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개량체 기둥지지 성토공법의 지오그리드 보강효과에 대한 수치해석
정두회(Duhwoe Jung),정시동(Sidong Jeong) 한국지반신소재학회 2021 한국지반신소재학회 논문집 Vol.20 No.2
최근 연약지반에 도로 또는 철도 제방을 축조하는 경우 말뚝 또는 개량체 기둥을 연약지반에 설치한 후에 성토하는 말뚝(또는 기둥)지지 성토공법이 많이 적용되고 있다. 이 공법은 지반아칭 현상을 이용해서 제방하중의 상당한 부분을 말뚝 또는 기둥을 통해서 지지층으로 전달함으로써 기초지반의 전단파괴를 방지하고 또한 침하량을 효율적으로 경감시킬 수 있다. 그러나 말뚝 또는 기둥지지 성토제방의 경우 말뚝(또는 기둥)과 미개량 원지반 사이의 부등침하로 인하여 노면의 요철이 발생하는 문제점이 노출되었다. 이러한 부등침하를 경감시키기 위하여 토목섬유로 보강한 토목섬유보강 말뚝(또는 기둥)지지 성토공법을 적용하고 있다. 본 논문에서는 2차원 유한요소 프로그램인 PLAXIS 2D를 이용하여 시멘트 개량체 기둥으로 지지된 성토제방과 지오그리드를 이용해서 보강한 기둥지지 성토제방의 지반아칭 효과를 비교・분석하였다. 유한요소해석 결과 기둥지지 성토제방의 경우 면적치환비가 증가할수록 응력감소비가 감소하는 것을 알 수 있었다. 지오그리드로 보강한 기둥지지 성토제방의 경우 면적치환비와 지지형식에 따라 부등침하량과 응력감소비의 경감효과가 다소 간의 차이를 보이기는 하나 상대적으로 강성이 큰 지오그리드로 보강하였을 경우 부등침하량과 응력감소비 경감효과가 더 크게 나타났다. 그리고 지오그리드로 보강하면 부등침하를 효율적으로 경감시킬 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다. Pile or column supported embankments have been increasingly employed to construct highway or railway embankments over soft soils. Piles or columns of stiffer material installed in the soft ground can provide the necessary support by transferring the embankment load to a firm stratum using a soil arching. However, there has been reported to occur a relatively large differential settlement between the piles and the untreated soils. Geosynthetic reinforced pile or column supported embankment (GRPS) is often used to minimize the differential settlement. Two dimensional finite element anlyses have been performed on both the column supported embankments and the geogrid reinforced column supported embankments by using a PLAXIS 2D to evaluate the soil arching effect. Based on the results obtained from finite element analyses, the stress reduction ratio decreases as the area replacement ratio increases in the column supported embankments. For the geogrid reinforced column supported embankments, the geogrid reinforcemnt can reduce differential settlements effectively. In additon, the use of stiffer geogrid is appeared to be more effective in reducing the differential settlements.
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유한요소 분석을 통한 심미적 교정 브라켓의 응력 및 구조분석에 관한 연구
손홍범,이원유,안주삼,정시동,박영철,박명균 대한치과교정학회 1998 대한치과교정학회지 Vol.28 No.1
본 연구는 유한요소 분석법의 사용으로 세가지 형태의 브라켓에 tipping과 torquing force를 부여하여 응력분포를 알아보고 또한 스테인레스 스틸과 세라믹의 재질을 임의 설정하여 응력분포를 알아보아 생역학적으로 우수한 브라켓을 디자인 하는 데 기초가 되기 위해 수행되었다. 선정된 세가지 브라켓은 A:Transcend(Unitek) B:Signatrue(RMO) C:PAW(Plane Arch Wire appliance)이었다. 철선은 0.0175x0.025스테인레스 스틸과 C형은 새롭게 고안된 마름모꼴 철선이 이용되었다. tipping force는 4.27N을 브라켓의 wire slot의 gingival wall의 mesial surface와 대각선으로 대칭되는 면에 각각의 node에 분력의 형태로 작용시켰다. torquing force는 couple force의 형태로 32.858N을 19.7도 회전하였고 bracket C형은 동량의 힘을 11.3도 회전하여 X와 Y의 방향으로 분력의 형태로 나누어 해석하였고 von Mises stress(최대상당응력)가 각 브라켓에서 기록되었다. 이에 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째, 유한요소 해석을 통해 브라켓과 wire slot을 실제로 제작하지 않고도 각각의 재료에 따른 응력분포를 예측할 수 있었다. 둘째, 응력의 집중부위는 Tipping시 브라켓 A,B,C 모두 유사하게 나타났는데 브라켓 wire slot의 gingival wall과 mesial surface가 만나는 부위와 wire slot의 incisal wall과 distal surface가 만나는 부위였다. Torquing시 wire solt의 길이방향을 따라 넓게 분포되었고 gingival wall과 협면으로 이행되는 모서리 그리고 incisal wall내면에 집중되었다. 셋째, 브라켓에 작용하는 응력은 Tipping에 의한 것보다는 Torquing에 의한 영향이 더 큼을 알수 있었으며 Torquing force를 기준으로 브라켓을 설계하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다. 넷째, 브라켓의 형상과 함께 재료의 변화가 응력감소에 영향을 미치는 것으로 사료되므로 브라켓 제작시 한가지 재료보다 응력이 많이 받는 부위는 다른 재료를 사용하여 응력의 분포를 줄일수도 있음을 알수있었다. 다섯째, 사용하기에 용이하고 운용이 효율적일 것으로 판단되는 브라켓C형(PAW브라켓)은 응력집중현상이 다른 두 브라켓보다 크게 나타났으므로 이의 제작시 기계적 성질이 우수한 재료를 사용해야 할 것으로 사료되었다. The aim of this study were to measure and compare the stress level on three type brackets and each other material(stainless steel, ceramic) with tipping and troquing forces by using the finite element analysis and to design biomechanically favorable brackets. For this study, three kinds of brackets were selected(A:Transcend-RMO, B:Signatrue-Unitek C:PAW:plane archwire appliance-applied for a patent in Yonsei University). The slot size of bracket was 0.022inch and the size of archwire was 0.0175x0.025inch and taper shaped archwire was used in PAW. Loading force in tipping was 4.27N and torquing force was 32.858N applied by archwire torsion with 19.7degree and 11.3 degree in C type bracket. The conclusions were that (1)The finite element method proved to be a useful tool in the stress analysis of orthodontic bracket subjected to various forces. (2)With tipping, the stresses were concentrated at the gingival wall of the wire slot where it meets the mesial bracket surface and the incisal wall of the wire slot where it meets the distal bracket surface and with torquing, the stresses were concentrated at the junction of the gingival or incisal wall and base of the slot. (3)The maximum stress value was higher in torquing force than tipping force and therefore it is desirable to design on the basis of torquing force. (4)It was considered that the change in material might be affect on the diminish of stress value in the place of stess concentration. (5)The maximum stress value was highest on PAW bracket when the tipping and torquing force was applied and therefore it would be desirable to use mechanically favorable material on PAW bracket.
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