비선형 운동해석에 의한 낮은 아치의 동적 임계좌굴하중의 결정

김연태,허택녕,김문겸,황학주,Kim, Yun Tae,Huh, Taik Nyung,Kim, Moon Kyum,Hwang, Hak Joo 대한토목학회 1992 대한토목학회논문집 Vol.12 No.2

낮은 아치는 동하중 재하시 재료는 탄성범위 내에 있더라도 큰 변형이 발생할 수 있으며, 좌굴 가능성이 높기 때문에 선형해석으로는 정확한 거동을 구명하기 어렵다. 본 연구에서는 이에 따라 낮은 아치의 동적 비선형 해석방법 및 좌굴판단기준을 제시하였으며, 제시된 방법을 토대로 낮은 아치의 동적 비선형 해석을 수행하고 임계좌굴하중을 구하였다. 형상의 비선형성은 Lagrangian 운동좌표를 고려하여 해석하였으며 동적운동방정식을 풀기 위하여 유한요소법을 사용하였다. 이 때, 동적 운동방정식의 시간적분으로 Newmark 해법을 채택하였다. 프로그램은 만재 방사형 등분포하중을 받는 낮은 원호 아치를 해석하여 그 결과치를 다른 연구결과와 비교하여 검증하였다. 모형해석을 통해서는 큰 동하중을 받는 원호 아치는 기하학적 비선형 거동을 고려하여 해석되어야 하며, 아치가 낮아질수록 좌굴발생 가능성이 높아짐을 알았다. 여러가지 형상의 아치에 대한 좌굴해석을 실시하여 임계 좌굴하중을 구하였으며 기존의 연구와 비교하여 정확성을 확인하였다. 원호 아치의 거동을 본 연구에서 사용한 무차원 매개변수를 이용하여 해석한 결과로 부터, 동일한 형상매개변수를 가진 아치들은 실제하중을 하중매개변수로 환산하여 같은 하중매개변수를 재하했을 때 시간매개변수에 따라 처짐비를 기준으로 같은 거동을 함을 알았으며, 좌굴현상도 같은 하중매개변수에서 나타남을 확인하였다. 또한, 포물선형상의 아치와 연직하중이나 집중하중이 재하된 경우의 해석에도 개발된 프로그램이 유용하게 사용될 수 있음을 해석예를 통하여 밝혔다. For shallow arches with large dynamic loading, linear analysis is no longer considered as practical and accurate. In this study, a method is presented for the dynamic analysis of shallow arches in which geometric nonlinearity must be considered. A program is developed for the analysis of the nonlinear dynamic behavior and for evaluation of critical buckling loads of shallow arches. Geometric nonlinearity is modeled using Lagrangian description of the motion. The finite element analysis procedure is used to solve the dynamic equation of motion and Newmark method is adopted in the approximation of time integration. A shallow arch subject to radial step loads is analyzed. The results are compared with those from other researches to verify the developed program. The behavior of arches is analyzed using the non-dimensional time, load, and shape parameters. It is shown that geometric nonlinearity should be considered in the analysis of shallow arches and probability of buckling failure is getting higher as arches are getting shallower. It is confirmed that arches with the same shape parameter have the same deflection ratio at the same time parameter when arches are loaded with the same parametric load. In addition, it is proved that buckling of arches with the same shape parameter occurs at the same load parameter. Circular arches, which are under a single or uniform normal load, are analyzed for comparison. A parabolic arch with radial step load is also analyzed. It is verified that the developed program is applicable for those problems.

질산성 질소로 오염된 소유역 하천 수질의 계절 변화

김연태,우남칠,이광식,송윤구,Kim Youn-Tae,Woo Nam-Chil,Lee Kwang-Sik,Song Yun-Goo 한국지하수토양환경학회 2005 지하수토양환경 Vol.10 No.2

