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건설기술논문집 update

JOURNAL OF THE INSTITUTE OF CONSTRUCTIONAL TECHNLOLOGY

  • : 충북대학교 건설기술연구소
  • : 공학분야  >  건축공학
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  • : 반년간
  • : 1598-5938
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수록정보
수록범위 : 1권0호(1982)~38권1호(2019) |수록논문 수 : 1,025
건설기술논문집
38권1호(2019년 06월) 수록논문
최근 권호 논문
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1LS-DYNA의 복합재파손 모델링 및 응집영역 모델링 방법을 이용한 복합재 적층판의 저속충격 손상거동 예측

저자 : 배홍수 ( Hongsu Bae ) , 우경식 ( Kyeongsik Woo )

발행기관 : 충북대학교 건설기술연구소 간행물 : 건설기술논문집 38권 1호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 1-8 (8 pages)

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본 논문에서는 저속 충격에 의하여 탄소-에폭시 복합재 적층판에서 발생하는 파손거동을 연속체 파괴역학 기반의 방법과 응집영역 모델링 방법을 이용하여 예측하였다. 먼저, 직교([0/90]6s) 적층판과 준대칭([45/0/ -45/90]3s) 적층판에 대하여 ASTM 규정을 따라 충격실험을 수행하고 이를 복합재 파손 모델과 응집영역 모델링을 이용하여 수치적으로 모사하였다. 해석에서는 면내 파손은 최대 응력기반의 파손기준을 채용한 탄소성 손상 모델을, 그리고 층간분리는 응집요소를 이용한 응집영역 모델링을 사용하여 모델링 하였다. 전산해석을 통하여 예측된 충격하중이력과 손상 형상을 실험의 결과와 비교하였다. 직교적층판과 준대칭 적층판에서 비교적 유사한 결과를 보였으며 이를 통하여 해석 모델의 타당성을 입증하였다. 또한, 다른 해석방법을 통한 결과와 비교를 통하여 기지의 손상 모델이 전체적인 손상에 미치는 영향에 대하여 보였다.


In this study, damage behavior of carbon/epoxy laminated composite under low velocity impact was studied using intra and inter lamina damage modeling. First, experiment were performed based on ASTM standard with cross-ply ([0/90]6s) and quasi-symmetric[45/0/0 -45/90]3scking sequence. The experiments were simulated using composite damage modeling and cohesive zone modeling. The intra-laminar damage was modeled with elasto-plastic damage modeling adopting the maximum stress based failure model and the inter-laminar damage was considered with cohsive zone modeing using cohesive elements in LS-DYNA. Predicted damage behaviors in terms of impact force history and damage shape were compared with those from experiments and showed very good agreement. Also, by comparing with the predicted result using different analysis approach, the effect of the matrix cracking on the impact damage of laminated composites was exhibited.

2접착두께와 초기균열의 크기가 두꺼운 접착제로 연결된 이중 캔틸레버 보의 응력거동에 미치는 영향

저자 : 엔달류아베바우몰라 ( Endalew A Molla ) , 우경식 ( Kyeongsik Woo ) , 김성보 ( Sung Bo Kim )

발행기관 : 충북대학교 건설기술연구소 간행물 : 건설기술논문집 38권 1호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 9-15 (7 pages)

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이중 캔틸레버 보는 복합재료의 파괴인성을 측정하는데 사용되는 표준시험 시편의 하나로, 그 응력거동은 초기균열 길이, 적층판과 접착제의 두께 및 물성치 등 다양한 요소에 영향을 받는다. 본 논문에서는 접착제로 연결된 탄소/에폭지 적층판 이중 캔틸레버 보의 응력거동을 수치적으로 연구하였다. 연구결과 균열선단 근처의 박리응력은 초기균열길이가 증가함에 따라서 증가하였다. 또한 접착제의 두께가 감소할수록 박리응력은 균열선단에서는 증가하지만 여기에서 멀어지면 반대로 감소하는 것으로 나타나 파손의 시작은 접착제의 두께가 감소할수록 빨리 발생할 것으로 예상되었다.


Double Cantilever Beam (DCB) test is one of the standard tests which are used to measure the toughness of composite materials. The stress and failure behavior of DCB is affected by many factors such as initial crack length, adherend and adhesive thicknesses, composite stacking orientation angles and material property variations. In this paper, the effect of initial crack length and adhesive thickness variation was studied considering the peeling stress behavior of DCB near the crack tip. The elastic analysis of DCB was performed using two-dimensional finite element model in Abaqus/CAE. From the results, it was observed that the peeling stress near the crack tip increased as the initial crack length decreased but the relationship between the same stress and adhesive thickness was observed inconsistent. However, the maximum peeling stress increased as the considered parameters decreased.

