비닐하우스의 정적 거동특성에 관한 실험적 연구

류희룡 ( Heeryong Ryu ),조명환 ( Myeongwhan Cho ),유인호 ( Inho Yu ),이응호 ( Eungho Lee ),우종규 ( Jong-gyu Woo ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

우리나라의 원예시설 면적은 50,345ha(’09)이며 이 중 99%가 비닐하우스이다. 한편 2000년대에 들어 비닐하우스의 기상재해가 빈번하게 발생하고 있으며 피해복구비가 연평균 약 2,200억원에 이른다. 이러한 상황임에도 사용 중인 비닐하우스의 구조안전성을 현장에서 평가하거나 분석할 수 있는 기술은 없는 실정이다. 따라서 비닐하우스의 구조안전성을 정밀하게 파악하고 이를 기반으로 비닐하우스에 대한 적절한 유지관리, 보수·보강 방법을 정립하여 기상재해를 적극적으로 예방할 수 있는 기술적인 연구가 절실하다. 이를 위하여 이 연구에서는 정적 재하시험을 통하여 비닐하우스의 변형특성을 분석하고 구조안전성 평가에 적용할 수 있는 방법을 고찰하였다. 아연도금강관을 서로 연결하여 구성한 프레임 구조물인 비닐하우스의 외부 피복 유무, 비닐하우스의 지점부조건, 그리고 교차연결부 조건에 따른 재하시험을 각각 진행하였다. 재하시험 구조물은 국립원예특작과학원의 시설원예시험장에 시공되어 있는 연동 및 단동 비닐하우스였으며, 실제 비닐하우스를 대상으로 현장재하시험을 수행하였다. 외부 피복(PE)에 의하여 하중이 작용하는 방향으로 비닐하우스의 강도가 최대 12% 향상되는 것으로 나타났다. 그러나 하중 작용 방향의 횡 방향으로의 보강효과는 적은 것으로 나타났다. 비닐하우스의 지점부 조건에 따른 시험 결과 현장 조건에 의한 변형량은 고정조건과 비교하여 최대 30% 증가하는 것으로 나타났다. 골조를 구성하는 강관의 교차연결부 조건에 따른 시험에서는 강접조건의 구조물이 반강접조건(강선조리개)과 비교하여 약 40%의 강도향상 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 지점으로 전달되는 하중분담률이 감소하고 구조물 길이방향으로 보다 효과적으로 하중분배를 하는 것으로 나타났다. 이와 같은 비닐하우스의 세 가지 주요한 구조적 거동특성을 체계적으로 분석함으로써 실제 비닐하우스에 대한 구조안전성 평가의 정밀도를 한층 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

비닐하우스 죔쇠의 성능 평가

류희룡 ( Heeryong Ryu ),최만권 ( Mankwon Choi ),조명환 ( Myeongwhan Cho ),유인호 ( Inho Yu ),신영안 ( Youngan Shin ),염성현 ( Sunghyun Yum ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

