설계민감도를 이용한 철근콘크리트 뼈대구조의 최적화

변근주,최홍식,Byun, Keun Joo,Choi, Hong Shik 대한토목학회 1989 대한토목학회논문집 Vol.9 No.1

철근 콘크리트 뼈대구조는 설계변수가 많고, 목적함수의 제약조건이 복잡하여 주로 반복적인 재해석에 의하여 최적해에 접근하는 방법이 사용되고 있다. 본 연구에서는 다단계분할(multilevel decomposition)에 의하여 최적화 문제를 형성하여 재해석과정을 줄이고 효과적으로 설계변수를 취할 수 있도록 하였다. 최적화의 단계는 첫째 단계에서 비선형거동에 의한 재분배모멘트의 설계공간을 계산하여 설계모멘트에 대한 제약조건식을 형성하고, 둘째 단계에서는 재분배 모멘트를 최적화하였으며, 셋째 단계에서는 설계단면을 최적화하였다. 이때 재분배 모멘트의 최적화에 따른 첫째 단계의 모멘트의 설계공간의 변화는 부재력 변화량 추정(force approximation technique)에 의하여 수정하도록 하며, 변수를 단계별로 줄여 수렴을 가속화시킬 수 있도록 하였다. 최적화 문제의 목적함수로는 경비함수를 취하였으며 영국 CP110의 한계상태설계법을 이용하여 부재의 응력제약조건식을 유도하고, 설계예를 통하여 본 연구의 타당성과 효율성을 구명하였다. In the design of reinforced concrete framed structures, which consist of various design variables, the objective and the constraint functions are formulated in complicated forms. Usually iterative methods have been used to optimize the design variables. In this paper, multilevel formulation is adopted, and design variables are selected in reduced numbers at each level, to reduce the iterative cycle and to accelerate the convergence rate. At level 1, elastic analysis is performed to get the upper and lower bounds of the redistributed design moments due to inelastic behavior of the frame. Then the design moments are taken as design variables and optimized at level 2, and the sizing variables are optimized at level 3. The optimization of redistributed moments is performed using the design sensitivity obtained at the level 2, and force approximation technique is used to reflect the variation of design variables in the lower level to the upper level. The design variables are selected in reduced numbers at each level, and the optimization formulation is simplified effectively. A cost function is taken as the objective function, and the constraints of the stress of the structures are derived from BSI CP 110 following limit state theory. Numerical examples are included to prove the effectiveness of the developed algorithm.

순환골재 콘크리트 박스 구조의 거동

변근주,송하원,김호진,남진원,김기환,Byun, Keun-Joo,Song, Ha-Won,Kim, Ho-Jin,Nam, Jin-Won,Kim, Ki-Hwan 한국건설순환자원학회 2006 한국건설순환자원학회지 Vol.2 No.1

본 연구에서는 순환골재 콘크리트를 구조용으로 활용하기 위한 목적의 일환으로, 품질관리가 용이한 공장제품의 하나인 프리캐스트 콘크리트 박스구조에 순환골재 콘크리트를 적용할 수 있는가를 평가하였다. 이를 위하여 순환 굵은골재만을 0, 30% 치환한 실물크기의 프리캐스트 콘크리트 박스를 각각 제작하여, 외압강도시험, 전단 파괴시험 및 수밀성 시험을 수행하였다. 시험결과 순환골재 콘크리트의 압축강도는 보통 콘크리트의 96% 이상을 확보한 것으로 나타났으며, 외압강도 및 전단 파괴시험 결과에서도 보통 콘크리트를 사용한 박스와 비교하여 약 95% 이상의 성능을 발휘하는 것으로 평가되었다. 특히 수밀성 시험에서는 누수기준수압인 60kPa을 만족하는 한편 보통 콘크리트보다 수밀성이 우수한 것으로 평가되었다. 이러한 시험결과에 근거하여 순환 굵은골재를 30%로 치환하여 프리캐스트 콘크리트 박스 구조에 순환골재 콘크리트를 적용하는 것은 무리가 없을 것으로 판단된다. 또한, 시험결과 예측 및 구조거동 예측을 위하여 3차원 비선형 유한요소해석을 실시하였으며, 유한요소해석결과와 시험결과를 비교한 결과, 순환골재 콘크리트의 치환여부에 관계없이 모든 경우에서 해석결과보다 우수한 구조성능을 확보한 것으로 시험분석되었다. 이러한 비교분석을 통하여 해석과 시험결과에 대한 타당성을 입증하였으며, 특히 적절한 배합을 적용한 순환골재 콘크리트 구조의 경우 일반적인 콘크리트의 해석 기법을 적용하여 신뢰성 있는 거동예측이 가능하다는 것을 추가로 확인하였다. In order to use a recycled aggregate concrete for precast concrete box structures, the structural behaviors should be analytically and experimentally evaluated. In this study, full-scale precast concrete box structures are manufactured using the recycled aggregate (30% replacement) and natural aggregate. Then, the flexural failure test and shear failure test as well as water leakage lest for the structures arc carried out. First of all, test results of compressive strength show that recycled aggregate concrete is only 4% lower than normal concrete. In the flexural and shear failure test, the structural performances of precast box using the recycled aggregate concrete are 95% of the capacities of normal precast concrete box or more. Especially, the water leakage test shows that leakage pressure of recycled concrete box is more than the critical value, 60kPa, as well as 9% higher than normal precast concrete box. These test results are analyzed and compared with results of finite clement analysis. The comparison shows that test results are more excellent than analytical results. Also, the comparison confirms the applicability of recycled aggregate concrete for the use as practical precast concrete box structure.

