강한 인장 상태에서의 계류 체인 링크의 휨 거동

김승준,원덕희,Kim, Seungjun,Won, Deok-Hee 한국강구조학회 2017 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.29 No.2

This paper presents the study of the bending behavior of mooring chain links for keeping the position of the offshore floating structures. In general, chain links have been thought as the axial members due to the fundamental boundary condition. But, the flexural stiffness can be induced to the contact surface between chain links when friction occurs at the surface of the chain links due to high tensile force. Especially, the mooring chains for offshore floating platforms are highly tensioned. If the floater suffers rotational motion and the mooring chain links are highly tensioned, the rotation between contact links, induced by the floater rotation, generates the bending moment and relevant stresses due to the unexpected bending stiffness. In 2005, the mooring chain links for the Girassol Buoy Platform were failed after just 5 months after facility installation, and the accident investigation research concluded the chain failure was mainly caused by the fatigue due to the unexpected bending stress fluctuation. This study investigates the pattern of the induced bending stiffness and stresses of the highly tensioned chain links by nonlinear finite element analysis. 본 연구는 부유식 구조물의 위치 제어를 위한 계류 체인 링크의 휨 거동에 대해 다룬다. 일반적으로 체인 구조는 링크 간 연결조건에 따라 축력만 전달하는 구조체로 인식되었다. 그러나 체인에 강한 인장력이 작용할 때, 접촉하는 두 링크 간의 마찰력에 의해 휨 강성이 도입되게 된다. 특히, 부유식 플랫폼의 계류선은 강한 인장력이 유지되는데, 물리적으로는 긴장 상태에 있는 체인 링크 간 접촉면에 마찰특성에 의해 휨 강성이 도입되면 환경하중을 받는 플랫폼에 회전 운동이 발생할 때, 계류선에도 회전 변위를 일으키고 이는 결과적으로 설계 시 고려하지 못한 휨모멘트 및 휨응력이 체인에 작용하게 된다. 실제 2005년 Girrasol Buoy 플랫폼의 해상 설치 후 5개월 만에 파손된 계류 체인의 사고 조사 시 주요 원인으로 이러한 휨 거동에 의한 부가 피로손상 누적이 지적되었다. 본 연구에서는 비선형 유한요소해석을 통해 긴장상태에 있는 체인에 도입되는 휨 강성 및 휨 응력의 특성에 대해 분석한다.

불규칙 파랑 중 해중 터널 계류선의 단기 피로 손상 분석

김승준,원덕희,Kim, Seungjun,Won, Deok Hee 한국강구조학회 2017 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.29 No.1

부유식 구조물의 계류선의 설계는 강도뿐만 아니라 피로수명 측면에서도 검토가 반드시 요구된다. 일반적으로 계류선의 피로 설계에는 동적 응력을 야기하는 하중이 지배적인 영향을 미치게 된다. 즉, 파랑이 주요 설계 하중으로 고려가 된다. 본 연구에서는 불규칙 파랑에 대한 해중 터널 계류선의 피로 손상 특성에 대해 분석한다. 시간 이력 유체-구조 동역학 해석을 통해 특정 환경 하중에 대한 해중터널의 동적 운동 및 계류선에 발생하는 장력과 응력을 계산하고, Rainflow 집계법 및 Palmgren-Miner의 법칙 그리고 DNV 기준에서 제시하는 해양구조물 설계를 위한 S-N 곡선을 고려하여 단기 피로 손상을 추정한다. 해중 터널의 계류 형식과 유사한 계류 형식을 갖는 인장각 플랫폼의 텐던 설계를 참고하여 100년 재현 주기 파랑이 48시간 지속되는 조건을 가정하여 이 환경 하중에 의한 피로 손상도를 추정한다. 본 해석 절차를 따르며, 함체의 흘수와 계류선의 간격 및 초기 기울임 각도가 피로 손상도에 미치는 영향을 분석한다. As well as the strength check, fatigue life check is also mainly required for designing mooring lines of the floating structures. In general, forces which induce dynamic structural response significantly affect to fatigue design of the mooring lines. So, waves are mainly considered as the governing loading for fatigue design of the mooring lines. In this study, characteristics of the fatigue damage of the mooring lines for submerged floating tunnels (SFT) under irregular waves are investigated. For this study time domain hydrodynamic analysis is used to obtain motion of the tunnel and tension and stresses of the mooring lines under the specific environmental conditions. Also, the Rainflow-counting method, the Palmgren-Miner's rule, and S-N curves for floating offshore structures presented by DNV recommendation is applied to calculate the fatigue damage due to the fluctuating stresses. Referring to the design plactice of the tendon pipes for TLP (tension-leg platform), which is very similar structural system to SFT, it is assumed that a 100 year return period wave attacks the SFT systems during 48 hours and the fatigue damages due to the environmental loading are calculated. Following the analysis sequence, the effects of the tunnel draft, spacing and initial inclination angle of the mooring lines on the fatigue damage under the specific environmental loadings are investigated.

