할선강성을 이용한 직접비탄성내진설계

박홍근,엄태성 한국지진공학회 2004 한국지진공학회논문집 Vol.8 No.1

본 연구에서는 할선강성을 사용하여 반복계산을 수행하는 새로운 내진설계법을 개발하였다. 개발한 설계법은 탄성해석을 수행하므로 수치해석의 안정성과 용이성을 갖추고 있으며, 동시에 반복계산으로 구조물의 비탄성 거동을 해석할 수 있으므로 각 부재의 강도 및 연성 요구량을 정확히 예측할 수 있다. 본 연구에서는 제안된 설계법의 절차를 정립하였고, 이를 고려한 컴퓨터 해석/설계 프로그램을 개발하였다. 또한, 제안된 설계법을 사용한 설계예제를 제시하였고, 탄성 혹은 비탄성 해석을 이용한 기존 설계법과의 비교를 통하여 그 장점을 검증하였다. 해석과 설계를 통합적으로 수행하는 제안된 설계법은 설계자의 의도에 따라 부재의 강도 및 연성능력, 강기둥-약보 등과 같은 내진설계전략을 효과적으로 구현할 수 있으며, 초기설계단계에서 각 부재의 크기만이 가정된 구조물에 대하여 반복계산을 수행함으로써 주어진 설계전략을 만족하는 비탄성 강도 및 연성 요구량을 직접적으로 계산할 수 있으므로, 경제적이고 안전한 내진설계가 가능하다. A new earthquake design method performing iterative calculations using secant stiffness was developed. The proposed design method has the advantages of convenience and stability in numerical analysis because it uses elastic analysis. At the same time, the proposed design method can accurately estimate the strength and ductility demands on the members because it performs the analysis on the inelastic behavior of structure using iterative calculation. In the present study, the procedure of the proposed design method was established, and a computer program incorporating the proposed method was developed. Design examples using the proposed method were presented, and its advantages were presented by the comparisons with existing design methods using elastic or inelastic analysis. The proposed design method, as an integrated method of analysis and design, can address the earthquake design strategy devised by the engineer. such as ductility limit on each member, the design concept of strong column - weak beam, and etc. In addition, through iterative calculations on the structure preliminarily designed only with member sizing, the strength and ductility demands of each member can be directly calculated so as to satisfy the given design strategy. As the result. economical and safe design can be achieved.

NDARC을 이용한 헬리콥터 개념설계 및 성능해석 검증 연구

고정인(Jeong-In Go),박재상(Jae-Sang Park),최종수(Jong-Soo Choi) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.10

본 연구에서는 단일로터-꼬리로터 형상의 일반 헬리콥터에 대한 개념설계 및 성능해석기법을 정립하고자 회전익 항공기 개념설계 및 성능해석 코드인 NDARC을 이용하여 UH-60A 헬리콥터에 대한 개념설계 및 성능해석을 수행하였다. 적절히 가정한 임무 형상을 이용하여 UH-60A 헬리콥터의 개념설계를 수행한 뒤 설계 목표 값과의 비교를 통하여 UH-60A 헬리콥터의 형상 및 중량을 적절히 설계할 수 있음을 확인하였다. 더불어, 본 연구로부터 설계된 UH-60A 헬리콥터 모델을 이용하여 다양한 비행 조건에서의 성능해석을 수행한 뒤, 본 연구의 해석 결과를 UH-60A의 성능 시험 및 선행 연구의 해석 결과와 비교하여 본 연구 결과의 타당성을 검증하였다. 그 결과, 단일로터-꼬리로터 형상의 일반 회전익 항공기의 개념설계 및 성능해석 기법을 적절히 정립하였음을 확인하였다. A validation study is conducted for the conceptual design and performance analysis of UH-60A Black Hawk in order to establish the conceptual design and performance analysis techniques for conventional helicopters using a single main rotor and a tail rotor. As a tool for conceptual design and analysis, NDARC(NASA Design and Analysis of Rotorcraft) is used for the present study. The conceptual design for UH-60A is successfully validated as compared with the target values. Then, various performance analyses in hover and forward flight are conducted for the UH-60A model obtained from the present design work, and they are compared well with the wind tunnel test, flight test, and previous analyses using various analysis tools. Through this validation work, the conceptual design and performance analysis techniques for the conventional helicopter are appropriately established.

