진동대 시험에 의한 편평한 암석 절리면의 동적 마찰거동 특성

박병기(Byung-Ki Park),전석원(Seokwon Jeon) 한국암반공학회 2006 터널과지하공간 Vol.16 No.1

암반구조물의 규모가 점차 대형화됨에 따라 암반이 자유면에 노출되는 확률이 높아지고 있으며, 최근 들어 지진이나 발파, 고속철도의 운행에 의한 진동 등으로 야기되는 동적 하중의 발생빈도가 증가하는 추세이므로 동적 하중조건 하에서 암반 불연속면의 거동 특성 파악을 위한 연구의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 자유면에 노출된 블록의 동적 거동을 모사할 수 있도록 경사면 진동대 시험장비를 제작하였고, 다양한 동적 하중 조건하에서 편평한 화강암 절리면의 마찰 거동 특성을 분석하였다. 경시시험을 통해서 구한 한계 경사각과 진동하중 하에서의 임계가속도로부터 역산한 정적 마찰각을 비교한 결과 동하중 하에서 정적마찰각이 4.5~8.2˚ 정도 낮게 산정되는 경향을 보였다. 이론적인 암석 블록의 마찰 거동을 표현하는 블록 거동 프로그램을 작성하고, 진동하중에 의해 미끄러지는 암석 블록의 기속도 및 변위 계측결괴를 개발된 프로그램에 의한 결과와 비교하여 임석 절리면의 동적 마찰각을 신정하였는데 동적 마찰각 역시 한계 경사각에 비해 2.0~7.5˚ 정도 감소하는 결과를 얻었다. 동하중 하에서 측정된 정적 마찰각과 동적 마찰각은 가해진 가속도의 크기나 진폭 등의 하중 특성과 기하조건에 따라 달라지는 경향을 보였다. 개별요소 프로그램을 이용하여 진동대 시험을 모사하였는데, 계측결과 및 개발된 프로그램에 의한 결과와 비교적 잘 일치하였다. 진동대 시험에 의한 동적, 정적 마찰각은 직접전단시험에 의한 기본 마찰각보다 현저히 작게 산정되었다. In recent years, not only the occurrences but the magnitude of earthquakes in Korea are on an increasing trend and other sources of dynamic events including large-scale construction, operation of high-speed railway and explosives blasting have been increasing. Besides, the probability of exposure for rock joints to free faces gets higher as the scale of rock mass structures becomes larger. For that reason, the frictional behavior of rock joints under dynamic conditions needs to be investigated. In this study, a shaking table test system was set up and a series of dynamic test was carried out to examine the dynamic frictional behavior of rock joints. In addition, a computer program was developed, which calculated the acceleration and deformation of the sliding block theoretically based on Newmark sliding block procedure. The static friction angle was back-calculated by measuring yield acceleration at the onset of slide. The dynamic friction angle was estimated by closely approximating the experimental results to the program-simulated responses. As a result of dynamic testing, the static friction angle at the onset of slide as well as the dynamic friction angle during sliding were estimated to be significantly lower than tilt angle. The difference between the tilt angle and the static friction angle was 4.5 ~ 8.2° and the difference between the tilt angle and the dynamic friction angle was 2.0~7.5°. The decreasing trend was influenced by the magnitude of the base acceleration and inclination angle. A DEM program was used to simulate the shaking table test and the result well simulated the experimental behavior. Friction angles obtained by shaking table test were significantly lower than basic friction angle by direct shear test.

