유한요소해석을 통한 얕은 석션 케이슨 앵커의 인발력

안재훈,이한민,김윤태,Ahn. Jaehun,Lee. Hanmin,Kim. Yun-Tae 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.1

해양구조물 기초에 대한 연구는 석유 시추를 위한 기술과 발전을 같이해 왔으며, 여기에서 얻어진 기술은 최근 사회적 요구로 인해 급성장하고 있는 분야인 해상풍력발전기 기초에 대한 설계 및 연구에도 적용되고 있다. 현재 상용화된 해상풍력발전기는 주로 수심이 얕은 해양을 대상으로 하지만, 나아가 수심이 깊은 곳의 풍력발전기에 대한 연구도 계속되고 있다. 수심이 깊어지면 발전기 플랫폼의 형태가 부유식이 되는 것이 경제적인 것으로 알려져 있다. 부유식 발전기는 해상지반에 앵커에 의해 지지되며, 앵커의 자중 및 부유식 구조물에 가해지는 바람, 해류 등의 영향으로 앵커에는 수직, 수평의 조합하중이 전달된다. 본 연구에서는 유한요소해석을 통해서 길이-직경비가 2인 석션앵커의 파괴포락선을 산정하고, 기존의 앵커 인발력 산정식과 비교한다. 또한 앵커의 관입시 발생되는 지반의 교란정도에 따른 인발력 감소와 최적의 하중 재하 위치를 검토한다. Foundations of offshore structures have been actively studied to provide design guides for oil platforms in the past. Presently, this asset from oil industry now finds its application in the design of the foundations for offshore wind turbines. The analytical solutions for the hold capacity of suction anchors have been developed based on limit equilibrium and limit analysis theorems and often compared to the results of novel approaches such as finite element (FE) analysis. However, some solutions show discrepancy with the FE analysis results under specific conditions, say under certain value of the ratio of length to diameter. The main scope of this paper is to analyze the failure envelope of suction caisson anchors, especially with an aspect ratio of 2 based on FE analysis. The results will provide a basis to enhance the existing plasticity solutions for anchor hold capacity. The effect of soil disturbance and location of optimal loading point are also investigated.

X-Ray 및 수중중량을 이용한 투수성 콘크리트의 간극률 산정

안재훈,이윤석,김정호,이성우,Ahn,Jaehun,Lee,Younseok,Vaidya,Susurut,Kim,Jeong-Ho,Lee,Seong-Woo 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.4

최근 국제적으로 발생하는 지속적인 기후변화및 도시화, 그리고 이에 따른 강우량과 강우강도의 변화로 인해 새로운 수자원 및 재해에 대한 관리 체계가 필요한 실정이다. 투수성 콘크리트에 대한 연구는 도심홍수 등의 문제로 인하여 발생하는 피해를 예방하기 위한 하나의 주요한 요소기술로 대두되고 있으며, 이에 따라 현재 우리나라에서는 보도, 주차장, 자전거 도로 등 경하중 하의 포장시설로서 투수성 포장이 활발하게 적용되고 있다. 투수성 포장의 수문학적 설계를 위해 가장 널리 쓰이는 방법은 곡선지수를 이용한 방법이며 설계 시에 가장 중요한 포장체의 물성은 간극률이다. 본 연구에서는 실내시험을 통해 투수성 콘크리트의 간극률을 산정하는 방법을 제안하고 이를 통해 산정한 간극률을 X-Ray 이미지 분석을 이용한 간극률의 결과와 비교, 검증한다. 최대입경 6 mm 정도인 투수성 콘크리트의 간극률 산정 결과는 30% 정도로서 X-Ray 이미지를 사용한 결과와 시료의 건조, 수중중량을 측정하여 산정한 결과가 매우 근사한 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다. Recently due to climate change and urbanization, and following changes in rain fall pattern, the stormwater management is becoming a major issue for research in civil and urban engineering. The use of pervious pavement is one of promising tools to control runoff and water quality along with several other benefits, and therefore the pervious pavement is widely adopted for sidewalks, parking lots, and bike roads where the loads are not heavy. The porosity of the pervious pavement is the most important property of the pavement regarding current hydrologic design in practice. In this article, the porosity of a pervious concrete sample cored from the road for bikes and pedestrians are evaluated by two approaches: measuring dry and submerged weights and X-Ray image analysis, and the test procedure is proposed. The porosities estimated by two approaches were both around 30%, and they gave consistent results.