단조하중을 받는 철근콘크리트 휨부재의 처짐해석

변근주,김영진,Byun, Keun Joo,Kim, Young Jin 대한토목학회 1991 대한토목학회논문집 Vol.11 No.1

본 연구은 단조하중을 받는 철근콘크리트 휨부재의 처짐을 해석하기 위한 것으로서, 콘크리트는 직교이방성재료로 모형화하고, 이력거동과 균열거동을 추적하기 위하여 등가일축변형율과 균열변형율을 이용하며, 철근은 탄소성재료로 모형화하고, 항복조건으로는 von Mises기준을 적용한다. 단조하중을 받는 철근콘크리트 휨부재의 변위거동을 해석하기 위하여 4절점 등매개요소와 트러스요소의 유한요소정식과 중분-반복기법을 적용한 유한요소 프로그램을 도출하고, 단조하중을 받는 과소 철근콘크리트 보에 대한 실험결과와 본 연구의 해석결과를 비교하여 개발된 모형과 해석프로그램의 타당성을 검증한다. This paper concentrates on the analysis of deflection of the reinforced concrete flexural members under monotonic loading. Concrete is treated as an orthotropic nonlinear material. The concept of equivalent strain and crack strain are used to establish independent stress-strain relationships in the directions of orthotropy. Steel is modeled as an elstoplastic material, and von Mises failure criterion is applied. The finite element computer program for the nonlinear analysis of the deflection of RC flexural members under monotonic loading is developed. The accuracy and reliability of the numerical procedure is demonstrated by the FEM analysis and experiments of the under reinforced concrete beams over the entire loading range up to failure.

순환자원과 순환골재 콘크리트의 도전과 기회

변근주,김호진,Byun, Keun Joo,Kim, Ho Jin 한국건설순환자원학회 2006 한국건설순환자원학회지 Vol.2 No.1

반복하중을 받는 콘크리트의 누가손상 특성

변근주,김문겸,한상훈,Byun, Keun Joo,Kim, Moon Kyum,Han, Sang Hoon 대한토목학회 1987 대한토목학회논문집 Vol.7 No.1

Cumulative damage characteristics of concrete, on which rapetitive loads are applied, are investigated. Preliminarily, a series of uniaxial compression tests on cylindrical specimens of plain concrete is carried out to find out that, among various factors, stress levels of repetitive loadings and loading order are the most governing factors of cumulative damage of concrete. Based on this preliminary study, fatigue tests are carried out applying two levels of stresses, stepwisely. As a result, it is found that characteristics of cumulative damage of concrete are governed by nonlinear relationships and do not follow Miner's linear theory. It is also observed that cumulative damage characteristics and static strengths of concrete vary with loading history of stresses. Empirical equations which may be useful in predicting fatigue characteristics and remaining life of concrete stuctures are proposed for concrete subjected two stress levels. 본 논문에서는 압축반복하중을 받는 콘크리트의 피로누가손상 특성이 연구되었다. 압축을 받는 무근콘크리트의 원주형 공시체에 대한 기초실험을 통하여, 콘크리트의 누가손상에는 여러 인자들 중에서 반복적으로 작용되는 응력의 수준과 재하순서가 가장 크게 영향을 마친다는 것을 발견하였다. 이를 기초로 2단계 응력수준 조건하에서의 피로실험을 실시하여, 콘크리트의 누가손상특성은 Miner의 선형이론을 따르기 보다는 오히려 비선형의 상관관계를 가지며, 응력의 재하방법에 따라 누가손상의 특성과 콘크리트의 정적강도가 변화됨을 구명하였다. 또한 본 연구를 통하여 2 단계 응력수준하에서 콘크리트의 피로특성과 콘크리트구조의 잔존수명을 예측하는데 사용될 수 있는 실험공식이 도출되었다.

