선박의 설계과정에 있어, 선박의 중량은 유체역학적 성능에 큰 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나이다. 선박은 일반적으 로 최적의 흘수와 배수량을 갖는 하나의 조건으로 설계되지만, 실제로는 연료의 소비, 선박 평형수의 충전과 적재 조건과 같은 운항 활동 으로 인해 선박의 중량 및 흘수가 일정 범위 내에서 바뀐다. 본 연구에서는 소형선박을 대상으로 3가지 하중조건에 따른 선박의 저항성능 변화를 모형실험과 수치해석을 통해 연구하였다. 마지막으로 2050년까지 CO2 배출 가스를 50% 감축한다는 국제해사기구(IMO) 목표를 따 라 선박의 저항 성능을 개선하여 동력 요구 사항을 줄이기 위해 선박의 중량 변화에 따른 저항성능의 민감도를 연구하였다. 연구 결과, 선박의 중량변화에 따른 효과는 낮은 프루드 수에서 크게 나타나는 것으로 확인되며, 저항성능에 대한 연구 결과, 설계 흘수의 적재조건 을 기준으로 배수량이 11.1% 증가하고, 흘수가 5% 증가한 Over load의 적재조건에서 운항 시 선체의 총 저항이 모형시험과 CFD 시뮬레이 션에서 각각 15.97%, 14.31%까지 증가하는 것을 볼 수 있다.

프리캐스트 코핑의 중공부 주철근 단절로 인한 단점을 보완하고, 거치대 삽입 없이 주철근을 거치대로 활용할 수 있 도록 철근-콘크리트 접촉부의 응력집중을 완화할 수 있는 하중분산세트의 성능을 검토하였다. 유한요소해석 및 축소모형실험을 통해 검토한 결과 하중분산세트는 철근-콘크리트 접촉부의 응력집중을 효과적으로 완화시켜 거치 시 콘크리트 파손을 방지할 수 있을 것으로 판단된다.

PURPOSES : Previously, airport concrete pavement was designed using only aircraft gear loading without consideration of environmental loading. In this study, a multiple-regression model was developed to predict maximum tensile stress of airport concrete pavement based on finite element analysis using both environmental and B777 aircraft gear loadings. METHODS: A finite element model of airport concrete pavement and B777 aircraft main gears were fabricated to perform finite element analysis. The geometric shape of the pavement, material properties of the layers, and the loading conditions were used as input parameters for the finite element model. The sensitivity of maximum tensile stress of a concrete slab according to the variation in each input parameter was investigated by setting the ranges of the input parameters and performing finite element analysis. Based on the sensitivity analysis results, influential factors affecting the maximum tensile stress were found to be used as independent variables of the multi regression model. The maximum tensile stresses predicted by both the multiple regression model and finite element model were compared to verify the validity of the model developed in this study. RESULTS: As a result of the finite element analysis, it was determined that the maximum tensile stress developed at the bottom of the slab edge where gear loading was applied in the case that environmental loading was small. In contrast, the maximum tensile stress developed at the top of the slab center situated between the main gears in the case that the environmental loading got larger. As a result of the sensitivity analysis and multiple regression analysis, a maximum tensile stress prediction model was developed. The independent variables used included the joint spacing, slab thickness, the equivalent linear temperature difference between the top and bottom of the slab, the maximum take-off weight of a B777 aircraft, and the composite modulus of the subgrade reaction. The model was validated by comparing the predicted maximum tensile stress to the result of the finite element analysis. CONCLUSIONS : The research shown in this paper can be utilized as a precedent study for airport concrete pavement design using environmental and aircraft gear loadings simultaneously.