실험계획법을 이용한 해양플랜트 플로트오버 설치 작업용 능동형 DSF의 구조설계 민감도 해석

김훈관,송창용,이강수 중소기업융합학회 2021 융합정보논문지 Vol.11 No.2

본 연구에서는 해양플랜트의 플로트오버 설치작업을 위해 개발된 능동형 갑판 지지 프레임 (Deck support frame, DSF)의 구조설계에 대해 다양한 실험계획법을 이용한 민감도해석의 비교연구를 수행하였다. 능동형 DSF의 주요 구조부재의 두께 치수 변수는 설계인자로 고려하였고, 응답치는 중량과 강도성능으로부터 선정하였다. 민감도해석의 비교연구에 사용한 실험계획법은 직교배열설계법, Box-Behnken 설계법 그리고 Latin hypercube 설계법이다. 실험계획법의 설계공간 탐색의 근사화 성능을 평가하기 위해 반응표면법을 각 실험계획법 별로 생성하여 근사화 정확도 특성을 검토하였다. 또한 최상설계안 의 결과로부터 실험계획법의 특성에 따른 수치계산 비용, 중량감소 효과 등과 같은 설계향상 효과를 비교하였다. 능동형 DSF의 구조설계에 대해 직교배열설계법이 가장 향상된 결과를 나타내었다. The paper deals with comparative study on sensitivity analysis using various methods regarding to design of experiments for structure design of an active type DSF (Deck support frame) that was developed for float-over installation of offshore plant. The thickness sizing variables of structure member of the active type DSF were considered the design factors. The output responses were defined from the weight and the strength performances. Various methods such as orthogonal array design, Box-Behnken design, and Latin hypercube design were applied to the comparative study. In order to evaluate the approximation performance of the design space exploration according to the design of experiments, response surface method was generated for each design of experiment, and the accuracy characteristics of the approximation were reviewed. The design enhancement results such as numerical costs, weight minimization, etc. via the design of experiment methods were compared to the results of the best design. The orthogonal array design method represented the most improved results for the structure design of the active type DSF.

허용응력설계법 및 하중저항계수설계법에 의한 고정식 해양구조물 설계결과 비교

정배근,조두용 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.27 No.2

When designing fixed jacket structures, overseas design standards are applied due to the absence of domestic design methods. Althoughthe US API standards are mainly applied, API RP 2A suggests two design methods: the allowable stress design method (WSD) and the load resistancecoefficient method (LRFD), and is applied according to the designer's judgment. In this study, the stress ratio of the two design methods was reviewedand compared using SACS, an analysis program dedicated to marine structures, for fixed marine structures actually installed on the domestic coast. As a result of the review, it was found that the LRFD design method showed a greater stress ratio for extreme load analysis and transportation analysis,and the WSD design method showed a greater stress ratio for loading and lifting. Therefore, when applying the design method, it is consideredappropriate to select the final design method considering safety and economic feasibility after conducting an applicability review for the two designmethods. 고정식 자켓구조물 설계 시 국내 설계법의 부재로 해외 설계기준을 적용하고 있다. 특히, 미국의 API기준을 주로 적용하고있으나 API RP 2A는 허용응력설계법(WSD)과 하중저항계수법(LRFD)의 두 설계법을 제시하고 있고 설계자의 판단에 따라 적용하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 국내 연안에 실제 설치된 고정식 해양구조물에 대해 해양구조물 전용프로그램인 SACS를 이용하여 두 설계법에 대한 응력비를 검토비교 하였다. 검토결과, 환경하중의 영향이 큰 극한하중해석과 운송해석 시에는 LRFD설계법이, 자중의 영향이큰 평상시 하중해석과 선적 및 인양 시에는 WSD설계법이 더 큰 응력비를 보여주고 있어 기본설계 시 두 설계법에 대한 적용성 검토를수행한 후 안전성과 경제성 등을 고려하여 최종 설계법을 선택하는 것이 적정하다고 판단된다.