콘크리트슬래브의 진동제어에 관한 실험적 연구

변근주,노병철,Byun, Keun Joo,Lho, Byeong Cheol 대한토목학회 1994 대한토목학회논문집 Vol.14 No.3

정말진동환경을 요구하는 혐진기기 하부의 콘크리트슬래브를 대상으로 하여 시간영역에서만이 아니라 진동수영역에서의 진동수준을 허용진동범위 이하로 제어하므로써 요구되는 진동환경을 조성하는데 본 연구의 목적이 있다. 이를 위하여 콘크리트슬래브에 대한 진동실험을 실시하여 진동수영역에서의 동적응답 및 가진점과 응답점간의 진동수응답함수를 구한다. 또한 실험적모드해석법에 의하여 콘크리트슬래브의 동특성을 분석한다. 이를 근거로 외부로부터의 가진진동수와 콘크리트슬래브의 고유진동수간의 공진현상을 피하기 위하여 계의 동특성을 변경하므로써 구조물의 동적응답을 제어할 수 있다. Vibration control of concrete slab mounting precision instrument is needed to make the working vibration environments in frequency domain as well as time domain. In order to take the vibration control countermeasures, signal and system analyses of the concrete slab are processed. Through them the dynamic responses of concrete slab are obtained in frequency domain, and frequency response functions are acquired by exciting the concrete slab and measuring dynamic responses at various points across its surface. The dynamic characteristics of concrete slab are determined by experimental modal analysis. Based on modal parameters from a set of frequency response function measured, it is possible to investigate the effects of potential design modifications and reduce the dynamic response of concerned point by moving or suppressing an objectionable modal resonance conditions through structural dynamics modification.

뉴스초점: 폭발하중을 받는 방호구조물의 계획과 설계

변근주,남진원,변재한,김호전,Byun, Keun-Joo,Nam, Jin-Won,Byun, John,Kim, Ho-Jin 한국기술사회 2011 技術士 Vol.44 No.5

Design of blast resistant structures (protective structures) require the adequate design and construction practices as well as the knowledge of characteristics of the blast loads, behavior of structures and their components under these loads. This paper focuses on how to design and evaluate the structures for blast resistance, and provides principles and discussion on analysis and design capability in protective technology and recommendations.

폴리머침투제의 개발과 폴리머침투콘크리트의 특성에 관한 연구

변근주,이상민,Byun, Keun Joo,Lee, Sang Min 대한토목학회 1992 대한토목학회논문집 Vol.12 No.1

폴리머침투콘크리트는 무기계 시멘트와 유기계 폴리머를 결합시킨 신소재 콘크리트이다. 폴리머 침투콘크리트는 기존 시멘트콘크리트에 비하여 각종 역학적 특성과 내구성이 크게 개선되는 것으로 알려져 있으나, 지금까지는 국부적 강도증진과 보수재의 차원에 머무르고 있는 실정이다. 향후, 각종 고성능 프리캐스트부재의 제조에 폴리머 침투콘크리트를 보다 적극적으로 적용하기 위해서는 고분자모노머의 개발과 폴리머침투콘크리트의 재료특성에 대한 체계적인 정립이 필요하며, 본 연구에서는 이를 위하여 실험결과를 토대로 MMA계의 침투제를 개발하고 폴리머 침투콘크리트의 재료특성을 구명한다. Polymer-Impregnated Concrete(PIC) is a composite material of concrete and polymer. PIC has superior properties compared to conventional cement concrete, such as strength, stiffness, toughness, durability, water-proofing, chemical resistance. However, the usage of PIC has been limited to repairing materials and non-structural applications due to the lack of the design criteria and the analytical model to determine structural behavior. The objective of this study is experimentally to develop the optimum mixing proportions of polymer impregnants and the stress-strain responses, the strength characteristics, the fatigue and creep behaviors, and the durabilities of MMA(methyl methacrylate)-based PIC.

多孔質 地盤위에 心壁을 넣은 土堰堤의 自由水面

邊根周(Byun Keun Joo),朱麻西(Ju Ma Suh) 대한토목학회 1969 대한토목학회지 Vol.17 No.1

반복하중을 받는 철근콘크리트 휨부재의 비선형해석

변근주(Byun, Keun Joo),김영진(Kim, Young Jin) 한국콘크리트학회 1991 콘크리트학회논문집 Vol.3 No.3