3복합재 로어암의 정적 및 피로파괴 해석

저자 : 배홍수 ( Hongsu Bae ) , 비룩네가 ( Biruk F Nega ) , 우경식 ( Kyeongsik Woo ) , 이재석 ( Jae Seok Lee )

발행기관 : 충북대학교 건설기술연구소 간행물 : 건설기술논문집 38권 1호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 17-25 (9 pages)

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본 연구에서는 복합재와 금속재 코어로 구성된 로어암 구조물에서 발생하는 구조적 거동과 및 피로 거동을 전산해석을 통하여 예측하였다. 로어암 구조물의 기하학적 형상을 정의한 후 4-절점 고체 요소를 이용하여 모델링하였으며, 시험평가 기준에 의하여 로어암 구조물에 정적 하중과 피로 하중을 가하였다. 전산해석은 상용 유한요소해석프로그램 ABAQUS와 점진적 파손해석을 수행할 수 있는 Helius-PFA를 연계하여 수행하였다. 로어암 구조물의 외측과 내측에 정적하중을 가하여 전산해석을 수행하고 해석 결과를 시험 결과와 비교하여 해석의 타당성을 검증하였으며, 또한 로어암 구조물에서 발생하는 구조적인 거동을 전산해석을 통하여 적절하게 예측할 수 있음을 보였다. 동일한 해석 모델을 사용하여 반복하중이 가해지는 로어암 구조물에서 발생하는 피로 거동을 예측하였으며, 피로 수명 내에서 발생하는 응력의 분포, 파손 상태 및 피로 수명을 예측하였다.


In this study, the static and fatigue failure behavior of composite lower arm structure was studied numerically. The lower arm configuration was generated according to the experimental specimen which was then converted to finite element model using 4-node solid elements. The analyses were performed using Helius-PFA, a progressive composite failure analysis module running on Abaqus. First, two static load cases were analyzed and the results were compared to those by tests for model verification. Then the numerical results were examined in terms of static failure behavior. Finally, the fatigue behavior was numerically studied under cyclic load condition and the progressive variation of stress distribution and the failure status were examined from which the fatigue life of the composite lower arm structure was predicted.

4스트레인 게이지 휘스톤 브리지 회로 출력 측정 비교 연구

저자 : 최윤희 ( Yunhui Choi ) , 주진원 ( Jinwon Joo )

발행기관 : 충북대학교 건설기술연구소 간행물 : 건설기술논문집 38권 1호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 27-31 (5 pages)

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스트레인 게이지로 휘스톤 브리지회로를 구성하고, 저항변화에 의해 변화된 휘스톤 브리지 회로의 전압변화율로부터 게이지 상수 값을 이용해 변형률을 결정한다. 브리지 회로를 구성하는 방법은 1/4 브리지(quarter bridge), 1/2 브리지(half bridge), 완전 결선 브리지(full bridge) 가 있다. 본 논문에서는 실험을 통해 1/4 브리지의 출력과 완전결선 브리지의 출력을 비교하였다. 또한 출력 변형률 대신에 출력한 전압을 직접 측정하여 단위변환을 진행한 후의 여러 브리지의 출력을 비교하였다. 완전결선 브리지와 1/4브리지를 이용한 변형률 측정 실험 결과, P3 인디케이터를 이용한 측정 시에는 0.9 μm/m의 차이가 발생하였고, MX440A 인디케이터를 이용한 측정 시에는 0.8 μm/m의 차이가 발생했으며, 이는 완전결선 브리지 결과에 대해 각0.09 %, 0.08 %로 매우 작은 오차가 발생하였다. 또한, 전압 측정 실험 결과 완전결선브리지와 1/4브리지의 결과 값 차이는 P3인디케이터를 이용한 측정 시 0.001 mV/V가 발생하였고, MX440A 인디케이터를 이용한 측정 시 0.013 mV/V의 차이가 발생하였으며, 이는 완전결선 브리지의 변형률 측정 결과에 대해 각 0.04 %, 0.6 %이다. MX440A 인디케이터를 이용한 측정 시 발생하는 차이의 원인을 분석하기 위해 추가 실험을 진행하였다. 추가 실험 결과 하중이 증가할수록 μm/m로 측정한 결과보다 mV/V로 측정한 후 환산한 값이 작게 나왔으며, 변형률에 대해 약 0.5 %의 차이를 보였다.