파형 복부판이 수평 곡선 I형 거더의 극한 거동에 미치는 영향

김승준,한택희,원덕희,강영종,Kim, Seungjun,Han, Taek Hee,Won, Deok Hee,Kang, Young Jong 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.4

본 논문은 파형 복부판이 수평 곡선 I형 거더의 극한 거동에 미치는 영향을 다룬다. 파형 복부판은 기하학적 특성에 따라 플레이트 거더의 비틂 및 뒴 강성 증진을 위해 적용이 가능하다. 그동안 파형 복부판이 일반 직선 거더의 극한 거동에 미치는 영향을 다룬 많은 연구들이 있었으나, 면외 방향 거동이 주요하게 나타나는 곡선 거더의 극한 거동에 미치는 영향에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 이 연구에서는 비탄성-비선형 해석을 통해 파형 복부판 수평 곡선 I형 거더의 극한 거동을 다룬다. 본 해석 연구에서는 파형 복부판을 갖는 곡선 거더의 극한 거동에 영향을 미칠 수 있는 기하학적 인자로써, 곡선 거더의 횡방향 비지지 길이와 사잇각, 복부판의 파고 및 파장이 주요 매개변수로 고려되었다. 본 해석 연구를 통해, 각 매개변수 변화에 따른 극한 거동 및 내하력 변화를 분석하고, 일반 판형 복부판이 적용된 거더의 내하력과 비교하여 파형 복부판이 내하력 증진에 미치는 영향을 도출하였다. 본 해석 결과에 따르면, 높은 비틂 및 뒴 강성에 의해 파형 복부판은 곡선 거더의 내하력 증진에 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 곡선 거더의 곡률 또는 사잇각이 작은 경우, 파형 판의 아코디언 효과에 의해 오히려 내하력이 감소될 수 있다는 것 또한 나타났다. In this study, the effects of corrugated webs on the ultimate behavior of horizontally curved I-shaped girders are investigated. Because of the geometric characteristics of corrugated plates, corrugated webs can be used for enhancing torsional and warping stiffness of plate girders. Many researches have been conducted to study the effects of corrugated webs on the ultimate behavior of straight girders. But, the studies of the ultimate behavior of horizontally curved girders with corrugated webs, which generally show out-of plane behavior manly, have been rarely performed so far. By performing inelastic-nonlinear analysis, the ultimate behavior of curved girders with corrugated webs is studied in this paper. Laterally unsupported length and subtended angle of girders, and length of height of corrugation of webs are considered as the geometric parameters which would be expected to affect the ultimate behavior. By this analytical study with considering the geometric parameters, the changes of ultimate behavior and load carrying capacity of curved girders with corrugated webs are investigated. Also, the effects of corrugated webs on the increase of load carrying capacity for curved girders are studied with comparing to the capacity of general curved girders with flat webs. According to the analytical results, corrugated webs can be used to increase the ultimate load carrying capacity of curved girders, because of their high torsional and warping stiffness. But, it is also indicated that they may decrease the load carrying capacity of curved girders which have relatively small subtended angle or initial curvature, because of an accordion effect.

