철근콘크리트 뼈대구조와 같이 설계변수가 과다하고, 제약조건식이 복잡한 구조물의 최적화를 위하여는 구조물을 여러개의 부분구조물로 분할하여 최적해를 구하는 분할법이 많이 사용되고 있다. 그러나 기존의 분할법에 의한 최적화는 구조해석과정과 고정된 부재력에대한 단면설계변수의 부분최적화 과정만으로 이루어지기 때문에, 최적해를 구하려면 반복적인 재해석과정만을 수행하지 않으면 안된다. 따라서 본 연구에서는 다단계분할법에 의하여 철근콘크리트 뼈대구조의 최적화 문제를 3단계로 형성하고, 분할된 부분최적화문제의 최적화시 전체구조의 강성 및 부재력 변화가 반영되어 부분 구조물의 결합을 유지시킬 수 있는 최적화 알고리즘을 제안하였다. 최적화 문제에서 설계변수로는 단면의 크기, 철근량, 모멘트 재분배율등을 취하고,목적함수는 경비함수, 제약조건으로는 강도설계법에 의한 부재강도, 시방서의 요구사항등을 고려하여 문제를 형성하였다. 본 연구에서 개발한 다단계 최적화과정의 첫째 단계에서는 탄성해석에 의하여 재분배모멘트의 설계공간을 형성한다. 이 때 부재력변화량추정(forece approximation technique)에 의하여 단면치수의 변화에 따른 부재력의 변화를 제약조건식 내에 포함시킬 수 있도록 하였다. 둘째 단면에서는 첫째 단계에서 구한 부재력변화량추정이 포함된 제약조건식 내에서 무제약최소화기법에 의하여 단면치수를 최적화하도록 하였다. 셋째 단계에서는 재분배 모멘트를 최적화하였으며, 이 때 재분배모멘트의 변화에 따른 단면설계 변수의 변화는 둘째 단계에서 구한 설계민감도(design sensitivity)를 이용하여 반영시키도록 하였다. 제안된 알고리즘을 1층 2경간 및 2층 1경간 뼈대구조에 적용하여 알고리즘의 타당성과 효율성을 입증하였다. 따라서 본 연구의 알고리즘은 철근 콘크리트 뼈대구조의 최적설계에 안정성있게 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.4
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pp.91-97
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2003
The maximum moment may occur at interior supports of continuous bridges. If the bigger moment is applied on them, a local yielding at interior supports may occur. They may show plastic behaviors, and the moment will be redistributed. The strength design, L.F.D., redistributes 10% of the negative moment which is obtained from the elastic analysis. However, A.L.F.D method computes the moment which is redistributed. This moment is called automoment. The moment-rotation curve is needed to find automoment. In this paper moment-rotation curve for compact sections suggested from AASHTO Guide Specifications is used to find automoment. Based on A.L.F.D. limit states specification method, a three-span continuous bridge is designed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.1
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pp.33-40
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1989
In the design of reinforced concrete framed structures, which consist of various design variables, the objective and the constraint functions are formulated in complicated forms. Usually iterative methods have been used to optimize the design variables. In this paper, multilevel formulation is adopted, and design variables are selected in reduced numbers at each level, to reduce the iterative cycle and to accelerate the convergence rate. At level 1, elastic analysis is performed to get the upper and lower bounds of the redistributed design moments due to inelastic behavior of the frame. Then the design moments are taken as design variables and optimized at level 2, and the sizing variables are optimized at level 3. The optimization of redistributed moments is performed using the design sensitivity obtained at the level 2, and force approximation technique is used to reflect the variation of design variables in the lower level to the upper level. The design variables are selected in reduced numbers at each level, and the optimization formulation is simplified effectively. A cost function is taken as the objective function, and the constraints of the stress of the structures are derived from BSI CP 110 following limit state theory. Numerical examples are included to prove the effectiveness of the developed algorithm.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.3
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pp.391-402
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1994
One of the most important design concept for reinforced concrete structures is to achieve a ductile failure mode, and also moment redistribution for economic design is possible in case that adequate ductility is provided. Flexural ductility index is, therefore, used as a reference for possibility of moment redistribution as well as for prediction of flexural behavior of designed R.C. structures. Ductility index equations, however, provide approximate values due to the linear concrete compressive stress assumption at the tension steel yielding state. Theoretically more exact ductility index is calculated by a numerical analysis with the realistic stress-strain curves for concrete and steel to be compared with the result from tire ductility index equations. Variation of ductility index for the selected variables and the reasonable maximum tension steel ratio for doubly reinforced section are investigated. A moment-curvature curve model is also proposed for future research on moment redistribution.