Soil-foundation-structure interaction (SFSI) is one of the important issues in the seismic design for evaluating the exact behavior of the system. A seismic design of a structure can be more precise and economical, provided that the effect of SFSI is properly taken into account. In this study, a series of the dynamic centrifuge tests were performed to compare the seismic response of the single degree of freedom(SDOF) structure on the various types of the foundation. The shallow and pile foundations were made up of diverse mass and different conjunctive condition, respectively. The test specimen consisted of dry sand deposit, foundation, and SDOF structure in a centrifuge box. Several types of earthquake motions were sequentially applied to the test specimen from weak to strong intensity of them, which is known as a stage test. Results from the centrifuge tests showed that the seismic responses of the SDOF structure on the shallow foundation and disconnected pile foundation decreased by the foundation rocking. On the other hand, those on the connected pile foundation gradually increased with intensity of input motion. The allowable displacement of the foundation under the strong earthquake, the shallow and the disconnected pile foundation, have an advantage in dissipating the earthquake energy for the seismic design.

최근 공항 콘크리트 포장의 설계법은 경험적 설계법에서 역학적 설계법으로 변하고 있다. 하지만 다양 한 환경조건과 파손의 불확실한 예측 등의 이유 때문에 완벽한 역학적 설계방법은 개발되지 못하였고, 축 적된 경험에 공학적 개념을 결합한 역학적-경험적 설계방법이 개발되고 있다. 최근 미연방항공청(FAA) 에서는 역학적-경험적 설계방법인 FAA-6E를 제시하였지만 이는 각종 항공기의 제원 및 다양한 포장층 의 물성 등 많은 입력 변수가 필요하여 편리성이 떨어지며 환경하중을 고려하지 못하는 치명적인 단점이 있다(FAA, 2009). 따라서 최근 환경하중을 고려하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며 특히 국내에서 는 박주영 외(2014)가 국내 기후 조건을 지역별로 고려하여 콘크리트 포장의 환경하중을 정량화하였다. 본 연구에서는 지역별 환경하중과 D (Dual) 기어에 의한 교통하중에 의한 공항 콘크리트 포장의 응력 회귀모형 및 설계방법을 개발하였다. 먼저, 환경하중과 D기어가 동시에 재하 될 때 슬래브에 발생하는 최 대인장응력의 위치와 크기를 확인하기 위해 유한요소해석 프로그램인 FEAFAA 2.0을 사용하여 해석을 실시하였으며, 그 결과 기존 교통하중만으로 해석하였을 때와 큰 차이가 있음을 확인하였다. 응력회귀모 형의 독립변수를 선정하기 위해 가능한 변수에 대한 민감도 분석을 실시하고 통계프로그램인 SPSS를 사 용하여 다중회귀분석을 실시하여 응력회귀모형을 개발하였다. 개발된 응력회귀모형은 환경하중을 고려하 여 응력을 계산하기 때문에 기존의 항공기 하중만으로 계산된 응력과 큰 차이가 있었다. 이러한 차이로 인해 기존의 피로모형을 그대로 이용할 경우 매우 다른 설계수명이 예측되었다. 따라서 미연방항공청 (FAA)에서 최근 개발된 FAA AC 150/5320-6E 설계법 피로모형의 응력보정계수를 Brill(2010)이 제시한 최소제곱법으로 보정한 수정 FAA AC 150/5320-6E 피로모형을 개발하였다. 기존에 FAA AC 150/5320-6D 방법으로 설계된 여수공항의 콘크리트 포장은 본 연구의 결과를 적용할 경우 동일한 줄눈 간격에서는 두께가 감소하고 동일한 두께에서는 줄눈간격이 증가하였다. D 기어로 설계된 외국 콘 크리트 포장의 자료를 추가하여 피로모형을 보정할 경우 더욱 합리적인 설계가 될 것으로 예상된다.