밀집된 축사의 영향으로 충적층 지하수가 질산성 질소로 심하게 오염되어 있는 소유역을 흐르는 화봉천 수질의 계절 변화를 연구하였다. 이 하천에서 축산폐수의 직접 유입이 확인되었으며, 오염된 지하수 유입으로 인한 수질 변화가 나타났다. 건기에는 축산폐수의 직접 유입이 하천수질에 큰 영향을 미치고 있다. 우기에는 강수에 의한 희석효과에도 불구하고 지표수의 질산성 질소 농도가 오히려 증가하였으며, 질산성 질소로 오염된 지하수 유입량 증가가 큰 영향을 미친 것으로 판단된다. 지하수의 하천 유출은 산소, 수소 동위원소 조성을 이용하여 증명하였다. 질산성 질소 농도는 화봉천이 청미천보다 상대적으로 높으므로, 화봉천 유업에 의해 청미천의 질산성 질소 농도가 증가되고 있으며, 하천수의 질산성 질소 농도가 높아지는 우기에 이러한 수질 영향이 더욱 커졌다. The seasonal variation of water quality was studied in the Hwabongcheon. It runs though a small catchment where shallow groundwater was contaminated with $NO_3-N$ by intensive livestock facilities. A direct inflow of animal waste and incoming of contaminated groundwater affected its water quality. In the dry season, an important factor of water quality in the Hwabongcheon was direct inflow of animal waste. In the wet season, concentrations of $NO_3-N$ in the Hwabongcheon were elevated in spite of being diluted by precipitation. It could be explained by the effect of increased incoming of contaminated groundwater and showed by oxygen and hydrogen isotope values. $NO_3-N$ concentration in the Cheongmicheon was lower than that in the Hwabongcheon, so it increased next a junction. This effect was intense in wet season because $NO_3-N$ concentration in the Hwabongcheon was high.

Total Lagrangian 문제형성에 의한 낮은 원호아치의 동적 비선형거동 해석

김연태,김문겸,황학주,Kim, Yun Tae,Kim, Moon Kyum,Hwang, Hak Joo 대한토목학회 1990 대한토목학회논문집 Vol.10 No.2

큰 동하중을 받는 낮은 아치는 큰 변형이 발생하므로 선형해석으로는 실제적으로 정확한 해석이 어렵다. 따라서 본 연구에서는 낮은 원호아치의 동적 비선형 해석방법을 제시하였으며, 제시된 방법을 토대로 낮은 아치의 동적 비선형 해석을 수행하고 임계좌굴하중을 구할 수 있는 프로그램을 개발 하였다. 형상의 비선형성은 Lagrangian 운동좌표를 고려하여 해석하였으며 동적운동방정식을 풀기 위하여 유한요소법을 사용하였다. 이때 동적운동방정식의 시간적분으로 Newmark 해법을 채택하였다. 프로그램은 만재 방사형등분포하중을 받는 낮은 원호아치를 해석하여 그 결과치를 다른 연구결과와 비교하여 검증하였다. 모형해석을 통해서는 큰동하중을 받는 원호아치는 기하학적 비선형 거동을 고려하여 해석되어야 하며, 아치가 낮아질수록 좌굴발생가능성이 높아짐을 알았다. 또한 여러가지 형상의 아치에 대한 좌굴 해석을 실시하여 임계좌굴하중을 구하였으며 기왕의 연구와 비교하여 정확성을 확인하였다. For shallow circular arches with large dynamic loading, use of linear analysis is no longer considered as practical and accurate. In this study, a method is presented for the dynamic analysis of the shallow circular arches in which geometric nonlinearity is dominant. A program is developed for analysis of the nonlinear dynamic behavior and for evaluation of the critical buckling loads of the shallow circular arches. Geometric nonlinearity is modeled using Lagrangian description of the motion and finite element analysis procedure is used to solve the dynamic equations of motion in which Newmark method is adopted as a time marching scheme. A shallow circular arch subject to radial step load is analyzed and the results are compared with those from other researches to verify the developed program. The critical buckling loads of shallow arches are evaluated using the non-dimensional parameter. Also, the results are compared with those from linear analysis.

지하철 구조물의 온도균열제어를 위한 시공조건별 해석적 영향 분석

김연태(Yun-Tae Kim),김상철(Sang-Chel Kim) 한국철도학회 2004 철도저널 Vol.7 No.4

The wall in a subway structure is easily subject to crack occurrence since its expansion and shrinkage associated with hydration heat reaction is constrained by the slab. The greater problem is that the crack in the wall may be developed to pass through thickness and eventually deteriorate the structure due to rusting of reinforced steel. Thus, this study aims at controlling thermal cracks as much as possible and determining an optimized size of concrete placement through hydration heat analysis. For this study, effects of placement height, length, temperature and types of cement on the thermal cracks were evaluated by temperature rise, thermal stress and crack index. As results of parametric study, it was found that placement height and length do not have an effect on the emperature rise but have significant one on thermal stress which relates to direct possibility of thermal crack occurrence. This means that proper selection of size balancing internal constraint with external one is much more important than reducing the placement height and length simply. In order to prevent from thermal cracks most effectively, in addition, it was noted to reduce placement temperature and to use the cement blended with mineral admixture.