진동하중 하에서 거친 암석 절리면의 동적 마찰거동

박병기(Byung-Ki Park),전석원(Seok-Won Jeon) 한국암반공학회 2006 터널과지하공간 Vol.16 No.2

암반구조물의 대형, 대단면화에 따라 자유면에 노출된 암반블록의 거동특성 평가가 더욱 중요해지고 있으며, 최근 들어 지진이나 발파, 고속철도의 운행에 의한 진동 등으로 야기되는 동적하중의 발생빈도가 증가하는 추세이므로 동적 하중조건 하에서 암반 절리의 거동특성 파악을 위한 연구의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 거친 절리면의 동적 마찰거동 특성 파악을 위해 인공 인장절리시료를 제작하고 3차원 표면거칠기 측정을 통해 인장절리면의 거칠기 특성을 분석하였으며, 다양한 조건에서 진동대 시험을 수행하였다. 절리면이 맞물린 조건에서 경사시험을 통해 구한 한계 경사각과 진동하중 하에서의 임계가속도로부터 역산한 정적 마찰각을 비교한 결과 동하중 하에서 정적 마찰각이 평균 2.7˚ 정도 낮게 산정되는 경향을 보였다. 엇물린 상태에서 진동하중에 의해 미끄러지는 암석블록의 가속도 및 변위 계측결과를 블록거동 프로그램에 의한 결과와 비교하여 동적 마찰각을 산정하였는데 통적 마찰각 역시 한계 경사각에 비해 평균 1.8˚ 감소하는 결과를 얻었다. 미끄러짐 변위패턴을 4가지로 분류하였으며 이는 절리면의 1차 거칠기와 관련있는 것으로 나타났다. 절리면이 맞물린 상태에서 측정된 한계 경사각과 정적 마찰각은 2차 거칠기를 표현하는 파라미터인 평균 거 각과 상관성을 가지는 것으로 보이나, 엇물린 상태에서 측정된 한계 경사각과 동적 마찰각은 거칠기 파라미터와 특별한 상관성을 파악할 수 없었다. 진동대 시험에 의한 동적, 정적 마찰각은 직접전단시험에 의한 마찰각 결과보다 작게 산정되었다. Recently, the frequency of occurring dynamic events such as earthquakes, explosives blasting and other types of vibration has been increasing. Besides, the chances of exposure for rock discontinuities to free faces get higher as the scale of rock mass structures become larger. For that reason, the frictional behavior of rock joints under dynamic conditions needs to be investigated. In this study, artificially fractured rock joint specimens were prepared in order to examine the dynamic frictional behavior of rough rock joint. Roughness of each specimen was characterized by measuring surface topography using a laser profilometer and a series of shaking table tests was carried out. For mated joints, the static friction angle back-calculated from the yield acceleration was 2.7˚ lower than the tilt angle on average. The averaged dynamic friction angle for unmated joints was 1.8˚ lower than the tilt angle. Displacement patterns of sliding block were classified into 4 types and proved to be related to the first order asperity of rock joint. The tilt angle and the static friction angle for mated joints seem to be con-elated to micro average inclination angle which represents the second order asperity. The ti It angle and the dynamic friction angle for unmated joints, however, have no correlation with roughness parameters. Friction angles obtained by shaking table test were lower than those by direct shear test.

지반-3차원 골조구조물 상호작용계의 동적 해석

장병순,서상근 釜山大學校生産技術硏究所` 1998 生産技術硏究所論文集 Vol.54 No.-

지반상에 존재하는 3차원 골조구조물에 진동을 유발시키는 기계하중, 풍하중, 지진과 같은 동적 하중이 작용한다면, 동적 거동을 고려하여 구조물을 해석해야 할 뿐만 아니라, 지반의 동적 거동도 고려하여야 한다. 따라서, 본 연구에서는 3차원 구조물 모델로 정식화된 유한요소법을 사용하여 지반-3차원 골조구조물 상호작용계의 동적 거동을 해석하고자 한다. 실제 구조물에 근접한 기하학적 형상으로 이상화시키기 위해, 지반-구조물 상호작용계를 판은 유연성을 갖는 4-절점 판요소, 보·기둥은 2-절점 보요소, 탄성지반은 8-절점 입체요소로 분할하였다. 본 연구의 목적은 지반-3차원 골조구조물 상호작용계의 동적 거동을 해석하기 위해, 동적 운동 방정식을 정리한 후 유한요소 프로그램으로 상호작용계의 동적 거동을 해석하는 것이다. When a dynamic loads such as a mechanical load, a wind load, and a seismic load causing a vibration, act on the body of the 3-D framework resting on soil foundation, it is required to consider the dynamic behavior of the soil foundation as well as that of the 3-D structure in the structural analysis. Thus, this study presents the analysis for the dynamic behavior of soil-space framework interaction system obtained from the finite element method which is formulated by modelling the 3-D structure. Since an actual structure is idealized as the geometric shape, the plate, the beam-column, and the soil foundation will be subdivided into 4-node plate elements with flexibility, 2-node beam elements, and 8-node brick elements respectively. The aim of this study is analysis of dynamic behavior of soil-space framework interaction system by finite element program.