서까래와 도리의 교차부를 결속함으로써 비닐하우스의 구조적인 강성을 확보해주는 부품을 죔쇠라 한다. 서까래-도리 교차부는 죔쇠의 조립에 의해 초기 결속력이 도입되며 그에 따라 발생하는 부재간의 압축력에 의해 바람과 눈 등의 외력에 저항하게 된다. 국내 비닐하우스의 86%를 차지하는 단동형 비닐하우스의 골조는 서까래와 도리만으로 이루어져 있기 때문에, 강관 교차부에서의 결속력이 구조적으로 매우 중요하게 작용한다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 구조물의 성능과 밀접한 관련이 있는 죔쇠의 자유도별 성능을 평가하였다. 서까래-도리 교차 결속부만을 대상으로 시중에서 유통되고 있는 선형 및 판형 죔쇠로 결속된 시험편을 제작하여 미끄럼ㆍ회전 저항, 압축력 등 총 6자유도에 대한 성능을 3반복 평가하였다. 50 kN 용량의 유압식 가력기에 5 kN 및 10 kN 용량의 하중센서를 부착하고 각 자유도의 성능을 평가할 수 있도록 고안된 지그에 시험편을 고정하였다. 선형 죔쇠 시험편의 서까래와 도리는 각각 직경 31.8 mm, 25.4 mm, 두께 1.5 mm인 강관으로, 판형 죔쇠 시험편은 직경 25.4 mm, 두께 1.5 mm인 강관으로 구성하였다. 강관은 공칭항복강도와 인장강도가 각각 295MPa, 400MPa 이상인 KS D 3760의 SPVHS 강재를 사용하였으며 길이는 300mm로 절단하였다. 각 실험의 변위 측정을 위하여 LVDT를 설치하였으며 변위제어방식을 사용하여 5 mm/min 속도로 가력하였다. 강선 죔쇠의 서까래 축방향 미끄럼 강성은 죔쇠의 구조적인 특성에 의하여 정ㆍ부 방향이 서로 달랐고 각각 평균 191 N/mm, 122 N/mm이었으며, 도리 축방향 미끄럼 강성은 111 N/mm로 나타났다. 서까래 축방향을 회전축으로 하는 회전 강성은 1.4 MNㆍmm/rad, 도리 축방향을 회전축으로 하는 회전 강성은 0.6 MNㆍmm/rad, 서까래 축방향의 직각 방향 회전 강성은 0.8 MNㆍmm/rad으로 나타났으며, 죔쇠의 결속력은 840 N(Δ=1.0 mm)이었다. 강판 죔쇠의 서까래 축방향 미끄럼 강성은 정ㆍ부 방향이 각각 평균 864 N/mm, 1,177 N/mm이었으며, 도리 축방향 미끄럼 강성은 167 N/mm로 나타났다. 서까래 축방향을 회전축으로 하는 회전 강성은 4.6 MNㆍmm/rad, 도리 축방향을 회전축으로 하는 회전 강성은 3.8 MNㆍmm/rad, 서까래 축방향의 직각 방향 회전 강성은 0.8 MNㆍmm/rad으로 나타났으며, 죔쇠의 결속력은 4.4 kN(Δ=1.0 mm)이었다. 죔쇠의 접합성능을 고려한다면 비닐하우스의 구조성능 평가 시 보다 신뢰성 높은 설계성능을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

온실 구조성능 평가를 위한 눈 재하시험 장치

류희룡 ( Heeryong Ryu ),최만권 ( Mankwon Choi ),조명환 ( Myeongwhan Cho ),유인호 ( Inho Yu ),김승유 ( Seungyu Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

온실뿐만 아니라 다양한 농업시설 또는 건축물 등에 대한 눈 하중 재하장치가 제작, 평가되었다. 본 연구에서는 온실에 눈 하중을 가할 수 있는 장치를 제작하였다. 온실 실험체는 축소모형이 아닌 폭 8.2m, 측고 1.6m, 동고 3.4m의 실제 단동 온실(원예특작시설 내재해형 규격 10-단동-5형)이며, 4개의 서까래에 해당하는 부분을 실험체로 설계하였다. 실험체의 설계성능은 적설 23cm 이며 눈이 쌓이는 과정을 각각의 서까래를 통하여 상정할 수 있도록 재하장치를 구상하였다. 폭 6cm, 높이 50cm, 길이 770cm크기인 박스 형태의 구조물이 하중을 싣는 장치이며 PC판(두께 3mm)으로 제작하였다. 점적호스를 이용하여 이 구조물 내부에 설치된 38개의 셀에 물이 공급되도록 고안하였고 각 셀을 구성하는 격벽의 하단에는 공급된 물이 이동할 수 있는 홀을 설치하여 단위면적에 분(min)당 약 0.3cm/의 눈 하중이 가해지도록 설계하였다. 이 장치는 최대 60cm의 눈 하중을 가할 수 있으며 서까래에 가해지는 눈 하중을 등분포 하중으로 모사하기 위하여 총 40지점에서 연직방향으로 온실 전체 폭에 대하여 균일하게 작용하도록 설계하였다. 서까래와 박스 구조물의 지점별로 설치된 도르래를 통과하는 연속된 와이어는 지점별로 하중이 균일하게 작용하는 역할을 하며 소형 로드셀(300N)을 이용하여 지점별 하중이 균일함을 확인하였다. 이 장치를 이용하여 서까래-도리의 교차 결합 상태를 고려한 온실 구조해석의 검증 등 보다 정밀한 온실 구조성능 평가를 위한 기반자료를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

온실 유형별 광투과량 분석

류희룡 ( Heeryong Ryu ),최만권 ( Mankwon Choi ),조명환 ( Myeongwhan Cho ),유인호 ( Inho Yu ),김승유 ( Seungyu Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

