• Journal of Korean Society of Steel Construction
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• v.16 no.5 s.72
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• pp.695-703
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• 2004

In this paper, the results of monotonic loading analysis with four steel models and one composite model were shown. The effect that moment transfer efficiency of a web and strain concentration at a steel beam-to-column connections was investigated. Analysis results showed that the moment transfer efficiency of the analytical model with box-column was poor when comparing to model with H-column due to out-of-plane deformation of the box-column flange. The presence of scallop, thin plate of box column and floor slabs was also a reason of the decrease of moment transfer efficiency, which would result in a potential fracture of the steel beam-to-column connections. Analytical results were compared with experimental results based on previous test. As a result, the deformation capacity of connections with a box-column or a floor slab decreased due to the poor moment transfer efficiency and the strain concentration of beam flange in the vicinity of the steel beam-to-column connections based on the experimental data.

• Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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• v.10 no.4 s.50
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• pp.67-76
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• 2006

In this paper the moment transfer efficiency of a web and the strain concentration at the RHS (Rectangular Hollow Section) column-to-steel beam connections was evaluated. Initially, non-linear finite element analysis of five bare steel beam models was conducted. The models were designed to have different detail at their beam-to-column connection, so that the flexural moment capacity was different respectively. Analysis results showed that the moment transfer efficiency of the analytical model with RHS-column was poor when comparing to model with WF(Wide Flnage)-column due to out-of-plane deformation of the RHS-column flange. The presence of scallop and thin plate of RHS column was also a reason of the decrease of moment transfer efficiency, which would result in a potential fracture of the steel beam-to-column connections. Analytical results were compared with the previous experimental results. The analytical and the previous experimental results showed that the strain concentration was inversely proportional to the moment transfer efficiency of a beam web and the deformation capacity of connection was poor as their moment transfer efficiency degrades. Further finite element analyses of composite beam with a floor slab revealed that the neutral axis moved toward the top flange and the moment transfer efficiency of a beam web decreased, which led to premature failure of the connection.

• Journal of Korean Society of Steel Construction
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• v.20 no.3
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• pp.445-454
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• 2008

Based on previous research on steel moment connections, experimental and analytical results showed that the deformation capacity was poor in specimens using RHS columns and with conventional weld access holes and strain concentration at the end of beam is influenced by the efficiency in transmitting the moment in the web of beam through the beam-to-column joint. This paper is focused on the retrofitting of pre-Kobe steel moment frame connections using a stiffened RBS and a welded horizontal stiffener. These retrofitting methods were considered only in beam bottom flange. A parametric study was performed using nonlinear finite element analysis to elucidate and improve the retrofit methods of connections.

• Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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• 2005.03a
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• pp.220-227
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• 2005

최근에 수행된 철골모멘트 접합부의 실험 및 해석결과에 의하면, 기둥으로 각형강관을 가진 접합부가 H형강을 기둥으로 사용하는 접합부에 실험체에 비해서 조기에 스캘럽 단부에서 취성파단이 발생하는 열등한 변형능력을 나타냈다. 이는 각형강관 기둥의 면외변형에 따른 보 웨브의 모멘트 전달효율의 저하, 스캘럽이 가지는 노치효과 및 합성보의 구속효과가 주요원인으로 밝혀졌다. 실험결과는 또한 개선된 수평스티프너로 하부 플랜지를 보강한 실험체는 우수한 변형능력을 가짐을 보였다. 본 연구에서는 이러한 영향을 고려하여, 다양한 수평스티프너로 보강된 접합부에 관한 유한요소해석을 실시하였다. 해석결과를 바탕으로 파일럿 테스트를 실시한 결과, 수평스티프너로 보강된 RBS 접합부 (SR)와 연장된 수평스티프너를 가진 접합부(LH)는 우수한 변형능력을 보였다.

• Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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• v.26 no.6
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• pp.193-203
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• 2022

In this study, in order to compare the seismic performance of steel structure beam-column connection details and non-scallop connection details mainly used in Korea, a full-scale static cyclic loading test and FEM analysis were conducted through the same modeling as the experiment. For quantitative numerical comparison, the strain concentration ratio and moment transfer efficiency used in previous studies were cited. As the welding area of the beam web decreased, the deformation rate of the beam flange increased, and the plastic deformation capacity according to the rotation angle decreased or brittle fracture occurred. Comparing the analysis results with the experimental results, the possibility of brittle fracture tended to increase when the web welding ratio for the total cross-sectional area of H-shaped fell below 60%.