현재 공항에서 주로 사용되는 콘크리트 포장은 미국 연방항공청(FAA) 및 국제 민간항공기구(ICAO) 등 에서 제시한 경험적 설계를 하고 있으나 이러한 경험적 설계는 공학적 개념이 부족하여 정확하지 않으며 더욱이 최근 사용되는 역학적-경험적 설계법은 공학적 검증 없이 해외의 설계법을 사용하여 국내 실정에 맞는 설계법이 필요하다. 또한 기존의 설계방법은 설계인자 중 환경하중을 고려하지 못하여 정확한 설계 에 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 환경하중을 고려하기 위해 공항에 따른 지역별 기후를 고려하여 지역별 연평균 일교차와 연평균 상대습도를 반영한 등가온도차이를 적용하였으며 교통하중의 경우 설계 항공기 중 대형항공기에 해당하는 Duals in Tandem(DT) 기어형상을 적용하였다. DT기어가 재하 될 때 슬래브에서 발생하는 최대인장응력의 위치를 확인하기 위해 유한요소해석 프로그 램인 FEAFAA 2.0을 사용하여 해석을 실시하였으며, 그 결과 교통하중만 작용할 때와 환경하중을 고려한 교통하중이 작용할 때의 최대인장응력 발생 위치는 서로 상이하였고 이를 고려하여 회귀식 산정을 위한 유한요소해석을 실시하였다.이어 합리적인 응력회귀식을 산정하기 위해 포장에 영향을 미칠 것으로 예상 되는 인자를 선정하였으며, 이를 민감도 분석한 결과 슬래브 두께(), 기어하중( ), 줄눈간격(), 슬래브 하부 지지력계수( )가 기준응력에서 5% 이상의 슬래브 응력 거동에 영향을 주는 주요 인자로 선정되었 다. 또한 역학적 설계에 따라 국내 공항의 환경 및 설계항공기의 기어 특성을 고려하여 앞서 민감도 분석 을 통해 결정된 인자들을 바탕으로 DT기어의 교통하중만 작용할 때와 교통하중과 환경하중을 모두 고려 했을 때 의 경우에 대해서 해석을 실시하였다. 이러한 해석결과를 바탕으로 사회과학 통계프로그램(SPSS)을 이용한 다중회귀분석을 실시하여 회귀식 을 산출하였다. 교통하중의 경우 네 개의 독립변수에 대한 회귀식이며, 환경하중을 고려한 교통하중의 회 귀식은 환경하중 회귀식(김연태, 2014)을 통해 얻은 결과를 활용하여 복합하중에 대한 회귀식을 얻었다. 교통하중에 대한 회귀식은 상관계수가 0.994로서 종속변수에 대한 독립변수들의 상관도가 매우 높음을 확인할 수 있었으며, 유의확률 및 다중공선성이 0.000과 10이하의 값으로서 각 인자들 간에 영향을 주는 정도가 낮은 것으로 판단되었다. 다음 두 식은 DT 기어에 대한 교통하중과 환경하중을 고려한 교통하중 의 회귀식이며 각 인자들의 계수를 비교함으로서 응력거동에서 영향을 주는 정도를 확인할 수 있다.

이 연구의 목적은 축소된 탱크 모델에서 측정되어진 슬로싱 압력을 이용하여 실제 크기의 탱크 모델에서의 압력을 예측하는 것이며, 또한 예측된 압력으로 LNG 코너 블럭의 슬로싱 하중에 의한 구조 강도를 평가하는 것이다. 이 목적을 위하여, Ansys CFX 프로그램을 이용하여 138K급 LNG 화물창 시스템의 크기 비율에 따른 슬로싱 해석을 수행 하였으며, 크기 비율에 따른 슬로싱 평균 압력 및 최대 피크 압력을 측정하였다. 또한, 측정된 압력은 프루드 법칙에 의해 실제 138K 크기의 압력으로 변환하여 실선 크기의 KC-1 코너블럭에 대한 구조강도 평가를 수행하였다.

