PURPOSES : This study aims to evaluate the vertical displacement caused by differential drying shrinkage in concrete pavements within tunnels under various independent variables using structural analysis. METHODS : The behavior of differential drying shrinkage was assessed based on literature reviews of slab thickness and atmospheric humidity. The equivalent linear temperature difference (ELTD) values were analyzed using regression analysis. A three-dimensional solid element model of a two-lane highway tunnel section with six slabs was created using the ABAQUS finite element program by referring to standard drawings. Dowels and tie bars were placed in accordance with the highway standards of the Korean Highway Corporation. RESULTS : The results of a finite element analysis revealed no significant difference in vertical displacement owing to the type of slab base. However, thicker slabs exhibited a smaller vertical displacement. Additional dowels installed at the shoulder of the driving lane did not significantly inhibit vertical displacement. A narrower joint spacing resulted in a smaller vertical displacement. A comparison with field data from Tunnel A showed that the amount of differential drying shrinkage varied with the relative humidity of the atmosphere during different seasons. CONCLUSIONS : Increasing the slab thickness and reducing the joint spacing can improve driving performance by mitigating differential drying shrinkage during dry winter conditions. Future research will involve the creation of indoor test specimens to further analyze the behavior of differential drying shrinkage under varying conditions of relative humidity, slab base moisture, and wind presence.

국내에서는 고속도로에는 콘크리트 포장을 적용하고 있지만 도심지에서는 콘크리트의 양생기간으로 인해 장기간 교통차단이 필요없 는 아스팔트 포장을 주로 적용하고 있다. 그러나 아스팔트 포장은 공용수명이 길지 않아 잦은 유지보수 작업으로 인해 사용자들의 불 편을 초래하고 있다. 본 연구에서는 현장타설 콘크리트 포장 공법을 적용하더라도 즉시 통행이 가능한 포장 임시보호판 개발을 위하 여 임시보호판의 하부 지지보 설치 간격 최적화를 목적으로 3차원 유한요소해석 프로그램을 이용하여 차륜 하중에 대한 응력분포를 분석하였다. 해석에 사용된 임시보호판은 길이 6m, 폭 3m, 두께 0.3m의 콘크리트 슬래브로 구성하였으며, 임시보호판의 하부 지지보 간격을 0.5m, 1m, 1.5m, 3m, 6m로 구성하였다. 하중 조건은 중차량인 버스를 고려하여 타이어 접지 면적당 33,540N의 분포하중을 지지 보 사이에 적용하여 분석하였다. 해석 결과, 하부 지지보 사이의 간격이 좁아질수록 응력이 감소하는 것을 확인하였다.

