(안)의 기본풍속도와 풍속보정 절차에 의한 풍하중 산정 과정을 제시하였다. 이 과정에서 공학적 판단이 요구되는 옥외광고물 설치위치 주변의 지표조도구분 및 지형계수 평가에 대해 정략적으로 적용할 수 있는 기준을 제시하였다. 또한 비전문가 관점에서 적용하기 용이하도록 가능한 단순화된 정량화 절차를 제시하였다.

PURPOSES: The purpose of this study is to validate the design criteria of the concrete modular road system, which is a new semi-bridgetype concept road, through a comparison of numerical analysis results and actual loading test results under static axial loads. METHODS : To design the semi-bridge-type modular road, both the bridge design code and the concrete structural design code were adopted. The standard truck load (KL-510) was applied as the major traffic vehicle for the design loading condition. The dimension of the modular slab was designed in consideration of self-weight, axial load, environmental load, and combined loads, with ultimate limit state coefficients. The ANSYS APDL (2010) program was used for case studies of center and edge loading, and the analysis results were compared with the actual mock-up test results. RESULTS : A full-scale mock-up test was successfully conducted. The maximum longitudinal steel strains were measured as about 35 and 83.5 micro-strain (within elastic range) at center and edge loading locations, respectively, under a 100 kN dual- wheel loading condition by accelerating pavement tester. CONCLUSIONS: Based on the results of the comparison between the numerical analysis and the full-scale test, the maximum converted stress range at the edge location is 32~51% of the required standard flexural strength under the two times over-weight loading condition. In the case of edge loading, the maximum converted stresses from the Westergaard equation, the ANSYS APDL analysis, and the mock-up test are 1.95, 1.7, and 2.3 times of that of the center loading case, respectively. The primary reason for this difference is related to the assumption of the boundary conditions of the vertical connection between the slab module and the crossbeam module. Even though more research is required to fully define the boundary conditions, the proposed design criteria for the concrete modular road finally seems to be reasonable.

현재 사용되고 있는 대부분의 풍진동해석법은 진동수영역의 스펙트럼 해석법에 기초하고 있다. 스펙트럼해석법은 하중 및 응답의 위상각을 무시하게 되며 그에 따라 병진방향 및 비틀림 방향의 모드 응답조합이 어려워질 수 있다. 본 연구에서는 일반화 밑면 모멘트 스펙트럼밀도함수로부터 재생된 풍하중 시간이력을 이용하여 병진, 비틀림 방향이 연계된 구조물의 응답을 해석하는 시간이력 해석법에 대해서 다룬다. 제시된 시간이력 해석법의 적용성을 검토하기 위하여 직사각형 평면을 가지는 40층 규모의 구조물을 대상으 로 해석을 수행하였다. 수치해석결과에 의하면, 시간이력해석법에 의하여 질량중심으로부터 멀리 떨어진 곳의 비틀림 모드에 의한 응답특성을 파악할 수 있었으며, 병진방향과 비틀림방향 모드 응답의 조합에 의하여 보다 정확한 응답예측이 가능한 것을 알 수 있었다. 또한 해석된 응답을 이용하여 사용성능 및 처짐 성능평가를 수행할 수 있기 때문에 예비설계 단계에서 보다 정밀한 내풍 성능평가가 가능한 것을 알 수 있었다.