절리의 방향성을 고려한 암반의 동적거동 수치해석

하태욱(Tae-Wook Ha),양형식(Hyung-Sik Yang) 한국암반공학회 2006 터널과지하공간 Vol.16 No.5

암반구조물의 동적 거동은 구조물이 위치하는 동적 물성과 입력지진파의 특성에 따라 크게 다르며, 절리군이 발달한 암반은 블록의 역학적인 특성과 함께 불연속면의 구조적, 역학적 특성에 따라 다르다. 본 연구에서는 불연속체 해석 기법인 UDEC을 이용하여 지하구조물 주변에 발달한 불연속체의 구조적인 특징에 따라 변화하는 암반의 동적 거동을 평가하고, 이를 연속체 해석 기법인 FLAC<SUP>2D</SUP>의 결과와 비교를 통해 절리 암반의 지진에 대한 동적 거동의 타당성을 비교 검토하였다. 그 결과, 불연속체가 고려된 해석 결과는 절리의 거동에 의한 영향으로 구조적인 형상에 따른 변화가 나타났으며, 연속체 해석 결과는 불연속체 해석 결과에 비해 과다 평가되는 것으로 나타났다. Dynamic behavior of rock structures depends largely on the dynamic characteristics of ground and input earthquake wave. For blocky rocks with intense discontinuities, the mechanical characteristics of blocks and structural and mechanical characteristics of discontinuities affect overall behavior. In this study, UDEC was adopted to evaluate the dynamic behavior of rocks with various structural characteristics. Obtained results were compared to those of FLAC<SUP>2D</SUP>, a continuum analysis, and the validity of the method was examined for dynamic analysis of discontinuous rocks for earthquake. Analysis considering the discontinuity showed significant changes in structural shape by the influence of joint behavior, and the behavior by continuum analysis was overestimated.

조류 하중을 받는 탄성 현수선 케이블의 동적 해석

백인열,장승필,윤종윤 한국지진공학회 1998 한국지진공학회논문집 Vol.2 No.2

수중 케이블의 동적 거동은 비선형 거동을 보이게 되는데 특히 기하하적 비선형성에 크게 영향을 받는다. 또한, 유체의 흐름으로 인하여 동적 거동의 해석은 더욱 복잡하고 어려워지기 때문에 해석적인 접근 방법에는 한계가 있다. 본 연구에서는 탄성 현수선 케이블요소에 동수력을 고려할 수 있게 하였다. 즉, 동수력을 받는 3차원 탄성 현수선 케이블를 정식화하고, 정적 및 동적 해석을 수행할 수 있는 유한요소 방법을 제시하였다. 동수력은 수정된 Morison 방정식을 이용하여 산정하였다. 제시된 방법으로 구한 수중케이블에 관한 동적 거동을 파악하려 하였으며, 정박 또는 예인에 사용하는 수중케이블의 경우 조류의 방향 및 케이블의 경사각에 따른 동적거동의 변화를 알아볼 수 있다. The dynamic behavior of the marine cable is essentially nonlinear and dominated by geometric nonlinearity. Furthermore, fluid drag force makes the problem more complex and difficult. Therefore, it has certain limitations to obtain the dynamic behavior of the marine cable by analytical method. The purpose of this paper is to apply the elastic catenary cable element to the problem of under water cable including the hydrodynamic effects of fluids. The static and dynamic formulations for the three-dimensional elastic catenary coble under water effects are derived and the finite element analysis procedures are presented. In the analysis, the hydrodynamic forces are modeled by modified Morison equation. A comparison of the results obtained using present method with previously published results showed the validity of present method. The dynamic behavior of the marine cable subjected to current is investigated using present method and it can be illustrated that the dynamic behavior of the marine cable subjected to current varies with the incident angle of the current and inclined angle of the cable.