A Wheatstone bridge circuit is constituted by a strain gauge and the strain is determined by using the gauge constant value from the voltage change rate of the Wheatstone bridge circuit changed by the resistance change. The method of constructing the bridge circuit is a quarter bridge, a half bridge, and a full bridge. In this paper, the output of the 1/4 bridge is compared with the output of the full bridge by experiments. In addition, the output voltage was directly measured instead of the output strain, and the outputs of the various bridges after the unit conversion were compared. As a result of the strain measurement using the full bridge and the 1/4 bridge, there was a difference of 0.9 μm/m in the measurement using the P3 indicator and 0.8 μm/m in the measurement using the MX440A indicator, 0.09 % and 0.08 %, respectively, for the complete bridge results. In addition, as a result of the voltage measurement experiment, the difference of the result of full bridge and 1/4 bridge was 0.001 mV/V when measured with P3 indicator and 0.013 mV/V when measured with MX440A indicator, 0.04 % and 0.6 %, respectively, for the strain measurement results of the fully connected bridge. Additional experiments were conducted to analyze the cause of differences in the measurement using the MX440A indicator. As a result of the additional test, the value converted to mV/V was smaller than that measured in μm/m as the load increased, and the difference was about 0.5 % with respect to the strain.

5풍하중이 장대교량의 버페팅 응답에 미치는 영향

저자 : 홍기남 ( Hong Ki Nam ) , 이한솔 ( Lee Han Sol ) , 박재규 ( Park Jae Kyu )

발행기관 : 충북대학교 건설기술연구소 간행물 : 건설기술논문집 38권 1호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 33-39 (7 pages)

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일반적인 조건에서, 대부분의 교량시험은 큰 레이놀즈수 범위에서 수행되어지고 있으며, 풍동시험에서는 레이놀즈수를 10∼100배 더 작게하여 시험을 실시하고 있다. 하지만, 공기력계수(플로터 계수)의 작은 차이는 버페팅 응답에 큰 효과를 기칠 수 있기 때문에 정확한 공기력계수를 산정하는 것이 중요하다. 정적 계수 및 플러터 계수는 레이놀즈수에 따라 유사한 교량 단면과는 차이를 보인다. 레이놀즈수에 따라 교량 단면과 버페팅 응답의 공기 역학적 특성의 영향을 추정해야만 한다. 본 연구에서는, 5개의 교량 단면을 통해 전산유체역학)CFD) 해석을 수행하였으며, 정적공기력계수와 플러터 계수가 레이놀즈수의 함수로 계산하였다. 버페팅 응답을 평가하기 위해 시뮬레이션 모델로 금문교(모델 A)와 롤링교(모델 B)를 선택하였다. 두 교량 모델의 버페팅 해석은 CFD 시뮬레이션에 의해 평가된 계수를 사용하여 수행하였다. 최대 변위를 비교한 결과 모델 A는 모델 B보다 더 큰 버페팅 응답을 보였다. 레이놀드 수에 따른 다양한 단면에 대한 버페팅 응답의 경향은 두 교량 모델 모두 유사하게 나타났다. 상대적으로 높은 레이놀즈수 범위에서 버페팅 응답은 유사하며 데크 형상에 영향을 보였다. 유선형 단면의 데크는 높은 레이놀즈수에서 더 작은 효과를 나타내었다. 레이놀즈수로부터 교량 형상에 따른 버페팅 응답 결과는 다르다. 그러므로 교량의 응답을 정확히 평가할 필요가 있다.


In a general state, most bridge tests have been performed in a large Reynolds number range, and it also conducted with Reynolds number 10 to 100 times smaller in a wind tunnel test. However, it is important to estimate accurate aeroelastic force coefficients(i.e., flutter derivatives), because a little difference in the aerolastic force coefficients can have a large effect on buffeting response. Static coefficients and flutter derivatives differs from a similar bridge section according to Reynolds number. It should then be estimated the influence of aerodynamic property of bridge section and buffeting response according to Reynolds number. In this study, computational fluid dynamics (CFD) analysis was performed based on five bridge sections, static force coefficients and flutter derivatives were extracted as a function of Reynolds numbers. The Golden Gate Bridge(model A) and Lulling Bridge(model B) are selected as a simulation model to evaluate buffeting response. Buffeting analysis of two bridge models was performed using the coefficients estimated by CFD simulations. It is shown that the model A has larger buffeting response than the Lmodel B, as a result of comparing peak displacements. The trends of buffeting response for various sections according to Reynolds number are similarly shown on both bridge models. It is shown that the effect of deck shape has on the buffeting response has smaller in a relatively high Reynolds number range. It is also indicated that more streamlined section deck has smaller effects in high reynolds number. The result of buffeting response differs according to the shape of bridge by Reynolds number, therefore, it is necessary to accurately evaluate the bridge response.