국내에는 지형적인 조건 또는 그 외의 여러 제약에 따라 줄눈 콘크리트 포장(JCP)을 시공하는 경우가 많았다. JCP는 시공 이후 양생 제로 도포함에도 불구하고 시간이 지남에 따라 부등건조수축이 나타나, 운전자의 승차감과 안정성을 악화시킨다. 이를 해결하기 위해 포장설계 지침을 지속적으로 개정하고 있지만, 부등건조수축으로 인한 민원이 계속 발생하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 JCP의 부등건조수축량에 영향을 줄 수 있는 변수를 설정하여 변수에 따른 거동 차이를 보고자 하였다. 3D 유한요소해 석 프로그램 ABAQUS를 이용하여 유한요소법을 통한 해석을 진행하였고, 모델링은 2차로 6 슬래브를 모형화하였다. JCP의 부등건조 수축량에 영향을 주는 슬래브 깊이별 온도변화가 포장설계에 따라 어떻게 변화하는지 고려하기 위하여, 그에 대한 변수로 하부층 종 류의 영향, 슬래브 두께의 영향, 주행차로 다웰바 추가 설치 유무의 영향, 줄눈 간격의 영향을 설정하였다. 기본적인 모델의 유한요소해석 부등건조수축량 결과와 위에서 설정한 변수를 적용하여 만든 모델에 대한 유한요소해석 부등건조수축 량 결과를 각각 도출하였고, 기본 모델 결과와 변수를 적용한 모델 결과를 비교하여 각각의 인자가 어느 정도의 영향을 미치는지 확 인해 보았다. 영향이 큰 인자들을 선별하여 복합적인 변수에 대한 영향을 보고자 하였고, 복합 변수를 적용한 모델의 유한요소해석 부등건조수축 량 결과와 기본 모델의 유항요소해석 부등건조수축량 결과를 비교하여 그 차이가 어느 정도인지 확인하였다. 이에 따라 앞으로 JCP구 간 부등건조수축에 대한 해결을 위해 중점을 두어야 할 인자를 파악할 수 있었으며, 결과를 현장에 적절하게 적용한다면 도로 주행성 과 안전성을 개선할 수 있을 것으로 판단된다. 유한요소해석 결과에 대한 신뢰도를 부여하기 위해 현장 데이터와도 비교 분석하였고, 계절에 따라 약간의 차이는 있었으나, 평균값 과는 유사하여 본 연구의 구조해석 모형이 다양한 조건에 따른 연직변위 발생함에 있어 비교하는데 유용하다고 판단하였다.

본 논문에서는 조선 후기의 대표적인 전통목구조인 수원 화령전 운한각의 구조성능을 평가하였다. 운한각의 가구구성 방식에 맞추 어 3차원 구조해석 소프트웨어인 midas Gen으로 해석모델을 정교하게 구축하였다. 정적해석으로 주요 구조부재의 안전성과 사용성 을 평가하였고, 고유치해석으로 동적거동특성을 평가하였다. 대부분의 부재가 안전성 및 사용성 기준을 여유 있게 만족하고 있으나, 외목도리에서 휨응력비가 기준을 20.7% 초과하고 있어 이 부재에 대해서는 장기적인 모니터링이 필요하다고 사료된다. 운한각의 고 유주기는 1.079초로 비슷한 규모의 전통목구조보다 약간 긴 편이며, 특히 후면 화방벽의 영향으로 2차모드에서 비틀림이 발생한 것으 로 분석된다.

본 연구는 특수한 조건에서의 줄눈 콘크리트포장의 설계 및 성능에 관한 분석을 목적으로 한다. 줄눈 콘크리트포장은 시멘트 콘크리트 포장의 한 형태로, 오랜 기간 도로 포장형식으로 사용되어 왔다. 이 포장 방식은 철근을 사용하지 않는 대신, 콘크리트 슬래브의 균열을 줄눈을 통해 유도하고, 다월바와 타이바를 통해 슬래브에 생기는 응력을 줄이는 방식이 다. 대한민국의 다양한 지역 환경과 계절적 특성은 도로 포장설계에 주요한 인자로 적용된다. 특히, 슬래브의 부등건조수 축이 평탄성 문제의 주요 원인으로 지적되며, 이는 온습도의 변화에 의해 발생한다. 본 연구에서는 3차원 유한요소해석 을 활용하여 줄눈 콘크리트포장 슬래브의 거동을 분석하고, 콘크리트 슬래브의 두께, 줄눈 간격, 타이바 및 다웰바의 배 치 등 주요 설계 변수의 영향을 평가한다. 이러한 설계 인자들이 슬래브의 응력과 변위에 미치는 영향을 확인하며, 다양 한 환경 조건 하에서의 설계 방법의 유효성을 검증한다. 본 연구는 줄눈 콘크리트포장의 실제 배치 방식을 모델링하여, 기존 설계 방식의 보안 사항을 파악하고, 설계 기준 내에서의 주요 인자 변화를 통해 부등건조수축을 완화할 수 있는 방 안을 제시한다. 이를 통해, 특수 환경 조건에서의 온습도 영향을 고려한 효율적인 포장 설계 방안을 도출함으로써, 도로 포장의 평탄성과 내구성 향상에 기여하고자 한다.

