수치해석을 통한 고성능 격자지보재의 성능 평가

김동규,안성율 사단법인 한국터널지하공간학회 2019 한국터널지하공간학회논문집 Vol.21 No.6

The objective of this study is to evaluate the field support performance of highperformance lattice girder (BK-Lattice Girder) by using numerical analysis. Three types (50, 70, 95-type) of existing and high performance lattice girders were applied to the cross section of highway 2, 3, and 4 lane tunnels to compare the supporting performance. The numerical analysis was the finite element method and the lattice girder was modeled in three dimensions with an elasto-plastic frame. The ground was modeled as a spring receiving only compression. The load was applied as a concentrated load on the central ceiling of the tunnel section. The yield strengths of the lattice girders were determined from the numerical results to compare the supporting performance of lattice girder. In case of 50-type, the yield strengths of high-performance lattice girders were increased by 6.7~10.0% compared with those of the existing lattice girders. In the case of 70-type, the high-performance lattice girders increased yield strengths by 12.1~14.9% than the existing lattice girder. In the case of 95-type, the high-performance lattice girders increased yield strengths by 13.3~20.0% than the existing lattice girder. As a result of numerical analysis, it was considered that the high-performance lattice girder supported better than the existing lattice girder when only the lattice girders were constructed. 본 연구의 목적은 수치해석을 수행하여 고성능 격자지보재(BK-Lattice Girder)의 현장 지지성능을 평가하기 위한 것이다. 고속도로 2차로, 3차로와 4차로 터널 단면에 3가지 형태(50, 70, 95 타입)의 기존 및 고성능 격자지보재를 적용하여 지지성능을 비교하였다. 수치해석은 유한요소방법을 사용하였고 격자지보재는 탄소성 프레임으로 3차원으로 모델링하였다. 지반은 압축만을 받는 스프링으로 모델링하였다. 하중은 터널 단면의 중앙 천정부에 집중하중으로 적용하였다. 수치해석 결과로부터 격자지보재의 항복강도를 결정하여 지지성능을 비교하였다. 50타입의 경우, 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 항복강도가 6.7~10.0% 증가하였다. 70타입의 경우, 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 항복강도가 12.1~14.9% 증가하였다. 95타입의 경우에도, 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 항복강도가 13.3~20.0% 증가하였다. 수치해석을 수행한 결과, 격자지보재만 시공된 경우에 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 지지성능이 우수한 것으로 판단되었다.