인공적으로 고결화한 복합 지반재료(CGM)의 압축 거동

안재훈,김유석,김윤태,Ahn,Jaehun,Kim,Yusuk,Kim,Yun-Tae 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.4

The lightweight soil is an artificially treated soil with air form to reduce the unit weight - therefore making a good backfill material - but is often cement-treated to ensure enough strength. This artificially treated soil has been evolved to be more environment-friendly by using the dredged soft soil and mixing with the bottom ash therefore taking care of by-products of offshore construction and coal production. One of the unique characteristic of this family of Composite Geo-Material(CGM) is that they show drastic strain softening in their stress-strain curves, whose constitutive relations are not properly modeled by casual constitutive models, such as conventional hyperbolic or modified cam-clay model. A new set of modified hyperbolic equations is developed to model CGM materials, and its model parameters are presented based on the results of laboratory tests. 건설재료로서의 해상 준설토 재활용에 대한 연구가 관심의 대상이 되고 있다. 이의 대표적인 예는 경량토로서 자연 준설토에 air foaming agent를 첨가하여 단위중량을 낮추어 자중으로 인한 토압을 줄이려는 시도이다. 하지만 경량토는 자연 준설토에 기포가 들어가 있는 형태이므로 그 강도가 준설토 보다 낮아 적용성에 한계를 가지며, 이에 따라 경량토의 강도를 증진시키기 위한 일환으로 저회, 시멘트 등의 다른 물질과 경량토를 혼합하여 사용하려는 시도 및 연구가 진행되어 왔다. 지반재료가 자연적으로 혹은 인공적으로 고결화(cementation)되는 경우 고결화의 영향으로 높은 강도를 가지게 되지만, 강도가 최고점에 도달한 이후에는 고결화 구조가 파괴되어 강도가 감소하게 되고 이에 따른 잔류강도는 최대 강도보다 낮게 되는 경향을 보인다. 이와 같이 변형률 연성화(strain softening)가 명확한 재료의 경우, 지반재료의 구성모델로 많이 사용되는 쌍곡선(hyperbolic) 모델이나 수정 Cam-Clay 모델 같은 기존의 구성모델로는 모사가 불가능하거나 극히 제한적이다. 본 연구에서는 CGM 재료의 일축압축 거동을 관찰하고, 이를 모사하기 위한 구성모델로서 기존 쌍곡선식을 변형한 모델을 제안하고, 실내시험에 근거하여 모델계수를 산정하는 과정을 보인다.

국제학회지 주요기사(ASCE, JSCE), 국제학술회의 소식

안재훈(Jaehun Ahn),황유식(Yu-Sik Hwang) 대한토목학회 2013 대한토목학회지 Vol.61 No.1

단일벽 및 이중벽 모형앵커를 이용한 석션케이슨 앵커의 거동분석

김유석,안재훈,Kim. Yusuk,Teodosio. Bertrand,Ahn. Jaehun 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.2

풍력발전은 신재생 에너지 중 가장 유망하다고 판단되는 에너지 중 하나이다. 심해에서는 부유식 풍력발전기가 가장 경제적인 것으로 평가받고 있으며, 이에 따라 부유식 해상풍력발전기에 대한 연구가 세계적으로 활발하게 진행되고 있다. 해상풍력발전기의 개발에는 부유체를 해양지반에 고정하는 앵커의 개발이 필수적이며, 석션케이슨 앵커는 현재까지 가장 널리 쓰이는 해양앵커 중 하나이다. 본 논문은 모형실험을 통해 카올리나이트 점토지반에 관입된 석션케이슨 앵커의 수직인발력을 분석하고, 수직인발력으로부터 점토와 앵커 사이의 마찰계수와 앵커의 선단 역지지계수를 산정한다. 산정된 마찰계수와 역지지계수는 기존의 문헌들의 결과와는 유사한 경향을 보이나, 현재 설계에 적용되는 값들보다는 다소 작은 값을 나타낸다. 따라서, 본 모형실험장비는 해양앵커의 정성적 거동을 해석하는데 더 적절한 것으로 판단된다. 향후, 본 논문의 결과를 바탕으로 반복하중 하 석션케이슨 앵커의 거동 계측을 통해 해양환경에서 앵커의 영구변형을 산정하기 위한 연구를 이어 진행할 예정이다. Wind power presently reflects a very promising source of renewable energy. The optimal type of foundations for offshore wind turbines, in very deep water, is the floating type; the research on floating wind turbines is very active worldwide. It is essential to develop anchoring system for floating structures, and the suction caisson anchor is one of most widerly used in deep oceans. This paper addresses the anchor holding capacity of suction caisson anchors under vertical pull-out, and friction and reverse end bearing coefficients based on mode tests. The values of friction and reverse end bearing coefficients put in similar ranges with literature values, but are still lower than those suggested in design guides. It is, therefore, suggested the current model tests may predict qualitative trends of suction caission anchors` behaviors. As subsequential works, based on current results, it is planned to conduct cyclic tests to estimate the permanent behavior of anchors under oceanic environments.