콘크리트 보의 거동 측정을 위한 조합형 센서의 활용

김연태(Yun-Tae Kim),김상철(Sang-Chel Kim) 한국콘크리트학회 2003 콘크리트학회논문집 Vol.15 No.3

승차감 향상을 위한 유도상교량의 도상두께 최적화

김관형(Kim Kwan-Hyung),권순정(Kwon Soon-Jung),김연태(Kim Yun-Tae) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 D Vol.31 No.6D

유도상 교량은 토노반 자갈궤도에 비해 차량 주행으로 인한 열차하중 전달 시 거더 진동의 영향으로 궤도진동이 크게 발생하며 이로 인한 자갈마모 발생량이 더 많다. 특히 강우 처리를 위한 배수구 확보가 제대로 되지 않을 경우 도상분니 현상을 발생시키고 이는 유지보수 작업량 증가 및 차량 승차감 저하로 이어지게 된다. 국내 도상두께에 대해 검토한 결과 열차의 운행특성에 따라 달리 하는 해외기준과 달리 현장여건을 고려하지 않고 선로의 설계속도와 열차의 통과톤수에 따라 획일적으로 도상두께 범위를 설정하고 있다. 본 논문에서는 운행선 유도상 교량의 도상두께 변화에 따른 교량 상 자갈궤도의 진동·변위 및 차량의 승차감을 계측하여 진동저감 효과를 검증하고 시험 부설한 호남선 요천교에 대한 적정 도상두께를 제시하였다. The ballast abrasion occurs on the ballasted track upon bridges more than soil roadbed because the track vibration occurs a lot in the ballasted track upon bridges due to girder vibration when a train's weight is loaded onto track even though the identical ballast is used. The phenomena of mud pumping especially which occurs when drainage is not properly secured for heavy rain leads to the increase of maintenance work load and the decline of ride comfort. The ballast thickness range in domestic railroad construction rule is uniformly set up according to the design speed of railroad and passing tonnage of train without considering field conditions which is considered in foreign railroad companies. The purpose of this study is to verify the effect of vibration decrease by measuring the acceleration displacement and ride comfort of ballasted track with the change of ballast thickness on the ballast tracked bridges and to suggest the optimal height of ballast on the Yocheon Bridge built for the test in Honam Line.

열차주행안전을 고려한 궤도패드의 최소 수직 스프링계수 결정에 관한 연구

김정일(Kim Jeong-il),양신추(Yang Sin-Chu),김연태(Kim Yun-Tae) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 D Vol.26 No.2D

철도의 고속화와 관련하여 궤도와 구조물의 진동 및 열차소음 등에 대한 대처가 중대한 과제가 되고 있다. 이에 대한 대책으로 궤도패드에 대한 저 탄성화를 제안하여 궤도시스템의 저 탄성화를 추구하고 있지만 곡선부 선로에서 열차의 주행안전을 저해하는 횡압에 의한 레일의 회전이 문제가 되고 있다. 따라서 궤도의 저 탄성화를 위해서는 열차의 주행안전성을 만족하는 궤도패드의 최소 수직 스프링계수의 결정이 매우 중요하다. 이러한 경향에 따라서 본 논문에서는 궤도패드의 최소 수직 스프링계수 결정을 위해 기존의 레일 회전에 관한 이론해와 궤도의 3차원 비선형 유한요소모델간의 결과를 비교 검토하여 열차의 주행안전성을 만족할 수 있도록 하였다. 해석 하중은 차량조건과 궤도조건을 고려한 윤중ㆍ횡압 추정식을 구성하여 안전측으로 산정한 하중과 일본의 신간선 하중을 비교 검토하여 궤도 모델에 적용하였다. 구조해석 결과 레일의 회전은 횡압/윤중비와 패드의 강성에 따라서 두 가지 구조해석 모델간 차이가 변화함을 확인하였고, 그 결과 중에서 안전측으로 패드의 최소 강성을 결정하였다. Railway noise and vibration has been recognized as major problems with the speed-up of rolling stock. As a kind of solution to these problems, the decrease of stiffness of track pad have been tried. However, in this case, overturning of rail due to lateral force should be considered because it can have effect on the safety of running train. Therefore, above two things - decrease of stiffness of track pad and overturning of rail due to lateral force - should be considered simultaneously for the appropriate determination of spring coefficient of track pad. With this viewpoint, minimum spring coefficient of track pad is estimated through the comparison between the theoretical relationship about the overturning of rail and 3-dimensional FE analysis result. Two kinds of Lateral force and wheel load are used as input loads. Extracted values from the conventional estimation formula and the Shinkansen design loads are used. It is found that the overturning of rail changes corresponding to the change of the stiffness of track pad and the ratio of lateral force to wheel load. Moreover, it is found that the analysis model can have influence on the results. Through these procedure, minimum spring coefficient of track pad is estimated.