내진성능의 증분동적해석을 위한 비선형 약산법의 비교 검토

배경근,유명화,강병두,김재웅 한국지진공학회 2008 한국지진공학회논문집 Vol.12 No.1

구조물의 내진 성능 평가는 구조물에 가해진 지진력에 대한 변위요구와 같은 구조물의 성능 평가를 필요로 한다. 증분동적해석(IDA)은 지진하중에 대한구조물의 성능 평가를 위해 최근에 알려진 해석 방법이다. 이 방법은 구조물의 탄성 단계에서부터 항복, 파단에 이르기까지 지반가속도의 증가 수준에 따른 구조물의 전체 거동을 파악할 수 있는 방법이다. 대부분의 구조물들은 강한 지진을 받을 경우, 비선형 거동의 변형이 예상된다. 여러 가지 비선형해석법 가운데 구조물의 내진역량을 계산하기 위한 가장 정확한 방법은 비선형 시간이력해석(NRHA)이긴 하나 많은 시간과 노력이 요구되고 있다. 따라서 구조물의 비선형 거동을 보다 간편하게 예측하기 위한 정확하고 실용적인 비선형 약산해석법에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 비선형 모드중첩법(UMRHA)은 pushover곡선으로부터 구한 등가단자유도계를 비선형 시간이력해석 또는 응답스펙트럼을 이용하여 구조물의 비선형 응답을 구할 수 있는 방법이다. 직접스펙트럼해석법(DSA)은 pushover 해석으로부터 구조물의 선형 진동주기와 항복강도를 구한 다음, 반복계산 없이 비선형 응답을 직접 산정하는 약산법이다. 본 연구에서는 내진성능의 증분동적해석을 위한 비선형 약산법의 정확성과 신뢰성을 비교 검토한다. Seismic performance evaluation of structure requires an estimation of the structural performance in terms of displacement demand imposed by earthquakes on the structure. Incremental Dynamic Analysis(IDA) is a analysis method that has recently emerged to estimate structural performance under earthquakes. This method can obtained the entire range of structural performance from the linear elastic stage to yielding and finally collapse by subjecting the structure to increasing levels of ground acceleration. Most structures are expected to deform beyond the limit of linearly elastic behavior when subjected to strong ground motion. The nonlinear response history analysis(NRHA) among various nonlinear analysis methods is the most accurate to compute seismic performance of structures, but it is time-consuming and necessitate more efforts. The nonlinear approximate methods, which is more practical and reliable tools for predicting seismic behavior of structures, are extensively studied. The uncoupled modal response history analysis(UMRHA) is a method which can find the nonlinear reponse of the structures for ESDF from the pushover curve using NRHA or response spectrum. The direct spectrum analysis(DSA) is approximate nonlinear method to evaluate nonlinear response of structures, without iterative computations, given by the structural linear vibration period and yield strength from the pushover analysis. In this study, the practicality and the reliability of seismic performance of approximate nonlinear methods for incremental dynamic analysis of mixed building structures are to be compared.

Ansys를 활용한 플랜트 시설물 내화성능에 대한 해석적 연구

최두찬,오수민,양소진,양민혁 한국재난정보학회 2023 한국재난정보학회 논문집 Vol.19 No.4

연구목적: 본 연구는 화재위험도가 높은 플랜트 시설물에 적용하고 있는 국내 내화성능을 분석하고 적합한 내화저항성능을 확보하여 플랜트 시설물의 화재 안전성을 확보하고자 한다. 연구방법: 유한요소해석 프로그램인 Ansys를 활용하여 화재하중과 내화피복을 변수로 열전달 해석과 구조해석을 수행하고 해석 결과에 따른 플랜트 시설물의 내화성능을 분석하였다. 연구결과: 국내 플랜트 시설물에 적용된 내화피복은 UL 1709에 제시된 탄화수소화재의 화재하중을 적용하였을 때 내화성능을 확보하지 못하였으며 화재 후 강재의 변형 또한 크게 나타남을 확인하였다. 결론: 현재 플랜트 시설물에 적용된 국내의 내화성능은 석유화학 플랜트 등과 같이 급격한 화재성장과 큰 화재하중에서 내화성능을 확보할 수 없으며 플랜트 시설물의 성능평가를 통해 적합한 내화성능을 평가하여 화재 안전성을 확보하여야 한다. Purpose: This study aims to analyze the fire resistance performance applied to plant facilities with high fire risk in Korea, secure suitable fire resistance performance, and ensure the fire safety of plant facilities. Method: Using the finite element analysis program Ansys, thermal transfer analysis and structural analysis were performed with fire load and fireproof coating as variables, and the fire resistance performance of plant facilities was analyzed based on the analysis results. Results: The fireproof coating applied to domestic plant facilities failed to secure fire resistance performance when the fire load of hydrocarbon fire presented in UL 1709 was applied, and it was confirmed that the deformation of steel after the fire was also significant. Conclusion: The current fire resistance performance applied to plant facilities in Korea cannot secure fire resistance performance in sudden fire growth and large fire loads like petrochemical plants, and it is necessary to secure fire safety by evaluating suitable fire resistance performance through performance evaluation of plant facilities.

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.