온실 내부로 투과되는 태양광은 식물의 광합성뿐만 아니라 내부 기상환경에 영향을 미치는 중요 인자이다. 온실 내부에 투과되는 광량은 온실 구조와 자재, 설치방향 및 피복재의 종류 등에 따라 좌우된다. 이와 같은 요인들은 온실 내부로 투과되는 광을 감소시키는 등 작물 재배에 중요한 영향을 미침에도 불구하고 온실설계를 할 때는 주로 안전성을 고려한 설계가 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 온실구조 설계의 기초 자료로 활용할 목적으로 온실 형태 및 피복재의 종류에 따른 광투과량을 분석하였다. 시설원예연구소(경남 함안, 위도 35.23)에 설치된 연동온실(B1, B2)과 단동온실(B3, B9, B10)을 대상으로 분석하였으며 온실 설치 방향은 모두 정남북방향이고 지붕 경사각은 각각 26.6, 29.7, 30.7, 25.2, 25.2°이다. 측정 기간은 2018년 1월 1일 부터 2018년 12월 31일 까지 이며 각 측정지점에서 5분 간격으로 측정된 자료를 바탕으로 분석한 결과이다. 측정 지점에서의 동절기 광투과율을 살펴보면 12월 평균 광투과량은 68.5(B1), 67.6(B2), 69.5(B3), 63.9(B9), 40.7(B10)% 이었다. 1월은 70.9(B1), 67.3(B2), 72.5(B3), 72.2(B9), 55.7(B10)% 이었다. 2월은 75.2(B1), 74.4(B2), 73.5(B3), 75.6(B9), 58.4(B10)% 이었다. 광투과량은 1중 피복(PO)인 연동보다 1중 피복(PO)의 단동이 높게 나타났으며 피복재별로는 PO필름 (B1, B2, B3, B9)이 직조필름(B10) 보다 높았다. 단동온실 B9의 1중 피복은 PO 필름이고 B10의 1중 피복은 직조 필름이다. 이들 단동온실의 1중과 2중 피복 내부의 광투과율을 비교해 보면, B9의 2중 피복(PO) 내부의 광투과율은 1중(PO)보다 약 18 ~ 25% 포인트 감소하였고 B10의 2중(PE필름)은 약 50% 포인트 이상 감소하였다. 현장에서는 온실 설계 시 안전성뿐만 아니라 온실의 방향, 골조율, 피복재의 종류에 따른 광 투과 특성을 고려한 설계를 요구하고 있으며 본 연구결과는 그 기초 자료로의 활용가능성과 분석방법의 타당성을 논하고자 하였다. 기본 측정간격 자료에 의한 누적광량 비교, 작물재배 구간별 시뮬레이션 등 분석결과의 신뢰성을 높이기 위한 후속연구가 필요할 것으로 판단된다.

항만구조물의 지진응답 해석법 비교연구

김두기 ( Dookie Kim ),류희룡 ( Heeryong Ryu ),장성규 ( Seongkyu Chang ),서형렬 ( Hyeongyeoi Seo ) 한국구조물진단유지관리공학회 2004 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.8 No.2

The seismic analysis results of the seismic coefficient method, added mass method and fluid-structure-soil interaction(FSSI) method are compared for a port structure. In the FSSI analysis, the fluid is modeled by the 4-node element which is a modification of a structural plane element, and the port structure and foundation is modelled by the plane strain elements. Since the present method directly models the fluid-structure-soil interaction system by finite elements, it can be easily applied to the dynamic analysis of a 2-D fluid-port-soil with complex geometry.

비닐하우스 강관 이음부의 휨성능 평가

최만권 ( Mankwon Choi ),류희룡 ( Heeryong Ryu ),유인호 ( Inho Yu ),조명환 ( Myeongwhan Cho ),신영안 ( Youngan Shin ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