초고층 건물의 지반을 고려한 2D 및 3D 동적해석에 의한 거동 비교 연구

유광호,백용,김승진 한국지반환경공학회 2019 한국지반환경공학회논문집 Vol.20 No.10

Recently, earthquakes have occurred in our country and seismic stability of high-rise buildings in large cities is being a growing interest and thus the related studies have been increased. Also the grounds are considered indirectly in most of seismic designs and analyses and seismic researches based on 3D dynamic analysis are insufficient. In this study, therefore, 2D and 3D dynamic analyses were performed based on the SSI complete model including grounds and the behavior was compared and analyzed. For dynamic modeling, linear time history analyses were performed by using MIDAS GTS NX. For this purpose, a high-rise building was assumed to be constructed on top of the bedrock and surrounded by a surface layer. A sensitivity analysis was performed with the selected parameters. The dynamic behavior was compared and analyzed in terms of horizontal displacements, drift ratios, bending stresses, and weak parts. In most cases, 2D dynamic behavior was calculated to be larger than 3D’s and thus it shows more conservative results with increasing number and size of weak parts. 최근 우리나라에서도 지진이 발생하여 대도시의 초고층 건물의 내진안정성에 대한 관심이 높아져 이에 대한 연구가 증가하고 있다. 또한 대부분의 내진설계 및 해석은 지반을 간접적으로 고려하고 있고, 3D 동적해석을 이용한 내진해석 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 지반을 포함한 SSI 연속체 모델에 기초한 2D 및 3D 동적해석을 수행하고 거동을 비교・분석하였다. 동적해석을 위해 지반범용해석 프로그램인 MIDAS GTS NX를 이용하여 선형시간이력해석을 수행하였다. 이를 위해 초고층 건물이 기반암 위에 시공되고 표층에 묻혀있는 것으로 가정하고, 선정된 파라미터를 기준으로 민감도 분석을 수행하였다. 동적거동은 수평변위, 층간변위비, 휨응력, 취약부를 이용하여 비교・분석하였다. 대부분의 경우, 2D 동적거동은 3D보다 크게 산출하여 더 보수적인 결과를 보였으며, 취약부의 수와 크기는 증가하는 것으로 나타났다.

사질토 지반에서 말뚝 캡의 근입에 따른 무리말뚝의 동적거동

김성호(Seongho Kim),안광국(Kwangkuk Ahn),강홍식(Hongsig Kang) 한국지반환경공학회 2018 한국지반환경공학회논문집 Vol.19 No.10

구조물을 지지하는 말뚝기초에 대한 내진설계 시 안정을 위해 지반-기초-구조물의 동적 상호작용이 반드시 고려되어야 한다. 말뚝기초의 내진설계에 정적 및 반복하중 조건에서 제안된 p-y 곡선이 이용되고 있다. 이 p-y 곡선은 지진과 같은 동하중 조건에서 지반-기초-구조물의 상호작용이 고려되지 않았기 때문에 내진설계에 적용하기 어렵다. 이에 지반-기초-구조물의 동적 상호작용을 고려한 동적 p-y 곡선에 관한 연구가 수행되었으나 공통된 조건으로 말뚝 캡이 지표면 위에 노출되어 있고, 상부구조물은 단순 중량으로 말뚝 캡에 추가하여 동적 p-y 곡선을 확인하였다. 그러나 해양구조물인 경우를 제외한 보편적인 무리말뚝의 경우 지반에 근입하여 시공됨에 따라 말뚝 캡의 근입 여부가 말뚝의 동적 p-y 곡선에 영향을 미칠 것으로 보인다. 이에 본 연구에서는 말뚝 캡의 지반 근입에 따른 무리말뚝의 동적거동을 확인하기 위해 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과 무리말뚝의 말뚝 캡이 지반에 근입된 경우와 근입되지 않은 경우의 동적거동은 다르게 나타났다. Dynamic interaction of the ground-foundation-structure must be considered for safety of earthquake resistant design for piles supported structures. The p-y curve, which is proposed in the static load and cyclic load cases, is used for the earthquake resistant design of piles. The p-y curve does not consider dynamic interaction of the ground-foundation-structure on dynamic load cases such as earthquake. Therefore, it is difficult to apply the p-y curve to earthquake resistant design. The dynamic p-y curve by considering dynamic interaction of the ground-foundation-structure has been studied, and researches had same conditions that pile caps were on the ground surface and superstructures were added on pile caps for the simple weight. However, group piles are normally embedded into the ground except for marine structures, so it seems that the embedding the pile cap influences on the dynamic p-y curve of group piles. In this study, the shaking table model test was conducted to confirm dynamic behavior of group piles by the embedded pile cap in the ground. The result showed that dynamic behavior was different between two cases by embedding the pile cap or not.