설계법에 따른 풍화토 지반 얕은기초의 안전여유 비교

김동건(Donggun Kim),황희석(Huiseok Hwang),유남재(Namjae Yoo) 한국지반환경공학회 2016 한국지반환경공학회논문집 Vol.17 No.12

본 논문에서는 기존의 허용응력설계법(ASD)과 신뢰성해석에 기반을 둔 하중저항계수설계법(LRFD)과 유로코드의 부분안전계수설계법(PSFD)을 사용하여 풍화토지반 얕은기초의 전단파괴에 대한 지지력과 안전여유 산정결과에 대하여 비교 · 분석하였다. 얕은기초의 지지력에 영향을 주는 지반정수의 불확실성을 정량화하기 위하여 시공 및 설계용 평판재하시험 자료를 수집하고 확률통계 분석을 통하여 극한지지력의 저항편향계수와 변동계수를 조사하였다. 국내 현장의 얕은기초 대표 단면 예에 대한 신뢰성해석(FORM)을 통하여 신뢰도지수를 구하고 지반정수의 확률변수가 전단파괴에 미치는 영향을 조사하기 위하여 확률변수의 민감도 분석을 하였다. ASD설계법, ASD설계법의 안전율에 대응하는 목표신뢰도 지수의 LRFD설계법, PSFD설계법을 사용하여 얕은기초 대표단면의 안정성 검토를 실시하여 산정된 각 설계법의 안전여유에 대하여 비교 · 검토를 실시하였다. In this paper bearing capacity and safety margin of shallow foundation on weathered soil ground against shear failure by using current design method of allowable stress design (ASD), load resistance factor design (LRFD) based on reliability analysis and partial safety factor design (PSFD) in Eurocode were estimated and compared to each other. Results of the plate loading test used in construction and design were collected and analysis of probability statistics on soil parameters affecting the bearing capacity of shallow foundation was performed to quantify the uncertainty of them and to investigate the resistance bias factor and covalence of ultimate bearing capacity. For the typical sections of shallow foundation in domestic field as examples, reliability index was obtained by reliability analysis (FORM) and the sensitivity analysis on soil parameters of probability variables was performed to investigate the effect of probability variable on shear failure. From stability analysis for these sections by ASD, LRFD with the target reiability index corresponding to the safety factor used in ASD and PSDF, safety margins were estimated respectively and compared.