비닐하우스 시공 시 강관 제조 및 운반상의 제약조건에 의하여 서까래와 도리용 구조용 강관을 서로 연결하여 사용하는 경우가 빈번하다. 강관 이음부는 비닐하우스 전체 구조물의 성능에 직접적인 영향을 미칠 것으로 판단되며 본 연구에서는 휨실험을 통하여 이 강관 이음부의 휨성능을 평가하였다. 양쪽 강관에 연결핀을 삽입하고 직결나사로 조이는 2종류의 현장 이음 방법에 대하여 직결나사 위치를 변수로 순수 휨 구간의 강관 이음부 파괴형태를 확인하고 휨성능을 평가하였다. 100 kN 용량의 유압식 가력기에 50 kN 용량의 하중센서를 부착하고 스팬의 2지점에서 재하하였으며, 지지점을 단순지점으로 하는 4점 재하방식을 사용하였다. 비닐하우스의 서까래로 사용되는 KS D 3760 SPVHS 규격의 직경 31.8 mm, 두께 1.5 mm인 강관을 길이 300 mm로 절단하고 연결핀을 삽입하여 연결한 후 #8 직결나사로 고정하여 실험체를 제작하였다. 이음부 길이 3분의 1지점(L/3) 압축 측에 2개의 직결나사만 시공된 실험체 SPJ-A, 압축 측에 2개 대칭으로 인장 측에 2개 등 총 4개의 직결나사가 시공된 실험체 SPJ-B, 이음부가 없는 강관으로 구성된 실험체 SPJ 등 3가지 형태의 실험체를 구성하였다. 하중에 따른 처짐을 측정하기 위하여 실험체의 중앙부와 하중가력 위치에서 15 mm 떨어진 지점에 LVDT를 설치하여 수직 처짐을 측정하였으며, 변형률을 측정하기 위하여 실험체의 압축과 인장 측에 대칭으로 총 12개소에 변형률게이지를 부착하였다. 변위제어방식을 사용하여 이음부의 파괴시점까지 10 mm/min 속도로 가력하였다. SPJ-A 실험체의 휨응력이 SPJ-B 보다 크게 측정되었으며 강관 이음부의 휨성능은 SPJ-B 방법이 최대 4.5배 크게 나타났다. 한편 SPJ-A, B 두 실험체의 휨응력은 SPJ 실험체보다 작게 나타났으며, 이는 연결핀을 삽입함으로써 이음부의 단면성능이 증가한 영향으로 판단된다. 따라서 현장에서 사용하는 강관 이음 방법은 이음이 없는 강관과 비교하여 휨 성능을 충분히 확보할 것으로 보인다.

시간경과에 따른 온실의 구조성능평가

최만권 ( Mankwon Choi ),류희룡 ( Heeryong Ryu ),조명환 ( Myeongwhan Cho ),유인호 ( Inho Yu ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

본 연구는 온실을 설치하고 지반에 매설된 서까래 강관 주변을 발로 다진 후 시간 경과에 따른 성능차이를 알아보기 위해 수행되었다. 실험을 위해 내재해형 단동온실(10-단동-5형)을 두 가지(인발 및 소켓) 부재접합형식으로 폭 8.2, 측고 1.6, 동고 3.5, 길이 12m 실물크기로 설치하고 약 1주일, 7개월, 1년이 경과하였을 때 현장가력시험기로 구조성능을 평가하였다. 실험온실에 변위계와 스트레인게이지를 부착하여 변위와 응력을 측정하였으며 목표 변위 50, 100, 150mm에 도달하였을 때 횡강성과 응력을 부재접합형식별로 비교분석하였다. 접합형식이 인발인 경우(목표변위 150mm) 시간경과에 따른 횡강성을 살펴보면, 1주일, 7개월, 1년이 경과하였을 때 7.0, 9.2, 10.2 N/mm 이였으며, 소켓의 경우는 6.7, 8.3, 8.7 N/mm 이었다. 시간 경과에 따른 자연다짐으로 인해 처음 1주일 보다 1년 후 횡강성이 인발 약 45%, 소켓 약 30% 증가하였다. 응력의 경우도 처음 1주일 보다 시간에 따른 자연다짐으로 인해 응력이 인발 약 69%, 소켓 약 66% 증가하였다(S3). 따라서 서까래 강관 주변 흙이 충분히 다져지지 않으면 초기 다짐 상태가 온실의 횡방향 성능에 영향을 준다는 점을 알 수 있었다.

연동온실 접합부 분류 및 성능평가

최만권 ( Mankwon Choi ),류희룡 ( Heeryong Ryu ),조명환 ( Myeongwhan Cho ),유인호 ( Inho Yu ),김승유 ( Seungyu Kim ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