Ahn, Jin Hee;Kim, Jun Hwan;Kim, Tae Yeon;Kim, Sang Hyo;Lee, Sang Woo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.6
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pp.611-620
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2007
The beam-column connection is the critical design section of general steel frame structures owing to the behavioral characteristics of the structural system. As most members of a frame structure are composed of rolled section beams, the cross-section of the beam members is governed by the negative bending moment near beam-column connections. Such a design concept leaves a redundant load-carrying capacity at the positive bending regions of the beam members leading to design inefficiency. Therefore, it is of utmost importance to redistribute the beam end moments and reduce the stresses at the beam-column connections for a more efficient design of steel frame structures. In this study, reaction-moment prestressing method (RMPM) was proposed for the innovative design and construction of steel frame structures. The RMPM is a prestressing method utilizing the elastic bending deformation of a beam member induced by temporary prestressing for the distribution of a relatively large bending moment to other sections for the efficient use of the beam section. By the application of the RMPM, the negative bending moment at the beam-column connections can be significantly reduced, ultimately leading to possible use of smaller beam sections. Through a series of model tests and numerical analyses of steel frame structures, the moment distributing effect and feasibility of the RMPM was verified.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.5
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pp.51-60
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2009
To secure the structural safety of structures and members against earthquakes, the plastic deformation capacity demand of members should be accurately predicted. In the present study, a method for the evaluation of the plastic deformations of members for moment frames was developed. To facilitate the practical use of the proposed method in equivalent seismic design, the plastic deformations of members were evaluated based on the results of elastic analysis, without using nonlinear analysis. The plastic deformation demands of members were formulated as functions of story drift demand, redistributed moment and member stiffness. Story drift demand and moment redistribution were directly determined from elastic analysis. The proposed method was applied to an 8 story-2 bay moment frame, and the predicted plastic deformations were verified using nonlinear analysis. The results showed that the proposed method could be used to accurately predict the member plastic rotations with simple calculations. The proposed method can be applied both to the earthquake design of new structures and to the performance evaluation of existing structures.
For the safe seismic design of buildings, it is necessary to predict the plastic deformation demands of the members as well as the story drift ratio. In the present study, a simple method of estimating the beam plastic rotation was developed for special-moment-resisting steel frame structures designed with strong column-weak beam behavior. The proposed method uses elastic analysis rather than nonlinear analysis, which is difficult to use in practice. The beam plastic rotation was directly calculated based on the results of the elastic analysis, addressing the moment redistribution, the column and joint dimensions, the movement of the plastic hinge, the panel zone deformation, the gravity load, and the strain-hardening behavior. In addition, the rocking effect of the braced frame or core wall on the beam plastic rotation was addressed. For verification, the proposed method was applied to a six-story special-moment frame designed with strong column-weak beam behavior. The predicted plastic rotations of the beams were compared with those that were determined via nonlinear analysis. The beam plastic rotations that were predicted using the proposed method correlated well with those that were determined from the nonlinear pushover analysis.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.4
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pp.351-361
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2017
Reinforced concrete(RC) structural walls are major lateral load-resisting structural member in building structures. Generally these RC structural walls are coupled with each other by the coupling beams and slabs, and therefore they behave as RC coupled structural wall system. In the design of these coupled structural wall systems, member forces are calculated using elastic structural analysis. These elastic analysis methodologies for the design of coupled structural wall system was not reasonable because it can not consider their ultimate behavior and assure economic feasibility. Performance based design and moment redistribution method to solve these problems is regarded as a reasonable alternative design method for RC coupled structural wall system. However, it is not verified under various design parameters. In this study, nonlinear analysis of RC coupled structural wall system was performed according to various design parameters such as reinforcement ratio, ultimate concrete strain and wall height. Based on analysis results, design considerations for coupled RC structural wall system was proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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