6조적날개벽을 고려한 저층건축물의 내진성능평가

저자 : 장마리아 ( Jang Maria ) , 강수민 ( Kang Su Min )

발행기관 : 충북대학교 건설기술연구소 간행물 : 건설기술논문집 38권 1호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 41-46 (6 pages)

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이 연구의 목적은 지진이 발생할 때 조적날개벽의 역할이 인접한 기둥과 구조물의 성능에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 2017년 11월 포항 지진 때 흥해초등학교 기둥의 전단파괴가 눈에 띄게 관찰됐다. 기둥의 전단 손상 부위는 조적날 개벽의 존재와 매우 밀접한 관련이 있는 것처럼 보였다. 일반적으로 구조 설계에서 골조내부의 조적벽은 하중으로 가정되며 구조 모델링에는 적용되지 않는다. 그러나, 지진 피해 사례와 기존의 실험 연구는 조적벽이 구조적 거동 및 손상에 영향을 미친다는 것을 보여준다. 구조물의 성능에 미치는 영향을 이해하기 위해 본 연구에서는 네 가지 유형으로 모델링하였으며 재료의 강도와 강성는 기존의 연구와 문헌을 적용하였다. 비선형 정적해석으로 Push over해석하였으며 조적벽은 등가스트럿으로 모델링하여 적용하였다. 분석 결과에 따르면 조적벽날개벽은 지진하중작용시 인접한 두 기둥의 전단력 증감에 영향을 미치는 것으로 나타났으며. 조적날개벽은 지진하중작용시 건물의 손상의 주요 원인이었던 기둥의 전단 파괴와 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.


The purpose of this study is to analyze the effect of the presence of Masonry Wing-walls on the performance of adjacent columns and structures when an earthquake occurs. Shear failure of the columns of Heunghae Elementary School was observed patently in November 2017 in the Pohang earthquake. The shear damage patten of the columns seemed very closely related to the existence of the Masonry Wing-Wall. In general, in structural design, Masonry infill-walls in the framework are assumed as only loads and not reflected to structural modeling. However, seismic damage cases and existing experimental studies show that Masonry Wing-Walls affect structural behaviors and damage pattern. There are many prior studies and examples of Masonry Infill-Wall and Masonry Partial-high wall. However, the contribution of the Masonry Wing-Wall has been discussed since the earthquake in Pohang, but the existing research cases and references have not focused on it is structural roles. In order to understand the effect of Masonry Wing-Walls on the performance of a structure, in this study, four types of modeling such as two types of Masonry Wing-Walls, Masonry Partial-high Walls, and Bare Frame were studied. The strength and stiffness of the materials are referred to existing research and literature. Equivalent struts for nonlinear static analysis were applied as the structural analysis method of the Masonry Wing-Wall. Analysis results showed that Masonry Wing-Wall increases and decreases shear force on adjacent columns during earthquakes. Thus, it was found that the Masonry Wing-Wall was related to the shear failure of the column, which was the main cause of the building's damage during the earthquake.

7ABAQUS의 Intra와 Inter 라미나 파손 모델을 이용한 복합재 적층판의 저속충격 손상거동 예측

저자 : 네가브룩프크레 ( Nega Biruk Fikre ) , 우경식 ( Kyeongsik Woo )

발행기관 : 충북대학교 건설기술연구소 간행물 : 건설기술논문집 38권 1호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 47-53 (7 pages)

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본 논문에서는 저속충격을 받는 복합재 적층판의 파괴거동을 실험적 및 수치적으로 연구하였다. 먼저 [0/90]6s 직교적층판과 [45/0/-45/90]3s 준대칭 적층판에 대해 ASTM 규정에 따라 원구형 충격체를 낙하하는 방식으로 충격실험을 수행하고 이를 면내 및 층간분리 파손을 고려한 파손해석을 통해 수치적으로 모사하였다. 해석에서 면내 파손은 Hashin의 에너지 기반 파괴지표를, 그리고 층간분리는 응집요소를 사용하여 모델링 하였다. 해석적으로 예측한 파손형상은 실험에서 C-스캔 이미지와 비교하여 비교적 잘 일치하는 결과를 얻었다. 또한 접촉하중 및 변형 이력도 잘 일치하여 해석 모델링의 타당성을 입증하였다.