바이오매스 나무재를 활용한 친환경 보강토의 특성 연구

정종원,안재훈,Jung. Jong-Won,Grau. Francisco,Ahn. Jaehun 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.3

세계적으로 많은 양의 바이오매스가 농업, 산림 및 에너지 자원으로 사용되고 있으나, 사용된 바이오매스의 많은 양은 여전히 단순 소각 후 폐기하고 있는 실정이다. 이는 자원의 낭비와 폐기 공간 부족 등의 문제를 초래하게 되며, 이에 따라 바이오매스 재의 처리 및 활용에 대한 방안은 시급하다고 하겠다. 따라서 바이오매스 재의 가장 큰 양을 차지하는 나무재를 건설재료로 활용할 수 있다면, 이는 자연자원의 보존과 쓰레기 저감에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단한다. 본 논문은 바이오매스 재의 한 종류인 나무재의 건설재료로서의 적용 가능성을 타진하기 위하여, 나무재의 미세구조를 관찰하고, 나무재 및 보강토의 투수계수와 압밀특성을 분석하였다. 본 연구의 결과로부터 나무재의 함량을 소량으로 제한하는 경우에 지반재료의 압축성에는 큰 영향을 미치지 않으며 투수성을 크게 감소시키는 효과가 있음을 확인하였다. Biomass has been used as agriculture, forest and energy resources. The combustion of biomass matter becomes biomass ash that is dumped without control or disposed in landfills. Thus, the recycling or treatment of biomass ash is required. Wood ash is one of largest portion of biomass ash. Therefore, the recycling of wood ash in construction area will provide both new types of renewable energy sources and an environmental solution reducing the waste. The main objective of this study is to explore the physical, mechanical properties of Ottawa 20/30 sand, wood ash and mixture of them including Scanning Electron Microscope (SEM), hydraulic conductivity, and consolidation. It was observed that, small addition of wood ash to Ottawa 20/30 sand reduced the permeability significantly without increasing compressibility much.

부산대 실증단지내 투수포장 시설의 투수능력 평가 및 비교

이은구(Lee, Eunku),안재훈(Ahn, Jaehun),신현석(Shin, Hyunsuk) 대한토목학회 2017 대한토목학회 학술대회 Vol.2017 No.10

YOLO 알고리즘을 활용한 터널 GPR 이미지 내 강지보재 탐지

배병규(Bae, Byongkyu),안재훈(Ahn, Jaehun),정현준(Jung, Hyunjun),유창균(Yoo, Chang Kyoon) 한국지반공학회 2023 한국지반공학회논문집 Vol.39 No.7

SATEEC 시스템을 이용한 객토 토양의 토성고려에 따른 도암댐 유역의 토양유실 및 유사량 분석

유동선 ( Dongsun Yoo ),안재훈 ( Jaehun Ahn ),윤정숙 ( Jongsuk Yoon ),허성구 ( Sunggu Heo ),박윤식 ( Younshik Park ),김종건 ( Jonggun Kim ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ),김기성 ( Ki-sung Kim ) 한국농공학회 2007 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2007 No.-