포장 설계 및 해석 분야에서 기본이 되는 요소인 교통 관련 변수는 포장의 주요 파손에 원인 인자로 사 용되어 진다. 최근 사용되고 있는 역학적 경험적 포장 설계에서는 교통 관련 변수를 크게 교통량과 교통 하중 관련 변수로 나누어 적용하고 있다. 적용되는 교통량 관련 변수에는 설계교통량, 교통량의 차종별 비율, 방향 및 차로 분배 계수, 시간적 변동 계수를 사용하며, 교통하중 관련 변수로 차종별 축하중 분포 를 사용하고 있다. 교통량 관련 변수의 국내 자료는 1985년부터 전국 규모의 교통량 조사를 상시적으로 수행하고 있고, 매년 조사결과를 교통량 정보제공 시스템에서 제공하고 있어, 포장 설계나 포장 해석에서 관련 교통량 관련 변수의 다양한 시나리오를 적용할 수 있다. 그러나 국내 축하중 분포의 자료는 교통량 조사와 같이 매년 축하중에 대한 조사 및 제공을 하고 있지 않고, 하중에 대한 기준 분포만을 제시하고 있어 포장설계시 하중 분포 변화에 대한 영향을 파악하기 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 국내외 조사된 축하중 분포모형을 기준으로, 가상의 특정 시나리오 하에서 하중분포 변화가 포장 설계에 어떻게 미치는가를 분석하였다. 국내외적으로 개발된 하중 분포 모형을 살펴보면, 확률밀도함수을 이용하여 혼합분포 모형으로 개발되는 경우와 누적밀도함수 형태로 곡선 모형으로 개발하여 사용하는 경우로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 축하중 분포 모형 설명에 있어 좀 직관적인 혼합 분포 모형을 사용하였다. 사용된 혼합 분포 모형의 기본 식은 다음과 같다. 상기 사용된 분포 모형은 일반적으로 공차 또는 만적 상태의 쌍봉 형태로 나타나는 하중 분포 특성을 평균과 분산 형태로 설명하는 특징을 가지고 있다. 따라서, 이러한 특징을 이용하여 축하중 분포 모형의 가상화 시나리오를 작성하였다. 분석에 사용된 축하중 분포 모형의 가상 시나리오는 과거 제시된 국내외 모형 분포를 기준으로 산업도로와 같이 화물 적재량이 많이 운행되는 경우, 인근 지역 특정 공사로 인한 하중 제한 임계 상태의 공사 차량 운행 되는 경우 등에 대해서 작성하였으며, 이러한 하중 운행 상태하에서 포장 설계에 대한 영향을 비교 분석하였다.

온도와 수분의 불균일한 분포로 인하여 콘크리트 슬래브는 컬링과 와핑 거동을 하고 슬래브에는 항상 응력이 도입되어 있다. 따라서 교통하중 외에도 환경하중을 고려해야만 콘크리트 슬래브에 발생하는 응력을 보다 정확하게 예측할 수 있다. 콘크리트 포장에 반복적으로 재하되는 교통하중과 환경하중에 의해 콘크리트 슬래브의 강도는 지속적으로 감소하고 응력 이하로 낮아지게 되면 피로균열이 발생한다. 본 연구에서는 기존에 수행된 연구들로부터 피로실험 결과를 수집하고 피로 회귀모형을 개발하였다. 개발된 모형을 검증하기 위하여 모형개발에 사용되지 않은 실내 휨피로실험 결과를 예측하고 기존 모형으로 예측된 결과와 비교하였다. 콘크리트 포장 누적 피로손상 해석 프로그램을 개발한 후 본 연구에서 제안된 모형과 기존 모형들을 적용하고 예측 결과를 비교 및 평가하였다. 피로모형 별로 슬래브 두께, 줄눈간격, 복합 지지력계수, 그리고 하중전달률에 따른 누적 피로손상의 민감도 분석을 실시하였다. 그 결과 본 연구에서 개발된 모형이 최소-최대응력비 R을 고려하는 기존 모형들의 경향을 개선하여 환경하중을 더욱 합리적으로 반영할 수 있는 것으로 나타났다.