폭발 수치해석 기법 중 Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE)는 구조물의 파괴뿐만 아니라 폭발 이후 충격파의 전파 과정까지 관찰할 수 있는 장점이 있다. 그러나 동적 해석 시 유한요소 모델의 격자망 크기가 일정 수준 이하로 감소하게 되면 해석 결과의 신뢰도가 부 정확해진다. 본 연구에서는 ALE 수치해석 기법을 활용하여 대기의 격자망 크기가 해석의 정확도에 미치는 영향을 조사한다. 다양한 조건의 격자망 크기와 폭발 중량을 갖는 대기 중 폭발모델을 구축하고, 폭발 중심으로부터 거리에 따른 폭발압력을 관찰한다. 수치해 석과 실험에서 얻은 최대 폭발압력 결과에 대해 평균 제곱 오차를 계산하여 최적의 격자망 크기를 제안하고, 제안된 크기를 바탕으로 폭발물 중량과 대기의 최적 격자망 크기에 대한 상관관계를 분석한다. 본 연구는 다양한 중량을 가진 폭발물 해석에서 최적의 격자망 크기를 제공함으로써 신뢰성이 향상된 폭발 수치해석 모델 개발에 도움이 될 것으로 기대한다.

본 논문에서는 3차원 엮임 재료의 재료 물성치들을 효율적으로 분석하고 추후 최적설계 연구에 활용하기 위해서 파라메트릭 배치 해석 워크플로우를 제시하였다. 3차원 엮임 재료를 구성하는 와이어들 사이의 간격을 설계 매개변수로 하는 파라메트릭 모델에 대해 서 임의의 변수 조합을 가지는 2,500개의 수치 모델을 생성하였으며, 상용 프로그램인 매트랩과 앤시스의 여러 모듈을 사용하여 체적 탄성계수, 열전도도, 유체투과율과 같은 다양한 재료 물성치들을 배치 해석을 통해서 자동으로 얻어질 수 있도록 구성하였다. 이와 같 이 얻어진 대용량의 재료 물성치 데이터베이스를 활용해서 회귀 분석을 수행하였으며, 그 결과 설계 변수들과 재료 물성치 사이의 경 향성과 수치 해석 결과의 정확도를 검증하였다. 또한 확보된 데이터베이스를 통해서 3차원 엮임 재료의 물성치를 예측할 수 있는 인 공 신경망을 구성하고 학습시켰으며, 그 결과 임의의 설계 매개변수 값들을 가지는 엮임 재료 모델에 대해서 구조 및 유체해석 과정 없 이도 높은 정확도로 재료 물성치들을 추정할 수 있음을 확인하였다.

PURPOSES: The objective of this study was to develop an asphalt pavement response model for a subsurface cavity section using the 3D finite element method and a statistical approach. METHODS: It is necessary to analyze the structural behavior of asphalt pavement with a subsurface cavity to evaluate the degree of risk for a road cave-in. A 3D finite element model was developed to simulate the subsurface cavity underneath asphalt pavement and was verified using the ILLIPAVE program. Finite element analysis was conducted for asphalt pavement sections with different asphalt layer thickness/modulus, and cavity depth and length, to generate the artificial pavement response database. The critical pavement response considered in this study was the tensile strain at the bottom of the asphalt layer because fatigue cracking is the main cause of road cave-in. The relationship between the critical pavement response and influencing factors was investigated using the pavement response database. The statistical regression approach was adopted to develop the asphalt pavement response model for predicting the critical pavement response of asphalt pavement with a subsurface cavity. RESULTS : It was found from the sensitivity analysis that the asphalt layer thickness or modulus, and cavity depth or length, are the major factors affecting road cave-in incidents involving asphalt pavement. The asphalt pavement response model showed high accuracy in predicting the tensile strain at the bottom of asphalt layer. It was found from the verification study that the R square value between finite element model and pavement response model were 0.969 and 0.978 in the cavity and intact sections, respectively. CONCLUSIONS: The work reported in this paper was intended to figure out the pavement structural behavior and to develop a pavement response model for the occurrence of cavities underneath asphalt pavement using 3D finite element analysis. In the future, critical pavement response will be utilized to establish the criteria of risk of road cave-in based on various different conditions.