In the current study failure behavior of carbon/epoxy laminate under low velocity impact was studied using both experimental test and numerical simulation. First experimental tests were performed on laminate samples with [0/90]6S cross-ply and [45/0/-45/90]3S quasi- symmetric stacking sequence. Tests were performed according to ASTM standard with hemispherical impactor dropped on test samples. Then numerical simulation was performed to consider both intra-ply damage and inter-ply failure and their interaction. Intra-ply failure was simulated using progressive failure analysis with Hashin's energy-based failure criteria. On the other hand, surface based cohesive contact behavior with conventional bi-linear traction separation constitutive model was used for interface delamination simulation. Then numerically predicted damages modes, i.e. matrix cracking and interface delamination were compared with C-scan image of tested sample for verification of the model. Other results of force-history and deformation history were also compared with experimentally obtained ones which showed very good agreement.

8지진재난 발생 시 비구조재 파손이 대피시간에 미치는 영향

저자 : 김규창 ( Kim Gyu Chang ) , 강수민 ( Kang Su Min )

발행기관 : 충북대학교 건설기술연구소 간행물 : 건설기술논문집 38권 1호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 55-59 (5 pages)

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경주지진 및 포항지진은 더 이상 한반도가 지진 안전지대가 아니라는 인식의 확산으로 지진에 대응하는 내진설계가 적용되고 있으며 기존시설에 대한 내진보강도 점차적으로 진행 중에 있다. 그러나 소규모 시설물 등은 여전히 지진 등 재난으로부터 취약한 상태로 재난발생시 대량의 인명피해가 발생할 수 있는 상황이다. 이 연구는 지진 등 재난발생시 기존 다중이용시설물 중 재난약자 사용시설물〔이하 재난취약시설물〕중 하나인 충북노인종합복지관을 대상으로 현황 조사를 실시하여 재난(지진)발생시 예상되는 문제점 중 하나인 비구재의 현황을 조사하였다. 피난시뮬레이션 프로그램 중Pathfinder를 사용하여 평상시의 재실자(건물안에 있는 사람)의 특성을 반영하여 피난통로의 이동과 피난에 소요된 시간을 산정하였다. 재난발생시의 방해요소(비구조재, 가구 등)를 30%정도 탈락에 따른 통행로 방해요소를 반영 피난이동 시간의 차이를 비교분석하여 방해요소로 인한 피난시간의 증가가 70%정도 증대함을 3D 시뮬레이션 분석을 통해 직접적인 인명피해의 요소로 비구조재의 탈락방지의 중요성을 확인 하였다. 피난개선의 방법으로 내부탈락률 30%를 반영한 상태에서 주계단을 피난램프로 변경에 따른 피난 시간은 232.5초로 정상적인 피난시간보다 26초 증가만을 보였다. 본 연구를 통해서 확인된 피난 개선의 방법은 지진발생 초기에 비구조재의 탈락에 따른 초기 낙하물 피해에 대처한 후 대피에 직접적인 피해요소인 피난통로 중 계단을 피난 램프로 개선하는 것이 재난 취약시설물 등에 가장 효율적인 대피방법의 하나임을 시뮬레이션 분석을 통해서 확인 할 수 있다.


In Korea, recent earthquakes in Gyeongju (2016, 5.8) and Pohang (2017, 5.3) shows South Korea is no longer safe place for earthquake, therefore corresponding seismic design of earthquake has been applied and progressive retrofitting of existing facilities is progressing gradually. However, small facilities are still vulnerable to disasters like earthquakes and can cause massive casualties when it happens. This research is to investigate the current situation of the old welfare centers in Chungbuk, one of the disaster vulnerable facilities, among the existing multi purpose facilities in event of disaster, and also to investigate the current situation. Based on damage reported on Gyeongju and Pohang earthquakes , it is assumed that 30% of nonstructural members are damaged and dropped from structural members. . By comparing and analyzing the difference of evacuation time, according to the damage of non structural members it is shown that the evacuation time increase by 70% through analysis, it is confirmed that the pregention of damage of nonstructural is a key factor to determine the evacuation time.
And by changing the main stair to the evacuation lamp, the evacuation time was decreased considerable despite of damage of nonstructural members. Therfore, use of evacuation lamp can be a effective method for safe evacuation.

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1연안해역에서 석유오염물질의 세균학적 분해에 관한 연구

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