서울시 교통SOC 투자의 적정수준 및 배분에 관한 연구

김승준(Seungjun Kim),안기정(Kijung Ahn),전재현(Jaehyeon Jeon) 서울연구원 2013 서울연구원 정책과제연구보고서 Vol.- No.-

Urban transportation system plays a vital role in supporting regional economic development and building equity for households. However, as welfare spending increases along with recent economic recession, a priority in national budget has been shifted away from transportation investment. Moreover, some transport Social Overhead Capital (SOC), which were recently completed, have been less utilized than initially predicted. Therefore, transportation planners expect to be hurt by further budget cuts. Many experts agree on the idea that the current amount of investment on transport SOC is not adequate for the entire country when it is compared to other advanced nations. Nonetheless, there is little agreement if the level of investment within the Seoul Metropolitan Area is appropriate. This is the case despite the fact that half of nation’s population lives in the region. Only national budget on transport SOC is reviewed at the moment if it is set at the right size enough to sustain economic growth. As a consequence, we are left with insufficient information necessary to determine a suitable level of transport investment for the metropolitan region. This study fills this gap. Our research estimates the amount and level of transport investment that could encourage economic opportunities and promote social welfare in the Seoul region. Further, we suggest a scheme that efficiently allocates transport budget for different travel modes. First, we find that 3.8~5.2% of Gross Domestic Product (GDP) is an appropriate level of investment on transport SOC for the nation. The proper amount for the Seoul Metropolitan Area, however, should be higher than the national level by 1.0~1.5% - 6.7% (Maximum Growth Scenario) and 4.8% (Maximum Social Welfare Scenario) of GDP depending upon different growth scenarios. This result implies that the correlation between transport SOC and economic activities is stronger in the region than the whole nation. In other words, the investment on transport infrastructure appears to have greater multiplier effect in the metropolitan area than the country. Thus, we recommend increasing total investment on transport SOC, which is 8,000 billion Won at present, by 2,000 billion in near future. Second, as noted, our analysis indicates that adequate levels of capital spending for rails and roadways are varied based on different growth scenarios at the national level. This is not the case for the metropolitan area. It makes most sense when 40% of transport investment is spent on roadways and 60% on railways in the Seoul Metropolitan Area. This means that public transit is critically important in Seoul where land is intensely developed. In such a dense built environment, new investment on roadways must have not generated sufficient consumer utility perhaps because of its limitation in lessening traffic congestion. Yet the Seoul Metropolitan Government currently authorizes railway funds that are only 60~70% of the roadways. We propose increasing investment on rail system in Seoul. Third, this research compares level of investment for bus and rails. We find that investing on bus system is as effective as committing resources on railways. Thus, rail and bus systems should be two core pillars of urban transportation system. Interestingly, improving bus operation has greater impact on traveler’s utility than initiating capital projects for bus system. Hence this study concludes that it may be more important to enhance bus software by improving service rather than expanding hardware of bus systems.

하중분해법을 사용한 제형 다실박스거더의 뒤틀림 해석

김승준(Kim Seungjun),박남회(Park Nam Hoi),강영종(Kang Young Jong) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.6A