PURPOSES: In this study, a three-dimensional nonlinear finite element analysis (FEA) model for airport concrete pavement was developed using the commercial program ABAQUS. Users can select an analysis method and set the range of input parameters to reflect actual conditions such as environmental loading.METHODS : The geometrical shape of the FEA model was chosen by considering the concrete pavement located in the third-stage construction site of Incheon International Airport. Incompatible eight-node elements were used for the FEA model. Laboratory test results for the concrete specimens fabricated at the construction site were used as material properties of the concrete slab. The material properties of the cement-treated base suggested by the Federal Aviation Administration(FAA) manual were used as those of the lean concrete subbase. In addition, preceding studies and pavement evaluation reports of Incheon International Airport were referred for the material properties of asphalt base and subgrade. The kinetic friction coefficient between the concrete slab and asphalt base acquired from a preceding study was used for the friction coefficient between the layers. A nonlinear temperature gradient according to slab depth was used as an input parameter of environmental loading, and a quasistatic method was used to analyze traffic loading. The average load transfer efficiency obtained from an Heavy falling Weight Deflectomete(HWD) test was converted to a spring constant between adjacent slabs to be used as an input parameter. The reliability of the FEA model developed in this study was verified by comparing its analysis results to those of the FEAFAA model.RESULTS : A series of analyses were performed for environmental loading, traffic loading, and combined loading by using both the model developed in this study and the FEAFAA model under the same conditions. The stresses of the concrete slab obtained by both analysis models were almost the same. An HWD test was simulated and analyzed using the FEA model developed in this study. As a result, the actual deflections at the center, mid-edge, and corner of the slab caused by the HWD loading were similar to those obtained by the analysis.CONCLUSIONS : The FEA model developed in this study was judged to be utilized sufficiently in the prediction of behavior of airport concrete pavement.

PURPOSES : The piezoelectric energy road analysis technology using a three-dimensional finite element method was developed to investigate pavement behaviors when piezoelectric energy harvesters and a new polyurethane surface layer were installed in field conditions. The main purpose of this study is to predict the long-term performance of the piezoelectric energy road through the proposed analytical steps. METHODS: To predict the stresses and strains of the piezoelectric energy road, the developed energy harvesters were embedded into the polyurethane surface layer (50 mm from the top surface). The typical type of triaxial dump truck loading was applied to the top of each energy harvester. In this paper, a general purpose finite element analysis program called ABAQUS was used and it was assumed that a harvester is installed in the cross section of a typical asphalt pavement structure. RESULTS : The maximum tensile stress of the polyurethane surface layer in the initial fatigue model occurred up to 0.035 MPa in the transverse direction when the truck tire load was loaded on the top of each harvester. The maximum tensile stresses were 0.025 MPa in the intermediate fatigue model and 0.013 MPa in the final fatigue model, which were 72% and 37% lower than that of the initial stage model, respectively. CONCLUSIONS : The main critical damage locations can be estimated between the base layer and the surface layer. If the crack propagates, bottom-up cracking from the base layer is the main cracking pattern where the tensile stress is higher than in other locations. It is also considered that the possibility of cracking in the top-down direction at the edge of energy harvester is more likely to occur because the material strength of the energy harvester is much higher and plays a role in the supporting points. In terms of long-term performance, all tensile stresses in the energy harvester and polyurethane layer are less than 1% of the maximum tensile strength and the possibility of fatigue damage was very low. Since the harvester is embedded in the surface layer of the polyurethane, which has higher tensile strength and toughness, it can assure a good, long-term performance.