Performance-based Analysis of Code-base Designed Structures in the Philippines

Rubio. Christabel Jane P,Tabong. Kristoffer Dave A.,Lucio. Mark Elson C.,Jeong. Sangman 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.3

본 연구에서는 비선형등가정적해석법(nonlinear static pushover analysis)을 사용하여 지진 발생시 예측 가능한 성능 요건을 충족시키는 코드 기반 설계 구조의 기능을 조사하였다. 이는 SAP2000을 사용하여 Makati Science High School (MSHS)건물의 골조 구조를 개발함으로써 수행되었다. 이후, Applied Technology Council (ATC)에서 제공된 콘크리트 건물의 내진평가 및 보강에 대한 코드인 ATC-40 조항에 따라 비선형등가정적해석법이 수행되었다. 이 분석을 통해 pushover curve를 얻었으며, 이 그래프는 모든 분석단계에서 구조물의 변위에 따른 소성힌지의 위치 및 상태를 나타낸 것이다. 필리핀의 대부분 학교건물은 일반적으로 대피소로 사용되기 때문에 Immediate Occupancy(IO)성능기준을 만족하기 위해 ATC-40에서 제공된 허용 기준과 pushover curve를 비교하였다. 비교결과 분석을 통해, MSHS 건물은 지진발생시 비상대피소로의 기능을 수행할 수 있는 것으로 평가되었다. 본 연구는 코드기반으로 설계된 건물의 변수와 IO 성능기준의 관계를 이해하는데 기여할 수 있다. 또한, 비선형등가정 적해석절차를 이용하여 지진발생시 MSHS 건물에 미치는 손상 결과를 예측할 수 있다. The ability of code-base designed structures to meet predictable performance requirement in an event of an earthquake was investigated in this study using nonlinear static pushover analysis. This was performed by developing the structural framework of Manila Science High School (MSHS) building using SAP2000. Subsequently, a nonlinear static pushover analysis according to the provisions of ATC-40, a code provided by the Applied Technology Council (ATC) on Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings was performed. The analysis generated a pushover curve, a graph that displays the total drift of the structure versus base shear and the possible location and condition of the plastic hinges at every step of the analysis. Results were compared with the acceptable criteria provided by ATC-40 for Immediate Occupancy (IO) performance level since most school buildings in the Philippines are commonly used as evacuation centers. By analyzing the results, it was found out that the MSHS building will behave at Immediate Occupancy after an earthquake event. This study can contribute in verifying if the parameters used in code-base designed structures satisfy the requirements for IO performance level. Also, this study can estimate the possible post-earthquake damage effects on the MSHS building by using the nonlinear static analysis procedure.

성능기반설계법에 의한 철근콘크리트 구조물의 내진성능평가

이형래 대한건축학회지회연합회 2015 대한건축학회연합논문집 Vol.17 No.5

Sap2000을 이용하여 성능기반설계법에 의거하여 10층 철근콘크리트 구조물의 내진성능을 조사해본다. 성능기반설계법은 푸쉬오버라 부르는 비선형정적해석법과 지진위험도를 복합하여 건물의 기대 성능을 추정하는 방법이다. 푸쉬오버해석의 결과로 얻은 능력곡선은 밑면전단력과 목표변위의 상관관계를 보여주며 소성힌지의 변위 및 하중주도 형태의 거동에 따른 차이점을 나타낸다. 해석 대상인 구조물의 성능점에 의하면 이 건물은 정도의 지진에 견딜 수 있으며 강기둥-약보로 거동함을 명확히 알 수 있었다. 보에 형성되는 힌지들은 ATC-40에 의할 때 위험수준에 도달하고 있으며 보강이 필요한 것으로 조사되었다. Seismic performance of a ten story reinforced concrete building is estimated using SAP2000. Performance based design method is the basis in the analysis where nonlinear static analysis called pushover method is combined with the seismic hazard to calculate expected performance of the building. A capacity curve as a result of the pushover analysis represents the relationship between base shear versus target displacement, and is essential to identify the two different behaviors of plastic hinges, force controlled and deformation controlled actions. The lateral displacement from the performance point revealed that the building was capable of sustaining a medium level of seismic load. It was also clear that the building behaved in the strong column-weak girder mechanism. The hinges formed in the girders are in dangerous level according to the performance category specified in ATC-40 and need to be strengthened.