There have been serious soil erosion and water pollution problems caused by highland agriculture practices at Doam-dam watershed. Especially agricultural activities, chemical and organic fertilizer and pesticide applications, soil reconditioning to maintain soil fertility are known as primary causes of soil erosion and water qaulity degradation in the receiving water bodies. Among these, soil reconditioning can accelerate soil erosion rates. To develop soil erosion prevention practices, it is necessary to first estimate the soil erosion from the watershed. Thus, the Universal Soil Loss Equation (USLE) model has been developed and utilized to assess soil erosion. However, the USLE model cannot be used at watershed scale because it does not consider sediment delivery ratio (SDR) for watershed application. For this reason, the Sediment Assessment Tool for Effective Erosion Control (SATEEC) was developed to assess the sediment yield at any point in the watershed. The USLE-based SATEEC system can estimate the SDR using area-based SDR and slope-based SDR module. In this study, the SATEEC system was used to estimate soil erosion and sediment yield at the Doam-dam watershed using the soil properties from reconditioned agricultural fields. Based on the soil sampling and analysis, the USLE K factor was calculated and used in the SATEEC system to analyze the possible errors of previous USLE application studies using soil properties from the digital soil map, compared with that using soil properties obtained in this study. The estimated soil erosion at the Doam-dam watershed without using soil properties obtained in the soil sampling and analysis is 1,791,400 ton/year (123 ton/ha/year), while the soil erosion amounts is 2,429,900 ton/year (166.8 ton/ha/year) with the use of soil properties from the soil sampling and analysis. There is 35% increases in estimated soil erosion and sediment yield with the use of soil properties from soil reconditioned agricultural fields. Since significant amounts of soil erosion are known to be occurring from the agricultural fields, the soil erosion and sediment yield from only agricultural fields was assessed. The soil erosion rate is 45.9 ton/ha/year without considering soil properties from soil reconditioned agricultural fields, while 105.3 ton/ha/year after considering soil properties obtained in this study, increased in 129%. This study shows it is very important to use correct soil properties to assess soil erosion and sediment yield simulation. It is recommended that further studies are needed to develop environment friendly soil reconditioning method should be developed and implemented to decrease the speed of soil erosion rates and water quality degradation.

다층퍼셉트론과 합성곱 신경망에 기반한 지진 지반응답해석

홍석경(Hong, Seokgyeong),안재훈(Ahn, Jaehun) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.1

지진으로 인한 구조물의 피해를 줄이기 위한, 내진성능을 고려한 방재계획 수립의 중요성이 부각되고 있다. 지진파는 기반암으로 부터 기반암 상부의 토사지반을 통해 전달된다. 전달되는 과정에서 특정 진동수(frequency)범위에서 증폭되기도 하며, 그 증폭 정도는 주로 지반 특성에 따라 좌우된다. 따라서 내진 설계의 신뢰성을 높이기 위해서는 지진 지반응답해석 과정이 필수적이다. 본 연구에서는 지반 하부 혹은 기반암의 지진파로부터 지표의 지진파를 예측하기 위한 모델을 다층퍼셉트론(MLP)과 합성곱 신경망(CNN) 인공신경망 모형을 바탕으로 제안하고, 제안한 모델의 적용성을 가속도 스펙트럼을 바탕으로 검증하였다. MLP와 CNN에 기반 하여 제안된 모델 모두 지표면의 지진파 가속도를 성공적으로 예측하였다. 또한, CNN에 기반한 모델은 MLP 모델과 비교하여 예측 지진파의 가속도 스펙트럼 평균오차가 약 10% 작게 산출되는 것을 확인하였다. 향후에는 해당 지역의 전단파 속도 등의 물성을 모델에 적용하여, 보다 보편적으로 활용할 수 있는 모델을 생성하고자 한다. The importance of establishing a disaster prevention plan considering seismic performance is being highlighted to reduce damage to structures caused by earthquakes. Earthquake waves propagate from the bedrock to the ground surface through the soil. During the transmission process, they are amplified in a specific frequency range, and the degree of amplification depends mainly on the characteristics of the ground. Therefore, a seismic response analysis process is essential for enhancing the reliability of the seismic design. We propose a model for predicting seismic waves on the surface from seismic waves measured on the bedrock based on Multilayer Perceptron (MLP) and Convolutional Neural Networks (CNN) and validate the applicability of the proposed model with Spectral Acceleration (SA). Both the proposed models based on MLP and CNN successfully predicted the seismic response of the surface. The CNN-based model performed better than the MLP-based model, with a 10% smaller average error. We plan to implement the physical properties of the ground, such as shear wave velocity, to create a more versatile model in the future.