본 연구에서는 연동온실에 설치되는 기둥-서까래-도리 접합부의 강도, 강성, 연성을 분석하고 그 구조적 성능을 분류하였다. 이를 위해 형식이 다른 두 종류의 접합부(Type A, Type B)에 대해 구조성능 평가 실험이 수행되었다. 실험체 제작에 사용된 강관은 실제 규격과 동일하며, 접합부 실험체는 기둥-서까래-도리의 일부분을 모델링하였다. 실험체 기둥과 서까래 단부의 변위를 측정하기 위해 총 3개의 변위 센서를 설치했으며, 실험하중은 최대용량 5t로드셀이 설치되어 있는 액추에이터를 이용하여 2mm/min 속도로 단조가력 하였다. 설정 최대변위에 도달했을 때 실험은 종료 되었다. 2개의 실험체 대한 모멘트-회전 그래프를 얻었다. 두 실험체는 회전이 증가함에 따라 점점 모멘트가 증가하는 경향을 나타냈다. AISC 규정에서 연결부의 강도는 연결부의 극한한계상태 또는 물리적 실험에 기초해서 결정할 수 있으며, 모멘트-회전 결과가 최대하중을 나타내지 않으면 0.02rad 회전에서 모멘트를 취할 수 있도록 하고 있다. 따라서 본 실험에서 모멘트-회전 그래프에서 최대하중을 나타내지 않아 0.02rad에서의 모멘트를 최대하중으로 결정하였다. Type A와 Type B의 최대모멘트는 각각 335.5kN·mm, 258.6kN·mm으로 Type A가 Type B보다 27% 높은 휨 내력을 나타냈다. 회전강성(Ks=Ms/θs)은 각각 17,305.46, 13,233.59 kN·mm/rad으로 Type A가 Type B보다 24% 컸다. 일반적으로 강구조에서 기둥-보의 접합부 분류는 AISC 360-10 및 Eurocode 3 part1-8에 규정된 방법으로 강접합(full rigid connection), 반강접합(semi rigid connection), 단순접합(simple connection)으로 분류할 수 있다. 온실 접합부의 회전강성과 최대 모멘트는 AISC 규격에서 정한 분석절차에 의해 결정되었다. 분석결과 두 가지 접합부는 휨 모멘트를 전달하지 못하는 단순접합으로 분류되었다.

항만구조물의 지진응답 해석법 비교연구

김두기(Dookie Kim),류희룡(HeeRyong Ryu),장성규(SeongKyu Chang),서형렬(HyeongYeol Seo) 한국구조물진단유지관리학회 2004 한국구조물진단학회 학술발표회논문집 Vol.- No.-

The seismic analysis results of the seismic coefficient method, added mass method and fluid-structure-soil interaction(FSSI) method are compared for a part structure. In the FSSI analysis, the fluid is modeled by the 4-node element which is a modification of a structural plane element, and the port structure and foundation is modelled by the plane strain elements. Since the present method directly models tire fluid-structure""soil interaction system by finite elements, it can be easily applied to the dynamic analysis of a 2-D fluid-port-soil with complex geometry.

온도증가에 따른 흑색토마토 “헤이” 품종 과실의 모양 및 열과 발생률의 변화

문두경 ( Doogyung Moon ),김소희 ( Sohee Kim ),조명환 ( Myengwhan Cho ),유인호 ( Inho Yu ),류희룡 ( Heeryong Ryu ),이응호 ( Eungho Lee ) 한국농림기상학회 2015 한국농림기상학회지 Vol.17 No.3

흑색토마토 ‘헤이’ 품종을 고측고 토마토 전용하우스 에서 장기재배 시 우수한 토마토 생산을 위해 온도증가에 따른 과실 모양의 변화, 과일의 무게, 열과 발생률을 조사하였다. 제1화방부터 제9화방까지 과고에 비해 과폭이 큰 형태였고, 제10화방부터 제15화방까지는 과폭에 비해 과고가 길어져 과실의 모양이 변하였다. 과형지수도 제1화방부터 제9화방까지 100% 이하였으나 제10화방부터 제15화방까지 100% 이상이었다. 화방별 평균과중은 초기과실 150±2.9g에 비해 하우스내 온도가 높아질수록 40±6.2g으로 가벼워져 소형과생산이 높아졌다. 열과발생률 또한 초기재배에 비해많아져 마지막 조사시 100% 열과가 발생하였다. 이와같은 결과로 여름철 장기 재배 시 고측고 토마토 전용하우스 내 온도는 상승하여 과실의 모양이 변하고 과중이 감소하며 열과 발생률이 증가하는 등 흑색토마토 ‘헤이’의 과실에 영향을 주는 것으로 나타났다. ‘Hei’ (Lycopersicon Esculentum Mill.) Black Tomato examined changes in fruit shape, fruit weight and cracking percentage with increasing temperature in high-rise tomato greenhouse during long-term cultivation in summer season. Fruit diameter is greater than fruit length from the first cluster to the ninth cluster. However, fruit length is longer than fruit diameter from the tenth cluster to the fifteenth cluster. Fruit shape index (L/D) is below 100% from the first cluster to the ninth cluster and above 100% from the tenth cluster to the fifteenth cluster. Fruit weight was decreased during temperature increasing in greenhouse. However, fruit cracking percentage was increased to temperature increasing during cultivation period. Thus, fruit shape, fruit weight and fruit cracking of ‘Hei’ black tomato were influenced by increasing of temperature in greenhouse during long-term cultivation.