Dynamic numerical simulation of pile-supported slab track system embedded in a soft soil and embankment was performed. 3D model was formulated in a time domain to consider the non-linearity of soil by utilizing FLAC 3D, which is a finite difference method program. Soil non-linearity was simulated by adopting the hysteric damping model and liner elements, which could consider soil-pile interface. The long period seismic loads, Hachinohe type strong motions, were applied for estimating seismic respose of the system, Parametric study was carried out by changing subsoil layer profile, embankment height and seismic loading conditions. The most of horizontal permanent displacement was initiated by slope failure. Increase of the embedded height and thickness of the soft soil layer leads increase of member forces of PHC piles; bending moment, and axial force. Finally, basic guidelines for designing pile-supported slab track system under seismic loading are recommended based on the analysis results.

In recent years, the number of earthquakes has increased worldwide. There has been an extreme increase on the Korea Peninsula, which is considered a safety zone for earthquakes. In particular, in the event of earthquakes, most structures on the Korea Peninsula are severely damaged, because most are not designed to withstand them. Damage to and destruction of civil structures, such as bridges, nuclear facilities, and dams, is worse than that of other structures. It is necessary to evaluate and predict the extent of damage by earthquake magnitude, as the magnitude of earthquakes is increasing as well as the frequency. A major feature of the occurrence of earthquakes is uncertainty. For this reason, it is necessary to adopt a stochastic approach, and studies using this approach are increasing. However, although there have been several studies on bridges and nuclear facilities, there have been few studies on probabilistic seismic risk evaluation for multi-functional weirs. Thus, this study presents 3D multi-functional weirs and performs a time history analysis by using LS-DYNA, a general structure analysis program. Probabilistic seismic fragility assessment is conducted by Monte Carlo simulation.

In this study, a numerical approach for automotive louvered fin heat exchanger is carried out to investigate the effect of louvered angle on the heat transfer characteristics. The numerical simulation code STAR-CCM+ is utilized to calculate flow and temperature fields with polyhedral meshes. The results show that the flow efficiency is increased as the louver angle is high. Also, the outlet temperatures are nearly the same according to louver angles because the average Nusselt numbers are nearly equivalent regardless of louver angle.

미국 및 프랑스의 경우, 초대형 항공기 출현, 항공기 기어 형상의 변화 및 항공교통의 지속적인 수요로 인하여 과거 노모그래프를 사용하는 설계법으로 포장을 설계하는데에 많은 한계가 있었다. 이러한 연유로 미국 FAA 및 프랑스 LCPC등은 포장 구조 시스템을 해석하고 이를 근거로 포장의 공용성을 예측하는 역 학적 경험적 설계법을 개발하였고, 현재도 개선 중에 있다. 줄눈 콘크리트 포장인 공항 콘크리트 포장의 경우 아스팔트 포장과는 달리 조인트를 가지는 이유로 다층탄성해석 프로그램을 통한 설계법에서 최근에 는 3차원 유한요소방법을 이용한 설계법으로 변화하고 있다. 본 연구는 국내의 역학적-경험적 공항포장 설계법을 개발하기 위해 FAA에서 개발한 공항포장용 3차원 유한요소프로그램인 FEAFAA를 참고하여 범용 해석 프로그램인 ABAQUS로 이를 개선한 모형을 구축하 였고, 기존 개발된 줄눈 콘크리트 포장용 3차원 유한요소해석 프로그램인 FEAFAA, EverFE 등과 비교하 여 구축 모형을 검증하였다. 그리고 항공기의 이동하중에 대한 포장의 거동을 해석할 수 있는 동적 해석 모형으로 확장하였고, 향후 인천공항공사의 현장 시험을 통해 모형에 대한 검증을 수행할 예정에 있다.