건축구조물의 지진해석에서 좌표축의 설정에 따른 보정계수 산정법

유일향,이동근,고현,김태호 한국지진공학회 2007 한국지진공학회논문집 Vol.11 No.5

실무에서 지진해석법으로 널리 쓰이는 방법은 등가정적해석법과 응답스펙트럼해석법이다. 이 중 등가정적해석법에 의한 밑면전단력은 구조물의 주축을 해석좌표축에 어떻게 배치하는가와 상관없이 일관된 값을 나타낸다. 그러나 응답스펙트럼해석은 해석좌표 축에 구조물의 주축을 다르게 배치하여 해석을 수행하면 밑면전단력이 각기 다르게 발생한다. 이는 엔지니어가 구조물을 설계함에 있어 구조물의 주축을 해석좌표축에 어떻게 설정했는지에 따라 설계부재력이 모두 달라질 수 있음을 뜻한다. 또한 응답스펙트럼해석은 지진을 가한 방향의 직각방향에서 적지 않은 응답이 발생하는 경우가 생긴다. 한방향 해석에 대한 X와 Y축을 따라 분리되는 이러한 양방향 응답은 보정계수 산정시 쓰이는 밑면전단력을 작게 만들며 이는 결과적으로 보정계수를 크게하여 과다설계의 우려가 생긴다. 내진설계시 발생하는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 수평의 강성 차이에 따라 구조물을 크게 세 가지(양방향 대칭 구조물, 한방향 비대칭구조물, 양방향 비대칭구조물)로 분류하여 각각의 경우에 대하여 간단한 모델을 선정하고 구조물의 주축을 회전시켜가면서 지진해석을 수행하였다. 각 경우의 예제구조물이 가지는 동적특성과 설계부재력을 살펴보았다. 현재 실무에서 적용되는 보정계수 산정법에 의한 설계부재력과 앞선 문제들을 해결하고자 본 논문에서 제안하는 새로운 보정계수 산정법에 의한 설계부재력을 비교하여 제안하는 보정계수 산정법의 효율성을 검토하였다. 그 결과로 새로 제안된 보정계수 산정법에 의하여 설계부재력을 산정하는 것이 내진설계시 엔지니어들이 겪을 수 있는 혼란을 덜어주며 경제적인 부재설계가 가능함을 알 수 있었다.되어 전 실험구 중에서 가장 높은 생존율 및 증식률을 보였다. 1.2-propanedial 1.5 M 실험구에서는 실험개시시 30\;{\times}\;10^4\;cell/ml이던 것이 3 일 후 138\;{\times}\;10^4\;cell/ml였고, 실험종료시인 5 일 후에는 385\;{\times}\;10^4\;cell/ml로 증식되어 가장 높은 증식률을 보였다. 참굴 D상 유생을 대상으로 먹이효과를 조사한 결과 실험구와 대조구간 유생의 성장 및 생존율에 유의한 차이를 보이지 않았다.C에서 73.3%, 10^{\circ}C에서 63.3% 및 5^{\circ}C에서 56.7%로 수온이 30^{\circ}C 이내에서는 높을수록 높은 경향을 보였다. 염분에 따른 잠입 실험 결과는 실험 개시 300분 경과 후 염분 30 psu에서 93.3%로 가장 높았고, 35 psu에서 90.0%, 25 psu에서 83.3%, 20 psu에서 60.0%, 15 psu 이하에서는 거의 잠입이 이루어 지지 않았다. 따라서, 적정 살포를 위한 잠입률은 치패의 크기와 상관없이 저질종류는 모래 (75%) + 뻘 (25%), 입자크기는 1 mm 모래에서 높게 나타났다. 공기 중 노출시간은 짧을수록, 수온은 30^{\circ}C 이내에서 높을수록, 염분은 20-35 psu 이내에서 높을수록 잠입률이 높은 경향을 나타내었다. 교수학습모형에 관련된 지식을 묻는 내용으로 주로 출제되었다. 이에 구체적인 개선방안으로 특정 교수학습 In a practical engineering, the equivalent static analysis (E.S.A) and the response spectrum analysis (R.S.A) are generally used for the seismic analysis. The base shears obtained from the E.S.A are invariable no matter how the principal axes of building structures are specified on an analysis program while those from the R.S.A are variable. Accordingly, the designed member size may be changed by how an engineer specify the principal axes of a structure when the R.S.A is used. Moreover, the base shears in the normal direction to the excitation axis are sometimes produced even when an engineer performs a response spectrum analysis in only one direction. This tendency makes the base shear, which is used to calculate the scale-up factor, relatively small. Therefore the scale-up factor becomes larger and it results in uneconomical member sizes. To overcome these disadvantages of the R.S.A, an alternative has been proposed in this study. Three types of example structures were adapted in this study, i.e. bi-direction symmetric structure, one-direction antisymmetric structure and bi-direction antisymmetric structure. The seismic analyses were performed by rotating the principal axes of the example structures with respect to the global coordinate system. The design member forces calculated with the scale-up factor used in the practice were compared with those obtained by using the scale-up factor proposed in this study. It can be seen from this study that the proposed method for the scale-up factor can provide reliable and economical results regardless of the orientation of the principal axes of the structures.