3차원 비선형 동적해석을 이용한 입체라멘교의 지진거동특성에 관한 연구

김익현 한국지진공학회 2002 한국지진공학회논문집 Vol.6 No.5

비선형동적해석을 통하여 RC 입체라멘교에 대한 지진거동특성 및 파괴메카니즘에 관한 연구를 수행하였다. 파이버모델에 기초한 RC 프레임요소를 교각에 도입하여 3차원영역에서 모델링하여 비선형동적해석을 수행하였다. 해석의 정확성을 향상시키기 위하여 균열 진전후 콘크리트와 철근의 부작특성에 의한 재료역학적 특성차이를 고려하기 위하여 파이버는 철근영역(RC zone)과 무근영역(PC zone)으로 영역화하였다. 대상교량은 관성력 중심위치와 교량의 강성중심 위치가 일치하지 않아 비틀림을 동반한 복잡한 지진거동특성을 나타내었다. 이러한 거동특성에 의하여 유연한 교각 옆에 위치하는 상대적 강성이 큰 교각에 과다한 지진하중이 집중되어 파괴에 이르는 것으로 나타났다. The characteristics of nonlinear seismic behavior and failure mechanism of RC space frame in railroad viaducts have been studied by the numerical analysis in time domain. The structure concerned is modeled in 3 dimensional extent and the RC frame elements consisting of fibers are employed for the columns. The fibers are characterized as RC zone and PC one to distinguish the different energy release after cracking resulted from the bond characteristic between concrete and re-bar. Due to the deviation of the mass center and the stiffness center of the entire structure the complex behavior is shown under seismic actions. The excessive shear force is concentrated on the column beside flexible one relatively, which leads to the failure of bridge concerned.

지진하중을 받는 곡선교량의 동적거동

박남회,윤기용,강영종,Park,Nam-Hoi,Yoon,Ki-Yong,Kang,Young-Jong 한국방재학회 2005 한국방재학회논문집 Vol.5 No.3

곡선교량의 복잡한 동적거동을 이해하고, 내진해석시 합리적인 해석방법을 선정할 수 있는 기초적인 연구를 수행하기 위하여 ??자유도를 포함한 절점당 7자유도를 갖는 곡선보요소와 직선보요소를 갖는 동적유한 요소해석 프로그램을 사용하여 곡선교량의 내진해석을 수행하였다. 자유진동해석 결과로부터 곡선교량의 모드특성을 직선교량과 비교하여 분석하였다. 또한, 동일지간장을 갖는 직선교와 곡선교의 지진시 거동특성을 분석하고, AASHTO의 정규교량으로 분류된 곡선교량의 내진해석방법에 대해 비교하였다. 또한, 지진하중작용방향과 곡선교량의 내부중심각을 변화시켜 곡선교량의 동적거동을 파악하였다. This study is performed to understand complex behavior and to investigate the rational analysis methods for seismic design of the curved bridges. To analyze the curved bridges for the seismic loadings, it is used that the finite element analysis program has the 7-dof curved beam and straight beam element. The free vibration characteristics of the curved bridges are compared with the straight bridges that have span length same as the average arc length of inside and outside girder of those. For the same case, the dynamic behavior is compared under seismic loadings. It is found that regular bridges classified by AASHTO are analyzed as if those were straight. To investigate the dynamic behavior of general curved bridges under seismic loading, the seismic loading directions and the subtended angle of curved bridges are varied.

경량전철의 하중체계에 따른 교량의 동적거동에 관한 연구

김상수(Sang-Su Kim),박용걸(Yong-Gul Park),김만철(Man-Cheol Kim) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.11

본 논문의 목적은 경량전철의 설계하중 기준정립을 위하여 차량제원과 설계하중에 따른 철도교량의 동적거동을 비교, 분석하는 것이다. 본 연구에서는 경량전철 하중체계에 따른 교량의 동적거동을 분석하기 위해서 국내 적용사례 중 비교적 슬림한 단면으로 판단되는 의정부 경량전철의 U-형 PSC 하로교를 대상으로 구조물의 동특성을 분석하였다. 또한 국내에 적용된 다양한 경전철 차량하중을 고려한 이동하중 해석을 수행하여 동적거동을 모사하고 차량특성에 따른 상부교량의 동적 안정성을 상호 비교, 분석하였다. 본 연구결과는 향후 경량전철 관련 설계기준 및 하중표준화 시에 활용할 수 있을 것으로 판단된다. The purpose of this paper is to establish the design load criteria of light rail vehicles by comparing and analyzing the dynamic behavior of bridges according to vehicle specifications and design load. In this study, readily constructed U Shape PSC Girder(Below Type) bridge was chosen and various commercial light weight vehicles were considered with increasing vehicle speeds. Modal properties were extracted and moving load analyses were performed using mode superposition method. The results were then compared against dynamic guidelines. It is anticipated that comparisons done by this study will be a reference to the design guidelines and design load.