• Journal of Korean Society of Steel Construction
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• v.20 no.5
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• pp.633-644
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• 2008

The structural framework design uses high-strength bolts and welding in column splices. However, for the column under high compression, the number of the required high-strength bolts can be excessive and the increase of welding results in difficulty of quality inspection, the transformation of the structural steels, and the increase of erection time. According to the AISC criteria, when columns have bearing plates, or they are finished to bear at splices, there shall be sufficient connections to hold all parts securely in place. The Korean standard sets the maximum 25% of the load as criteria. Using direct contact makes it possible to transfer all compressive force through it. The objective of this study is to examine the generally applied stress path mechanism of welded or bolted columns and to verify the bending moment and compression transfer mechanism of the column splice according to metal touch precision. For this study,22 specimens of various geometric shapes were constructed according to the change in the variables for each column splice type, which includes the splice method, gap width, gap axis, presence or absence of splice material, and connector type. The results show that the application of each splice can be improved through the examination of the stress path mechanism upon metal contact. Moreover, the revision of the relative local code on direct contact needs to be reviewed properly for the economics and efficiency of the splices.

• Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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• v.15 no.1
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• pp.77-84
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• 2011

This study is to develop nonlinear analysis algorithm for transfer matrix method, which can be applied to continuous beam analysis. Gauss-Lobatto integral rule is adopted and the transfer matrix is derived from stiffness matrix. In the transfer matrix method, the system equation has a constant number of unknowns regardless of number of D.O.F. Therefore, the transfer matrix method has computational efficiencies not only in linear elastic analysis but also in nonlinear analysis. To verify the developed method, the analysis results of several examples are compared with commercial code in moment-curvature, moment-displacement and load-displacement relation.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2010.04a
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• pp.713-716
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• 2010

본 논문에서는 코리올리 효과를 가진 압전-구조 시스템의 주파수응답 해석을 효율적으로 수행하기 위한 크리로프 부공간 모델차수축소법을 제안하였다. 이 방법은 초기 유한요소모델과 축소모델의 전달함수의 계수인 모멘트를 일치시키는 방법을 이용하는 축소기법으로 이미 대형 유한요소모델의 주파수응답 해석에 효과적으로 이용되고 있다. 예제로 고려된 압전형 미소 각속도계의 해석에는 압전구동 하중과 구조체의 회전에 따른 원심력이 동시에 입력하중으로 고려되는 다중입력의 경우이므로 변환행렬 V의 생성시, block Arnoldi 과정을 이용하여 두 하중의 효과를 축소모델에 함께 고려한다. 본 문제에 제안된 축소기법을 이용한 결과, 축소모델을 이용하여 원래 시스템의 관심영역의 주파수응답을 작은 차수의 모델로도 정확하게 계산할 수 있음을 확인하였다. 본 논문에서 제안된 방법을 이용하면 다양한 가진조건과 각속도 입력 하에서의 주파수응답을 정확하고 더욱 효율적으로 계산할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.131-134
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• 2009

Krylov 부공간 모델차수축소법은 초기 유한요소모델과 축소모델의 전달함수의 계수인 모멘트를 일치시키는 방법을 이용하는 축소기법으로 이미 대형 유한요소모델의 주파수응답 해석의 효율적인 계산에 많이 사용되고 있는 방법 중의 하나이다. 본 논문에서는 Krylov 부공간 축소기법을 이용한 관심 주파수영역에 대한 주파수응답 해석 및 이를 통하여 계산된 주파수응답의 여러 가지 설계변수에 대한 설계민감도 해석방법을 제안하였다. 일반적으로 구조물의 주파수응답을 고려한 최적설계를 위해서는 설계변수에 대한 관심 주파수영역에서의 주파수응답 및 그의 민감도 정보가 요구되므로, 고려하는 유한요소모델이 대형일 경우에 관심 주파수영역에서의 반복적인 해석으로 인한 계산비용의 문제가 대두된다. 본 논문에서는 축소모델을 이용하여 주파수응답과 주파수응답의 설계민감도 해석을 수행하여 계산의 효율성을 극대화하였다. 민감도 계산에는 시간측면과 구현의 용이성 측면에서 장점이 있는 준해석적 방법을 이용하였다. 수치 예제를 통하여 축소기법을 이용한 주파수응답의 설계민감도 해석 결과를 유한차분법에 근거한 민감도 결과와 비교하였다. 본 논문에서 제안된 방법을 이용하는 경우, 주파수응답을 고려한 최적설계를 계산비용 측면에서 매우 효율적으로 수행할 수 있을 것이다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.153-153
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• 2011