열차주행안전을 고려한 궤도패드의 최소 수직 스프링계수 결정에 관한 연구

김정일(Kim Jeong-il),양신추(Yang Sin-Chu),김연태(Kim Yun-Tae) 한국철도학회 2004 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.- No.-

This study presents the minimum spring stiffness of resilient track pad considering the safety of running train. A nonlinear static 3-D finite element is used for the modeling of railway superstructure, especially for the reflection of nonlinear resistance of rail fastening system. Moreover, ballast is considered as an elastic foundation. As the input load, eccentric wheel and lateral force are used and they are derived from "Lateral-force/Wheel-load Estimation Equations". Analysis results are compared with following two values : allowable lateral displacement of rail head (derived from the geometrical derailment evaluation of wheel/rail) and operation standard value (derived from the field test results of track).

무기혼화재 적용에 따른 기포콘크리트의 특성

김상철,김연태,Kim, Sang-Chel,Kim, Yun-Tae 한국건설순환자원학회 2009 한국건설순환자원학회지 Vol.4 No.2

기포콘크리트로 축조된 구조물은 하중 경감에 따른 지반의 침하와 토압을 감소할 수 있게 되어 구조물 시공과 관련한 제반 문제와 경제적 부담 저감이 가능하게 된다. 따라서 본 연구에서는 기포콘크리트의 강도향상 목적으로 다공질의 바텀애시를 기포콘크리트에 도입함으로써 과거의 방음이나 단열의 비구조적 용도 이외에도 구조적 목적에 활용하고자 하였다. 또한 시멘트 대체재로써 고로슬래그 미분말과 플라이애시의 혼입이 바텀애시로 보강된 기포콘크리트 성상에 미치는 영향을 단위체적중량, 플로우값, 공기량(기포량), 흡수율, 소요 기포제량 등을 통해 평가하였다. 실험결과, 잔골재비의 증가 즉, 바텀애시의 사용량이 증가할수록 단위체적중량은 증가하는 반면 공기량이나 플로우는 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 적절한 비율의 바텀애시 적용은 오히려 소포의 영향이 작아져 균일한 품질의 기포콘크리트 제조가 용이한 것으로 나타났다. 고로슬래그 미분말이나 플라이애시의 무기혼화재는 시멘트 대체 비율이 증가할수록 단위체적중량이 감소되는 경향을 보이고 있으며 어느 일정 비율까지 대체하였을 때에는 유동성이 향상되는데 반해 그 이상의 대체에서는 급격한 유동성 저하가 나타났다. self-loading, various problems related to construction can be solved as well as the save of construction cost. Thus, this study has an aim of applying foam concrete to structural purpose by adding bottom ash as a reinforcing material like fine aggregate, in contrast to conventional non-structural usage such as soundproofing or insulating materials. In addition, it was evaluated in terms of unit volume weight, flow value, air void, water absorption and dosage of foam agent wether replacement of cement by granulated blast furnace slag or fly-ash has an effect on the material characteristics of foam concrete. As results of experiments, it can be found that the increase of fine aggregate ratio, that is to say, the increase of bottom ash results in the increase of unit volume weight, while decreasing air void and flow value. But, appropriate addition of bottom ash to foam concrete makes it easy to control a homogeneous and uniform quality in foam concrete due to less sensitive to bubbles. As the replacement ratio of mineral admixtures such as granulated blast furnace slag and fly-ash increases, as unit volume weight tends to decrease. In the meanwhile, serious effects were shown on fluidity of foam concrete when more than limit of replacement ratio was applied.

고속철도 궤도패드의 최소 수직 스프링계수 결정에 관한 연구

김정일(Kim Jeong-il),양신추(Yang Sin-Chu),김연태(Kim Yun-Tae),서사범(Suh Sa-Bum) 한국철도학회 2005 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.- No.-

Railway noise and vibration has been recognized as major problems with the speed-up of rolling stock. As a kind of solution to these problems, the decrease of stiffness of track pad have been tried. However, in this case, overturning of rail due to lateral force should be considered because it can have effect on the safety of running train. Therefore, above two things - decrease of stiffness of track pad and overturning of rail due to lateral force - should be considered simultaneously for the appropriate determination of spring coefficient of track pad. With this viewpoint, minimum spring coefficient of track pad is estimated through the comparison between the theoretical relationship about the overturning of rail and 3-dimensional FE analysis result. Two kinds of Lateral force and wheel load are used as input loads. Extracted values from the conventional estimation formula and the Shinkansen design loads are used. It is found that the overturning of rail changes corresponding to the change of the stiffness of track pad and the ratio of lateral force to wheel load. Moreover, it is found that the analysis model can have influence on the results. Through these procedure, minimum spring coefficient of track pad is estimated.