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EPS Geofoam을 사용한 ETI 공법이 적용된 지중콘크리트 구조물의 지진특성 감소효과 연구
마벨,강준석,박종섭 한국복합신소재구조학회 2019 복합신소재구조학회논문집 Vol.10 No.4
일반적으로 지중구조물은 지상구조물보다 지진하중 작용 시 상대적으로 작은 영향을 받는다. 그러나 많은 연구자들은 심각한 지중구조물 손상에 대해 보고하고 있으며 동적 흙-구조물 상호작용에 대한 지속적인 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 유한요소해석 프로그램을 활용한 흙-구조물 상호작용을 지중구조물에 적용하고 지중구조물 하중저감기법인 ETI의 지오폼을 해석변수로 경감효과 및 최적 지오폼을 제안하고자 한다. 해석연구에 고려된 지오폼은 EPS 12, EPS 15, EPS 19이다. 해석 결과로부터 지진하중시 최대 50%까지 지중하중이 경감되었으며, 수평처짐은 26%, 수직처짐은 8%이 경감되었다. 본 해석연구를 토대로 ETI 공법을 적용한 지중구조물이 정적 및 지진하중 하에서도 하중의 영향을 경감시키는 것을 확인할 수 있었다. During earthquakes, underground structures generally suffer less than the structures on the ground. However, significant and severe damages had been reported by many researchers who have been paying attention to the dynamic soil-structure interaction in order to prevent calamities. The construction technique called Embedded Trench Installation was adopted in this study to reduce the earth loads experienced in the tunnel. The dynamic soil-structure interactions with expanded polystyrene (EPS) geofoam around concrete structures were investigated using finite element program, ABAQUS. The structures were analyzed under variation of EPS geofoam types, namely EPS12, EPS15, and EPS19. The results from finite element analyses showed that the geofoam with low density(EPS12) was the most effective at reduction of earth loads.
CFRP, GFRP, Steel을 외부 보강재로 활용한 원형무근콘크리트 교각의 내진성능 비교평가를 위한 해석연구
마벨 ( Catuira Mabel ),이명진 ( Lee Myung Jin ),박종섭 ( Park Jong-sup ) 한국복합신소재구조학회 2021 복합신소재구조학회논문집 Vol.12 No.2
내진설계규정이 정립되기 전에 시공된 콘크리트 교각의 경우 횡철근을 겹침이음하거나 최소한의 배근으로 최적화를 유도하였다. 따라서 지진하중 발생 시 지진에너지를 소산할 수 있는 에너지 감쇠의 효과가 기존 교각들에는 미흡한 실정이다. 본 논문은 반복하중을 받는 원형콘크리트 교각 외부에 강판, GFRP, CFRP 보강을 적용한 경우, 교각의 지진대응 성능 향상도를 정량적으로 평가하였다. 범용유한요소해석프로그램인 ABAQUS의 다양한 3차원 요소를 적용하여 교각 구조물을 모델링하였으며, 하중은 교각 상부에 횡방향 동적하중과 교각 전체 자중이 고려되었다. 하중-변위 곡선, 응력-변형률 곡선, 연성도, 에너지 흡수 능력(연성도), 손상도를 고려하여 보강에 따른 교각의 내진성능 향상도를 비교분석하였다. 비보강 콘크리트 교각의 경우 연성도는 78%로 취성파괴 구조물이었으나, 강판보강의 경우 91.0%, GFRP보강의 경우 91.9%, CFRP보강의 경우 92.0%이다. 세 가지 보강의 종류를 비교한 결과 강도, 연성도, 손상도 모두에 있어서 CFRP보강의 경우가 가장 큰 증진 효과를 보이고 있다. Existing bridges constructed using old building codes assumed fewer service loads. Inadequate lateral reinforcements resulted in inferior ductility performance; hence, there was poor dissipation of seismic energy during earthquakes. Therefore, to enhance the ductility of existing bridges, triaxial confinement to the main resisting lateral force is necessary for improving the overall structural behavior of existing bridges. The seismic behavior of concrete bridge pier (CBP) involving different retrofit materials was compared and evaluated. Carbon fiber reinforced polymer (CFRP), glass fiber reinforced polymer (GFRP), and steel were the investigated retrofit materials. Simulated models were subjected to gravity and dynamic loading. The seismic structural performance of CBP with applied external reinforcement was investigated using a finite element program, ABAQUS. The overall behavior of the CBP was analyzed under a variation of CFRP, GFRP, and steel. The results obtained from finite element analyses revealed that CFRP, with the highest strength-to-weight ratio, is superior in seismic performance.
Catuira, Mabel(마벨),Park, Jong Sup(박종섭) 대한토목학회 2020 대한토목학회논문집 Vol.40 No.2
본 연구에서는 콘크리트 원형 교각의 동적거동 특성을 향상시키기 위하여 최적의 탄소섬유강화 플라스틱 설치 방법에 대해서 해석적 기법을 적용하여 평가하였다. 범용구조해석 프로그램인 ABAQUS가 해석연구에 사용되었으며, 소성 및 손상 콘크리트 재료특성을 적용하여 구조물의 비선형해석을 실시하였다. CFRP 적용에 따른 내진성능 향상도를 분석하고자 교각높이와 보강된 높이 비율, 교각 지름 대비 CFRP 보강 두께를 해석변수로 고려하여 거동특성과 연성도를 비교 분석하였다. 해석결과를 토대로 보강에 따른 정량적인 성능향상을 확인할 수 있었으며, 보강재료 두께 증가보다는 교각높이 대비 보강높이 비율이 보다 성능에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. This paper evaluated the optimum Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) using a circular concrete bridge pier subjected to dynamic loading. A three-dimensional finite element model was simulated using finite element program, ABAQUS. Concrete Damage Plasticity (CDP) option and plastic properties of the materials were incorporated to model the non-linearity of the structure. The analyses parameters were changed in length-to-height ratio and width-to-span ratio where columns were subjected to dynamic loading. Numerical analysis was conducted, and the seismic performance of the structures were evaluated by analyzing the ductility behavior of the structure. Results showed that the use of CFRP enhances the structural performance of column and revealed that the increase in length-to-height ratio plays vital role of improving the performance of the structure than the change in width-to-span ratio.
랄프,세인,마벨,강준석,박종섭 한국복합신소재구조학회 2018 복합신소재구조학회 학술발표회 Vol.2018 No.04
This research investigates the effects of trench installation methods with expanded polystyrene (EPS) geofoam on the behavior of buried corrugated steel arch structure. A universal finite element analysis program, ABAQUS, was used to model and analyze the structure. For this study, the S275 corrugated steel with a profile of 152x51mm and the arch has fixed boundary condition. The structure was analyzed for three different configurations, namely; without EPS geofoam, imperfect trench installation (ITI), and embedded trench installation (ETI). ITI and ETI cases were further divided depending on the width and height of EPS geofoam. The width of EPS geofoam varies from the span of the arch up to a 30% increase of the span of the arch while its height varies from the rise of the arch upto 100% increase of the rise of the arch. The results from the finite element analysis revealed that the ETI reduced the wall stresses by at least 53.95%. It is recommended to conduct further study regarding ETI to validate the results and to further improved the design criteria of buried corrugated steel arch as it is expected to bring about cost reduction and stability for buried structures.