본 논문에서는 편재하된 하중이 작용하는 제형 다실 박스거더의 정확한 뒤틀림 거동규명을 위해 3차원 쉘 요소를 사용한 해석법이 제안된다. 쉘 요소를 사용한 독립적인 뒤틀림 해석을 위해서는 정확한 뒤틀림 하중을 산정해야 하는데 본 논문에서는 정역학적인 힘의 평형조건 및 중첩의 원리를 토대로 작용하는 편재하된 하중을 제형 다실 박스거더의 주요한 거동을 유발하는 하중들로 분해하는 하중분해식을 유도하였다. 제안된 하중분해식에 의해 편재하된 하중은 휨과 비틂 그리고 뒤틀림 거동을 유발하는 하중들로 분해되고 이렇게 분해된 하중들을 쉘 요소에 적용하면 각 거동의 독립적인 해석결과를 얻을 수 있다. 이러한 독립적인 해석법은 다실 박스거더의 주요 거동의 역학적 특성을 이해하는 데 매우 유용할 것이고 특히 박스거더의 뒤틀림 거동에 대해 명확히 규명할 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것이다. 그리고 현장의 설계자가 복잡한 뒤틀림 상수들을 계산하지 않고도 간단한 쉘요소 모델을 이용하여 독립적인 뒤틀림 해석을 수행할 수 있도록 큰 도움을 줄 수 있을 것이다. In this present study, the three dimensional shell elements analysis method for exact distortional behavior of multicell trapezoidal box girders subjected to an eccentric loading is proposed. In order to perform the independent distortional analysis using shell elements, it is necessary to calculate exact distortional forces. In this study, the force-decomposition equation for applied eccentric load acting on multicell trapezoidal box girder is derived and the equation based on static force equilibrium and superposition theory decompose the eccentric load to the loads cause flexture, torsion and distortion. So by using this force-decomposition equation and shell element analysis, each behavior can be easily analysis independently. This independent analysis method is very useful to physically understand each major behavior of multi cell box girder, especially distortional phenomenon. Furthermore, it may be also very useful for designer to perform the independent distortional analysis for diaphragm design using simple 3D shell elements model without preliminary complex calculation for distortional constants.

극심한 파랑에 대한 부유식 케이블지지교량의 운동 및 긴장재 피로손상특성

김승준(Kim, Seungjun),원덕희(Won, Deok Hee),장민서(Jang, Min-Seo),이윤우(Lee, Yun-Woo),강영종(Kang, Young-Jong) 한국강구조학회 2019 한국강구조학회 학술대회 발표집 Vol.30 No.1

파랑 중 부유식 해중 터널 계류선의 피로성능평가

김승준 ( Kim Seungjun ),원덕희 ( Won Deokhee ) 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.21 No.1

This study presents the fatigue performance of the mooring lines for submerged floating tunnels (SFTs), the new type transportation system for land connection. Because of the structural characteristics, the submerged structure is continuously affected by various environmental loadings such as wind, wave, and current. In general, waves are considered as one of the main external sources which induce dynamic behavior of the offshore floating structures. Therefore, fatigue damage and performance of the mooring lines should be evaluated based on their dynamic structural stress induced by the waves acting to the floating structures. In this study, fatigue damage and performance of the mooring lines for SFTs under severe wave conditions are analyzed using hydrodynamic analysis, Rainflow counting method, and Miner’s rule for obtaining dynamic stresses, treating the fluctuating stresses, and calculating the fatigue damage index, respectively.

융복합적 협업을 통한 시야검사기 디자인 개발

김승준(Kim, Seungjune),변인주(Byoun, Inju) 인제대학교 디자인연구소 2021 Journal of Integrated Design Research (JIDR) Vol.20 No.2