하중전달효율은 다웰이 설치되었거나 설치되지 않은 콘크리트포장 줄눈의 구조적 성능을 나타내기 위해 사용된다. ABAQUS 소프트웨어를 사용한 줄눈 콘크리트장의 3차원 모형이 본 연구를 통하여 구축되었다. 기층과 노상이 접착되어 구성된 하부층 위에 3개의 슬래브가 놓였으며, 스프링 요소를 사용하여 인접한 슬래브를 줄눈에서 연결하였다. 콘크리트포장의 다양한 줄눈강성을 모사하기 위하여 다양한 값의 스프링 상수를 입력값으로 사용하여 그 관계를 조사하였으며, 스프링 상수가 커질수록 줄눈의 하중전달효율이 증가하는 것으로 나타났다. 슬래브와 기증의 다양한 탄성계수와 두께를 사용하여 슬래브의 거동과 하중전달효율에 미치는 재료물성과 기하학적 형상의 영향을 분석하였다. 그 결과 노상의 탄성계수는 기층의 탄성계수와 슬래브 및 기층의 두께보다 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 양 또는 영의 온도구배에서보다는 음의 온도구배에서 슬래브의 거동과 하중 전단효율이 더 민감 하게 변화하였으며, 낮은 강성의 줄눈은 슬래브의 온도구배에 더 민감한 것으로 나타났다.

본 논문에서는 기존 연속균열모형들이 대형균열 표현에서 소성변형을 과도하게 계산하는 문제점을 극복한 대형균열모형을 제안하였다. 또한 소성손상모형을 수정한 형태로 제안된 균열모형을 수치해석에 사용할 수 있도록 3단계 회귀매핑 알고리즘으로 구성된 알고리즘을 제시하였다. 전산해석 예제들을 통하여 제안된 균열손상 모형과 알고리즘이 동적 하중을 받는 구조물의 균열해석문제에서 과도한 소성변형을 억제하는 합리적인 결과를 도출함을 알 수 있었다.

보행하중을 받는 바닥판 구조물의 진동해석을 위해서 일반적으로 계측한 보행하중을 적용하거나 Bachmann의 보행하중식을 사용하게 된다. 다양한 매개변수의 영향을 받는 보행하중은 계측이 쉽지 않으며 Bachmann 보행하중식은 보행진동수가 2.OHz와 2.4Hz로 제한적이기 때문에 다양한 보행진동수에 따른 보행하중을 적용하기가 곤란하다. 따라서 보행하중을 받는 구조물의 진동해석을 위해서 보행하중의 매개변수 분석과 다양한 보행진동수에 적용이 가능한 보행하중의 모형화가 필요하다. 본 논문에서는 로드셀이 장착된 계측 플레이트를 이용하여 바닥판에 가해지는 보행하중을 직접 계측하고 매개변수를 분석하였다. 그리고 퓨리에 변환을 이용하여 계측한 보행하중을 다양한 진동수를 가지는 조화하중으로 분해하였다. 분해과정을 거쳐 얻은 조화하중의 계수들을 보행진동수에 대한 일정한 함수관계로 유도하여 보행하중을 모형화하였다. 본 논문에서 제안한 보행하중식을 이용하면 다양한 보행진동수에 따라 다르게 나타나는 보행하중을 구조물의 진동해석에 용이하게 적용할 수 있다.

국내 풍하중의 합리적인 확률모형을 개발하기 위하여 전국 25개 지역에서 수집된 풍속자료를 일관성을 가지도록 측정높이, 노풍도, 측정시간등에 대한 보정을 실시하여 이용하였다. 풍하중의 활률특성에 영향을 미치는 요소로는 풍속, 풍력계수, 속도압계수, 가스트계수 등의 확률특성이 고려되었다. 풍하중을 결정하는 각종 계수들의 확률특성으로부터 풍하중의 확률특성을 분석하기 위해서 널리 이용되는 Monte Carlo Simulation기법을 이용하였다. 풍하중의 확률분포로는 풍속과 같이 Gumbel의 Type-I 극한값 분포를 적용하였으며 simulation결과에서 상부 10%만을 이용하였다. 또한 어떤 특정 구조물에 최대풍속이 가장 불리한 방향에서 발생할 확률이 낮은 것을 고려하여 감소계수 0.85를 적용하여 모형화하였다.