현대 건축은 기능적이고 합리적이었지만 획일적이었던 박스형 건축에서 탈피해 형태와 공간에 있어서 다양한 변화를 시도하고 있다. 특별한 건축물의 실현을 위해 각 나라의 기술력은 급속한 발전을 이루었고, 보다 더 독특한 건축물에 대한 관심은 비정형 건축물에 대한 관심의 증대로 이어지고 있다. 이러한 비정형 건축물에 적합한 구조로써 프리폼(Free-Form) 구조가 있다. 프리폼 구조로 입체골조(Double Layered Structure)를 많이 사용하였으나, 최근 유리로 되어 투명하고 기하학적 모양의 건축물을 추구함에 따라 평면골조(Single Layered Structure)가 증가하고 있는 추세이다. 평면골조는 축력 지배형과 모멘트 지배형으로 분류할 수 있고 프리폼 구조의 구성 요소 중 가장 취약하고 중요한 부분은 노드이다. 본 연구에서는 프리폼 구조 중 가장 큰 관심이 고조되고 있는 평면골조 모멘트 지배형의 노드에 대한 국내외 기술 분석을 통해 향후 연구 방향성을 제시하고자 한다. 입체골조는 하나의 노드에 여러개의 부재가 3차원으로 결합되어야 하기 때문에 다른 골조 시스템에 비해 노드부가 복잡하지만, 건축물의 외관을 유리로 하여 투명하게 하고 비틀리고 구부러진 구조물에 대한 건축적 요구가 많아짐에 따라 평면골조의 인기가 높아지고 있다. 이러한 시대의 흐름에 발맞추어 건물의 구조적, 기하학적 요구를 충족시키기 위해 다양한 노드 시스템이 개발 중이며, 가해지는 하중의 특성에 따라 축력 지배형과 모멘트 지배형으로 구분하여 노드의 양상을 분류할 수 있다. 축력 지배형의 대표적인 시스템은 다이아그리드(Diagrid)이다. 축력 지배형 프리폼 구조의 노드는 전체 구조물의 하중을 축력으로 받아 모두 전달해야 하기 때문에 크기가 크고 가새가 2~4개층에 걸쳐서 설치되기 때문에 중량이다. 모멘트 지배형 노드를 갖는 프리폼 구조의 형태는 대부분 지붕 구조로써 지붕 자체의 하중만을 견디도록 설계된다. 따라서 노드부와 노드에 붙는 부재들이 가볍기 때문에 사람이 들 수 있고 노드의 크기가 작아 시공성이 좋으며 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다. 노드의 형태는 힘의 흐름과 쓰임에 따라 다양하다. 평면골조 모멘트 지배형의 노드는 접합방식에 따라 Splice node connection과 End-Face node connection 두 가지로 분류할 수 있다. Splice node connection은 각 부재의 종축으로 노드와 구조부재 사이에 이음재를 두어 연결하고, 연결 형태에 따라 전단력을 전달할 수 있는 1~2개의 접촉면이 생긴다. 전단응력을 받는 볼트로 이음재를 이어 조립하거나 용접으로 접합할 수 있다. 대표 노드로, SBP-1, SBP-2와 POLO-1 등이 있다. End-Face node connection은 각 연결된 부재의 단부와 노드 사이의 연결면은 종축방향의 수직이고, 인장응력을 받는 볼트를 사용하거나 용접에 의해 접합할 수 있다. 대표 노드로 SBP-4, WABI-1, MERO-1(Cylinder), MERO-2(Block), MERO-4(Double Dish) 등이 있다. 본 기술 현황 분석을 통해 현재 개발된 노드를 분류하고 가장 관심이 높은 Single Layer 모멘트 지배형 노드를 비교, 분석하였다. 최근 건물의 경향을 반영한 프리폼 구조를 실현하기 위해서 필수적인 노드의 개발은 국외에서 활발히 연구되고 있지만 그 기술이 개방되어 있지 않다. 국내에서는 동대문 디자인 플라자에 새로운 노드를 적용하고 고려대학교에서 모멘트 지배형 노드를 개발하는 등 발전 가능성을 보이고 있지만 국외 사례들에 비하면 아직 초기 단계라 할 수 있다. 따라서 현장 용접을 지양하고 공장 제작하여 현장에서 조립하며, 프로젝트 별로 상이한 노드를 사용하는 것이 아닌 다양한 요구를 효과적으로 수용하는 구조 효율성을 향상시킨 노드 상세의 개발이 이루어져야 할 것이다.