비탈면 복구사례 분석을 통한 쏘일네일링 공법의 국내외 설계기준 평가

유광호,김태원 한국지반환경공학회 2019 한국지반환경공학회논문집 Vol.20 No.11

Limit state design (LSD) and allowable stress design (ASD) are two main types of soil nailing design methodologies. In the LSD method, stability is determined by applying individual coefficients to ground strength, working load and etc. The ASD method calculates the safety factor and compares it with the minimum safety factor to determine the stability. The global design trend of soil nailing system is changing from the ASD method to the LSD method. The design method in Korea still adopts the ASD philosophy while others mostly do the limit state design. In this study, four soil nail design methods, ‘FHWA GEC 7’ in U.S. (2015), ‘Clouterre’ in France (1991), ‘Soil nailing - best practice guidance’ in U.K. (2005), ‘Geoguide 7’ in Hongkong (2008), and ‘Design guide for slope in construction work’ in Korea (2016) were applied to the evaluation of the stability and the results were analyzed comparatively in brief. It is revealed that the design method of ‘the overall stability of soil nail walls’ in Korea is the most conservative and next those by FHWA, Clouterre and CIRIA become more conservative in order. However, the difference of results obtained from FHWA and Clouterre is negligible. Also, this study found out that efforts to improve domestic design criterion are needed. 쏘일네일링 설계기법은 한계상태설계와 허용응력설계에 기반한 두가지 형태가 있다. 한계상태설계법은 지반강도와 작용하중 등에 개별적인 계수를 적용하여 안정성을 판단하며, 허용응력설계법은 안전율을 산출하고 이값을 허용최소안전율과 비교하여 안정성을 판단하는 설계법이다. 쏘일네일링 벽체 설계의 세계적인 추세는 허용응력설계법에서 한계상태설계법으로 변화하고 있다. 대부분의 국가에서 한계상태설계법을 적용하고 있으나 한국 및 일본에서는 아직까지 허용응력설계법을 사용하고 있다. 본 연구에서는 비탈면의 붕괴가 발생하여 보강이 이루어진 실제 쏘일네일 보강 비탈면에 대해, 미국의 FHWA GEC 7(2015), 프랑스의 Clouterre (1991), 영국의 CIRIA(2005), 홍콩의 Geoguide 7(2008) 및 한국의 건설공사비탈면설계기준(KDS 11 70 15, 2016)을 적용하여 안정성을 평가하고 그 결과를 상호 비교・분석하였다. 분석 결과, 국내의 건설공사비탈면설계기준에서 제시한 전체 안정성 검토 방법이 가장 보수적이며, FHWA, Clouterre, Geoguide 7 및 CIRIA의 순서로 보수적인 것으로 밝혀졌다. 그러나 그 결과에 있어서 FHWA과 Clouterre의 차이는 미미한 것으로 분석되었다. 또한, 본 연구를 통해 인발저항력의 극한값 적용, 부분 계수값의 도입 또는 피해규모를 고려한 최소안전율 차등적용 등 설계기준 개선을 위한 노력이 필요함을 파악하였다.

부지응답해석에 기반한 지반운동 선정 및 보정에 관한 고찰

황정현,목지욱,손현실,옥종호 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.24 No.5

In the recent seismic design code KDS 41 17 00, selection and modification procedures of ground motions which are used for nonlinear dynamic analyses were adopted. However, its practical applications are still limited due to the lack of literatures. This paper introduces case studies which used site-response analyses to select and modify ground motions for nonlinear dynamic analyses. Based on the case studies, design criterion for site-response analyses were reviewed thoroughly in the viewpoint of practical applications. It was found that design requirements related with bedrock motions are too conservative that ground motions are selected and modified in the excessive manner. It is especially true for low-rise building structures with period ranges including acceleration-sensitive regions. Even though surface motions have shown appropriate responses, such building structures have to re-select and re-modify ground motions based on pre-analysis procedures rather than post-ones according to the current seismic design code. Also, it was observed that building structures with soft soils under strong ground motions need more comprehensive investigations on soil properties and efficient analysis methods in order to perform site-response analyses. This is due to the fact that lack of reliabilities on soil properties and analysis methods could result in unstable site-responses. 최신 내진설계기준 KDS 41 17 00에 비선형동적해석에 사용될 지반운동 선정 및 보정에 관한 절차가 반영되었으나 관련 문헌 부족으로 실무적 차원에서의 적용이 여전히 어려운 실정이다. 본 연구는 비선형동적해석 수행을 위한 지반운동을 선정하고 보정하기 위해 부지응답해석을 수행한 사례를 소개한다. 이에 근거하여, 현행 설계기준에 명기된 부지응답해석 관련 조항을 실무적용 차원에서 검토하였다. 그 결과 암반운동선정에 관한 설계조항이 지나치게 엄격하여 과도한 결과를 초래하는 것으로 나타났다. 이는 가속도 민감 구간을 포함한 관심주기범위를 지닌 저층 구조물일수록 더욱 부각되는 것으로 판단된다. 특히 표면지진파가 기준에 적합한 응답을 보였음에도 불구하고, 해석 전 절차의 암반운동선정과 관련된 조항으로 인해 해석 후 절차와 관계없이 지진파를 다시 선정 및 보정해야만 했다. 또한, 연약지반이거나 해당 지반에 강한 지진이 발생하는 경우에는 지반물성과 적절한 해석 기법을 올바르게 선정하기 위해 더욱 엄격한 조사가 선행되어야 한다고 판단된다. 지반물성과 해석기법에 관한 신뢰도가 조금이라도 문제가 있다면 설계용도로 사용하기에 부적합한 결과를 초래할 수 있기 때문이다.