연구배경 녹내장과 같은 안과 질환은 발견되는 시간이 늦어질수록 완치 가능성도 급격하게 낮아지기에 조기에 발견하는 것이 중요하며 정기적인 안구 검진이 필요하고, 외부 안구 검진에 필수적으로 필요한 제품인 시야검사기의 중요성이 매우 높다. 하지만 기존의 시야검사기는 전량 수입하고 있으며, 부피가 크고 조작이 어려워 일부 대형 병원을 제외하고는 보급이 더딘 편이다. 이를 해결하기 위해서는 공학적 측면에서만 개발되던 검안기를 사용자를 배려한 디자인적 시각과 융합하여 디자인해 개선할 필요가 있다. 연구방법 본 연구에서는 기존 자가 시야검사기와 관련 기술에 대한 문헌조사와 시장조사를 통해 대상 제품의 문제점을 파악한 후, 이를 개선하는 제품 개발을 진행한다. 인간공학 연구자 그룹과 산업디자이너 그룹의 다른 두 전공분야가 수평적 위치에서 융복합적 협업을 통해 공동의 목표와 개발 가이드라인을 설정하고 이를 바탕으로 시야검사기 제품을 개발한다. 최종 선정안의 엔지니어링 모크업을 제작하여 이를 가지고 대상 사용자 평가를 진행하여 연구의 결과를 제시한다. 연구결과 본 연구에서는 다른 두 전공의 전문가들이 융복합적 협업을 통하여 PC 모니터를 이용하는 새로운 인간공학적 시야검사기의 폼팩터를 도출해 기존 검사기 대비 저렴한 가격으로 대부분의 평면 모니터와 호환되며 설치·이동이 용이한 시야검사기를 개발하였다. 결론 본 연구에서 진행된 융복합적 협업을 통한 시야검사기 제품 개발은 기존 시야검사기 제품 대비 인체공학적, 디자인적인 이점을 동시에 지니고 있는 것을 알 수 있다. PC 모니터를 이용하는 새로운 폼팩터를 통해 원가를 줄여 기존 검사기 대비 낮은 가격으로 안과 질환을 조기 진단할 수 있을 것으로 예상된다. 대부분의 평면 모니터와 호환되며 설치-철거가 편리해 공간 활용도가 높은 검사기를 개발하였으며 스마트 디바이스 보급률이 매우 높아지고 화면의 대형화가 이루어졌기에 모니터 이외에도 태블릿 PC, 일체형 컴퓨터, 2in1 노트북 등으로 대체할 수 있어 추후 활용도가 높다. 또한 외국의 제품에 편중된 시야검사기 시장에 차별화된 전략으로 진입하여 국내 의료 및 의료전달 체계를 보다 선진화시키는 기회가 될 것으로 보인다. Background Eye diseases, such as glaucoma, are very important to detect as early as the possibility of cure is drastically lowered as the time of detection is delayed. However, all existing visual field testers are imported, and they are bulky and difficult to handle, so the supply is slow except for some large hospitals. In order to solve this problem, it is necessary to design and improve the optometry device, which was developed not only from engineering side but also design perspective that considers users. Methods In this study, the problem of the target product is identified through literature and market research on the existing self-visual field tester and related technology, and then product development is proceeded to improve it. Two other major fields of the Ergonomics Researcher Group and the Industrial Designers Group set common goals and development guidelines through convergent collaboration in a horizontal position, and develop visual field tester based on this. An engineering mockup of the final selection proposal is produced, and the research results are presented by performing an evaluation on the target users. Result In this study, experts from two different majors drew the form factors of a new ergonomic visual field tester using a PC monitor through convergent collaboration and developed a visual field tester that is easy to install and dismantle at a lower price compared to the existing tester. Conclusion It can be seen that the development of visual field tester through convergent collaboration conducted in this study has both ergonomic and design advantages compared to existing visual field testers. It is expected that a new form factor using a PC monitor can reduce cost and diagnose ophthalmic diseases at a lower price than the existing tester. It is developed a visual field with high space utilization that is compatible with most flat panel monitors and is convenient for installation and removal. Since the penetration rate of smart devices has been very high and the screen has been enlarged, it can be replaced with a tablet PC, an all-in-one computer, and a 2in1 laptop in addition to a monitor, so it is highly utilized. It is expected to be an opportunity to advance the domestic medical and medical delivery system by entering a differentiated strategy into the visual field tester market, which is focused on foreign products.

성장과 복지 측면에서의 교통SOC 투자수준

김승준(Seungjun Kim),국우각(Woo-Kag Kook) 서울연구원 2015 서울도시연구 Vol.16 No.3

파랑 중 부유식 주탑을 갖는 케이블지지교량의 동적특성

김승준(Kim, Seungjun),원덕희(Won, Deok Hee),장민서(Jang, Min Seo),이윤우(Lee, Yunwoo) 한국강구조학회 2018 한국강구조학회 학술대회 발표집 Vol.29 No.1