지수 함수 및 멱 법칙 함수를 이용한 점진기능재료(FGM) 판의 전단 및 두께 방향 변형을 고려한 이론을 정식화하여 동적 평형방정식을 유도하였다. 지수 함수 및 멱 법칙 함수는 두께 방향으로 재료의 변화를 고려할 수 있고 3차원 해석방법은 전단 및 두께 방향 변형을 고려함으로써 점진기능재료의 정확한 구조적 특성을 고려할 수 있다. Pasternak탄성지반 위에 놓인 4변이 단순 지지되고 전단 및 두께 방향 변형이 고려된 점진기능재료 판의 지배방정식을 풀기 위해 Navier 방법을 사용하였다. 거듭제곱 지수와 3차원 해석의 효과를 나타내기 위한 지수 및 멱 법칙 점진기능재료 판의 동적 해석결과를 제시하였다. 기존의 2차원 고차전단변형 이론 및 3차원 이론과의 관계를 수치해석 결과를 통하여 고찰하였다. 또한 (i) 거듭제곱 지수, (ii) 폭-두께 비, 그리고 (iii) 탄성지반 계수, 등이 점진기능재료 판의 자유진동수에 미치는 효과에 대하여 관찰하였다. 본 연구의 결과를 검증하기 위해 참고문헌의 결과들과 비교 분석하였다.

본 논문에서는 원통형 쉘에 부착된 노즐의 구조 건전성평가를 수행하고 그 결과를 비교하기 위해 2차원(2D)과 3차원(3D)해석이 수행되었다. 현재 원자력 발전소에서 사용되는 3개의 노즐을 구조 건전성평가를 위해 선정하였고, 각각 노즐은 내부압력, 온도변화 및 외부하중을 받는다. 내부압력에 대한 2D 해석은 1.5이상의 계수 값을 이용하거나 응력집중 계수를 적용하여야 하고, 온도변화에 대한 2D와 3D 해석결과는 피복재의 유무와 상관없이 서로 거의 비슷하며, 외부하중에 대한 WRC Bulletin 297에 의한 해석결과는 3D 해석결과보다 더 보수적임을 확인할 수 있었다.

A seismic response analysis method for three-dimensional floating offshore structures due to seaquakes is developed. The hydrodynamic pressure exerted on the structure is calculated taking into account the compressibility of the sea water, the fluid-structure interaction, the energy absorption by the seabed, and the energy radiation into infinity. To validate developed method, the hydrodynamic pressure induced by the vibration of a floating massless rigid circular disk is calculated and compared with an exact analytical solution. The developed method is applied to seismic analysis of a support structure for a floating offshore wind turbine subjected to the hydrodynamic pressures induced from a seaquake. Analysis results show that earthquake response of a floating offshore structure can be greatly influenced by the compressibility of fluid, the depth (natural frequencies) of the fluid domain, and the energy absorption capacity of the seabed.

본 논문에서는 현재 시공중인 58층의 철근콘크리트조 고층건물에서 진동현식게이지를 통해 계측된 기둥의 축방향 변형률과 레이져 스캐닝을 통해 구한 횡변위를 3차원 시공단계해석에 의한 예측치와 비교하였다. 예측치는 ACI 209와 PCA의 재료모델식, PCA report의 축소량 산정알고리즘을 3차원 구조해석 프로그램으로 개발한 ASAP을 사용하여 구하였다. 비교결과 평면의 중앙부 기둥의 축방향 변형율 계측치는 시공단계 해석치와 거의 유사한 결과를 나타내었으나 각 모서리에 두 개씩 배치된 기둥의 경우 비교적 큰 오차를 나타내었다. 레이져 스캐닝에 의한 횡변위 계측결과는 해석결과와 유사한 경향을 보였으나 층당 계측치가 큰 변동을 나타내므로 향후 이를 해결하기 위한 계측 및 데이터 처리기법이 요구된다.