현행설계법 및 하중저항계수설계법에 의한 완전 조립식 교량 하부구조의 설계결과 비교

김태훈,김영진,신현목 한국지진공학회 2011 한국지진공학회논문집 Vol.15 No.2

개발된 완전 조립식 교량 하부구조에 대한 설계비교와 비선형 해석을 수행하였다. 조립식 교량 하부구조는 현행설계법과 하중저항계수설계법으로 설계하였다. 설계시에는 현 도로교설계기준에 규정된 DB-24 및 DL-24 설계활하중을 적용하였다. 이 연구는 비선형 유한요소해석을 통해서 완전 조립식 교량 하부구조의 현행 설계법인 KHBD (2005)와 AASHTO-LRFD (2007)를 평가하였다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. The design comparison and nonlinear analysis of totally prefabricated bridge substructure systems are performed. The prefabricated bridge substructures are designed by the methods of present design and load and resistance factor design (LRFD). For the design, the current Korea Highway Bridge Code (KHBD), with DB-24 and DL-24 live loads, is used. This study evaluates the present design method of KHBD (2005) and AASHTO-LRFD (2007) for totally prefabricated bridge substructure systems. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures, was used.

유한요소법을 이용한 전/후처리 프로그램의 주요 기능

김연호,최익황,전완호,현범석,전형열,김정훈 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.4

인공위성을 설계하기 위해서는 초기설계 단계에서 형상에 대한 기초 설계 이후에 구조, 열, 우주 방사선, 궤도제어, 오염 등의 다양한 분야의 해석수행이 필수적이다. 그러나 현재 설계 단계에서 사용되고 있는 대부분의 소프트웨어는 단편적인 각각의 해석을 수행하고 있다. 이로 인해서 설계자의 업무 효율을 크게 저하되며 전체 결과의 연계에 많은 어려움이 생긴다. 따라서 효율적인 인공위성 설계를 위해서 다양한 필요 해석을 연동 할 수 있는 통합 설계 프레임워크가 필요하다. 본 연구에서는 인공위성 설계를 위한 초기설계부터 궤도와 인공위성 미션까지 고려한 다양한 해석 및 후처리 통합 프레임워크를 개발한다. 주된 열, 구조 해석은 유한요소법을 이용하며, 이를 위한 자동 격자 생성 시스템을 포함한 전, 후처리 기능이 포함된다. 또한 다양한 해석 연동을 위한 해석 프로세스 표준화와 통합 프레임워크 인터페이스를 개발한다. In order to design a satellite and predict its performance, analysis of every filed ? structure, thermal, radiation, orbit control, contamination ? is necessary in the first stage. However, the software used in commercial field currently analyzes these fields individually in each frame of software. This separated analysis frames make design process less efficient and cause many problems in the connection of total outcomes of analyses. As a result a combined designing framework which makes it possible to link various essential analyses gets its requirement. This study mainly describes the development of a Integrated framework for various analyses and post processing based on considerations of multiple fields from ground level satellite designing to orbiting and mission operation. Finite element methods including automatic mesh generation system and pre/post processing are mainly used in analyzing heat and structure. Also a normalized process for connecting various analyses and interfaces for integrated framework are developed.