RC 고층건물 성능기반 내풍설계의 적용성 연구

정승용,김민규,강현구 한국풍공학회 2021 한국풍공학회지 Vol.25 No.3

이 연구에서는 철근콘크리트 고층건물의 사례연구를 통해 성능기반 내풍설계를 수행하였고 그 적용성을 평가하였다. 초기 설계 시 비탄성 거동 도입을 위해 공진성분을 절반으로 줄여 설계하고, 이에 대한 비탄성 성능을 검증하였다. 비탄성 해석을 위한 해석 모델링 방법을 제시하고, 잦은 설계 변경에서도 적용할 수 있도록 시간이력 풍하중은 설계기준에서 제시하는 파워스펙트럼밀도 함수로부터 재생하였다. 이 때 비선형 해석을 위한 시간이력 하중 재생 시 고려해야 할 사항들을 함께 제시하였다. 해석 결과 공진성분을 줄여 설계했음에도 비탄성 거동은 수평부재에서만 발생하였고, 소성회전각은 즉시거주 성능 수준을 충족하였다. In this research, a case study and research on performance-based wind design of reinforced concrete tall building was carried out. To introduce inelastic behavior, resonant component was reduced by half in initial design, and its inelastic performance was verified. Modeling methods for inelastic behavior were presented. For projects with frequent design changes, time history wind loads were generated from power spectral density functions presented in design codes. And considerations for time history generation for nonlinear analysis were presented. Although the building was designed by reducing resonant component, the inelastic behavior was shown only from horizontal members, and their plastic rotations satisfied the immediate occupancy performance level.

액체수소 공급용 저압 극저온 기화기 성능해석 모델

강서연,장석필 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集B Vol.47 No.1

In the paper, we theoretically established a performance analysis model of a low-pressure cryogenic vaporizer for vaporizing 20 K, 10 bar liquified hydrogen to room temperature. The effectiveness-NTU method considering the axial conduction in the wall separating fluids was used to establish the performance analysis model. This model was theoretically and numerically validated by comparing the analysis results of the present model with those of models presented by previous researchers and numerical results. Based on the results, it is shown the model presented by Narayanan is not appropriate. Moreover, in the present model, the boundary condition at the inlet wall was modified to consider the actual operating condition of a low-pressure cryogenic vaporizer. Finally, the effect of the axial conduction on the vaporizer performance was investigated by analyzing the effectiveness according to the axial conduction parameter. 본 연구에서는 20 K, 10 bar의 액체수소를 상온으로 기화시키기 위한 액체수소 공급용 저압 극저온 기화기의 성능해석을 이론적으로 수행하였다. 기화기의 이론적 성능해석 모델은 wall에서의 축 방향 전도를 고려한 effectiveness-NTU method를 바탕으로 수립하였다. 수립된 성능해석 모델의 해석 결과를 기존 연구자들이 제시한 성능해석 모델의 해석 결과와 이론적, 수치적으로 비교함으로써 해당 모델을 검증하였다. 이를 통해, 기존 Narayanan이 제시한 성능해석 모델의 타당성을 확인하였으며 액체수소용 기화기의 실제 운용환경을 최대한 반영하도록 입구 wall에서의 경계조건을 수정하여 액체수소용 기화기의 이론적 성능해석 모델을 수립하였다. 마지막으로, 수립된 성능해석 모델을 바탕으로 축 방향 전도 매개변수에 따른 effectiveness를 분석함으로써 축 방향 전도 영향이 기화기 성능에 미치는 영향을 분석하였다.