In this study, we propose a structural modeling method to analyze the seismic behavior characteristics of arched stone bridge. For this purpose, we select the representative model of arched stone bridge, and various arch types are set in consideration of the width and height. Accordingly, this study applies the discrete element method for the modelling of discontinuum structure to analyze the seismic behavior characteristics according to the various arched types.

This paper presents a laboratory validation for a Finite Element model updating method using moving vehicle input-deflection output measurements. In conventional FE model updating, a few natural frequencies measured from field experiments have been used to update the FE model based on the assumption that the mass matrix is known accurately. The proposed approach can update the stiffness matrix without the assumption by using static input-output measurements and can even update the mass matrix by using a few natural frequencies obtained from dynamic measurements. Laboratory experiments were carried out for a scaled model of Samseung Bridge located in the test road of Korea Highway Corporation. For a simplicity of experiments, a mass (11kgf) was located in four different locations on the deck and two deflections were measured by laser displacement meters: one at the center girder, and the other in at the outer girder, both in mid-span. Results showed that the proposed methods was capable to estimate Young's Modulus and the mass density of the model bridge accurately while natural-frequency-based updating may result in significant error when higher modes (2nd, 3rd) were used.

기존의 공항콘크리트 포장설계 방법은 현장 실험을 바탕으로 한 경험적 설계 방법에서, 교통하중 및 환경하중을 고려하여 포장의 잔존 수명까지 예측하는 역학적-경험적 설계 방법으로 변화하고 있다. 미국 FAA의 AC 150/5320-6D(FFA, 1995)에서는 노모그래프를 기반으로 슬래브의 두께를 결정하였으나, 최근에는 3D 유한요소해석을 통해 산출된 응력으로 슬래브 두께를 결정하는 AC 150/5320-6E(FAA, 2009)를 적용하고 있다. 하지만 이 설계방법은 환경하중을 고려하지 않는 단점을 가지고 있다. <br> 박주영 외(2013)는 국내 지역의 기후 특성을 고려하여 국내의 지역별 환경하중을 정량화하는 선행연구를 수행하였다. 또한, 김연태(2013)는 정량화된 환경하중에 교통하중을 적용시켜, 교통하중과 환경하중이 동시에 고려된 공항콘크리트포장의 최대인장응력회귀식을 개발하였다. 김연태(2013)의 선행연구를 통해 개발된 최대인장응력회귀식으로 산출된 최대인장응력은 환경하중이 고려되므로 기존의 설계프로그램(FAAFIELD)의 결과와 상당한 차이를 나타낸다. 공항콘크리트포장의 피로모형이 갖는 변수로는 응력강도비와 허용반복회수가 있으며, 응력강도비의 변화에 따라 그 피로수명의 결과가 매우 상이하므로, 개발된 최대인장응력회귀식과 기존에 사용해온 피로모형으로는 합리적인 콘크리트포장의 피로수명을 얻을 수 없다.본 논문에서는 환경하중과 교통하중이 고려된 합리적인 공항콘크리트포장 피로모형을 선정하였다. 우선 국·내외에서 개발된 공항콘크리트설계 피로모형에는 미공병단, 미국 연방항공청, PCA, NCHRP 등이 있으나, 각각의 피로모형은 파괴 기준, 응력계산방법 등에 따라 서로 다른 결과를 나타낸다. 각 피로모형의 이론 및 배경, 기존 피로모형과의 비교, 민감도 분석 등을 통해 합리적인 피로모형 몇 가지를 우선적으로 선정하였다. 이를 위해, 선행연구에서 개발된 최대인장응력회귀식을 사용하여 환경하중과 교통하중을 고려한 최대인장응력을 산출하였으며, 산출된 최대인장응력을 앞서 선정된 피로모형에 대입한 뒤 허용반복회수를 산출하였다. 최종적으로 각 공항의 설계교통량을 반영하여 포장의 피로수명을 예측하였으며, 예측된 피로수명과 국내의 PCI자료를 통해 측정된 공항콘크리트포장의 수명과 비교·검토하여 가장 합리적인 피로모형을 선정하였다.