비선형동적해석을 통한 국내 철골 모멘트골조의 내진성능 평가

김태완 한국지진공학회 2012 한국지진공학회논문집 Vol.16 No.4

국내 철골모멘트골조를 이전 KBC2005 및 현 KBC2009 기준에 따라 설계한 후 비선형동적해석을 이용하여 FEMA355F의 내진성능평가 절차에 따라 성능을 평가하였다. 그 결과 비선형정적 Push-over 해석을 이용한 역량스펙트럼법과 차이가 있었다. 특히국내 철골모멘트골조는 약패널존을 가지기 때문에 비선형동적해석을 통해서만 보다 정확한 거동을 예측할 수 있었다. 국내 철골모멘트골조는 지반 조건 SB 또는 SC에 위치한다면 층수 및 R값에 관계없이 성능목표를 만족하는 것으로 나타났다. 하지만 지반 조건 SD 또는SE에 위치한다면 성능목표 만족 여부는 명확하지 않았다. 따라서 KBC2005나 KBC2009 어떤 기준을 사용하더라도 지반 조건이 상대적으로 좋다면 국내 철골모멘트골조는 내진성능을 충분히 확보하고 있다고 볼 수 있다. Domestic steel moment resisting frames were designed in accordance with the former KBC2005 and the current KBC2009, and then their seismic performance was evaluated in accordance with FEMA355F by utilizing nonlinear dynamic analysis. The results from the procedure in FEMA355F were different with those from the capacity spectrum method utilizing nonlinear static push-over analysis. In particular, the domestic steel moment resisting frames have a weak panel zone, so their behavior can be estimated more precisely by nonlinear dynamic analysis. The domestic steel moment resisting frames satisfied the performance goal if located at a site class SB or SC, regardless of the story number and the response modification factor. However, if they are located at a site class SD or SE, performance goal satisfaction cannot be guaranteed. No matter what standard is used for the design, KBC2005 or KBC2009, the domestic steel moment resisting frames may possess satisfactory seismic performance if the site condition is relatively good.

미세먼지 저감용 필터설치 구조물의 차량충돌 안전성 검토

지상원,홍기남,김혁중,최유승 한국복합신소재구조학회 2020 복합신소재구조학회논문집 Vol.11 No.4

This paper reports on the performance evaluation process and results for road structures designed to reduce fine dust at bus stops. First, collision analysis for the target structure was performed using LS-DYNA, a finite element analysis program. Structural analysis was performed under various conditions considering the vehicle speed and the collision location as analysis variables. The performance of the target structure and safety performance of the vehicle after the collision were evaluated using structural results. From the results of the analysis, it was confirmed by the amount of damage to the concrete that the structural performance of the structure and the safety performance of the vehicle after the collision deteriorated as the collision speed increased and the collision location approached the front of structure. In addition, through the analysis of the behavior of the vehicle after the collision, it was predicted that if a continuous curb was installed in the facility, it would be expected to secure safety by preventing the vehicle from leaving the driving road. Finally, it was confirmed that the target structure secured sufficient safety performance up to 40 km/h, which is larger than the target collision speed of 25km/h considered in the design. 본 논문은 버스정류장 미세먼지 저감을 위해 설계된 도로시설물의 성능평가 과정 및 결과를 보고한다. 먼저, 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 대상 구조물에 대한 충돌해석이 수행되었다. 해석변수로 차량의 속도와 충돌 위치를고려한 다양한 조건에서의 구조해석이 진행되었다. 대상 시설물의 성능은 이 결과를 이용하여 구조적 성능과 충돌 후 차량의안전성능이 평가되었다. 해석결과로부터 충돌속도가 증가하고 충돌위치가 전면으로 갈수록 시설물의 구조성능과 차량의 충돌후 안전성능이 저하되는 것이 콘크리트의 손상량을 통해 확인되었다. 더불어 충돌 후 차량의 거동에 대한 분석을 통해 시설물에 연속되는 연석이 설치되면 차량의 이탈을 방지해 안전성능을 확보하는 것으로 예측되었다. 최종적으로, 대상 시설물은 설계시 고려된 목표 충돌속도 25km/h보다 더 큰 40km/h까지 충분한 안전성능을 확보하고 있다는 것이 확인되었다.