• 한국지진공학회논문집
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• 제9권6호
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• pp.31-39
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• 2005

본 연구의 목적은 인장으로만 저항하는 경사진 스트랩과 기둥으로 구성된 조립식 스틸 (CFS) 전단 패널의 지진하중에 대한 비선형 거동을 조사하는 것이며, 이를 위해 실제 크기의 2층 건물을 설계한 후 진동대 실험을 수행하였다. CFS 전단 패널은 연성이 큰 경사진 스트랩이 주 횡 저항 시스템으로 작용하며, 중력 저항 부재인 기둥은 'ㄷ'자 형태의 스터드를 용접한 것으로서 비콤펙트단면을 가지며 국부 좌굴로 인해 자신의 최대 모멘트 강도를 발휘하지 못한다. 진동대 실험을 통하여 스트랩이 대부분의 에너지를 인장측만으로 핀칭 형태를 가지며 소산하며, 기둥은 국부 좌굴로 인해 기둥은 자신의 최대 강도를 발휘하지 못하나 전체 에너지 소산에 공헌을 하고 있음을 보여주었다. 본 연구 결과, 비록 구조물이 단순할지라도 지진 시 실제 비선형 거동을 진동대 실험으로 조사하는 것은 매우 중요한 과정임을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.455-462
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• 2007

본 논문은 스틸스터드로 구성된 골조에 경량기포 모르터를 충전하여 제작한 경량합성벽체의 압축 실험을 통한 압축 성능의 평가에 대한 연구이다. 경량기포 모르터의 비중(80, 120), 마감재(경량기포 모르터, OSB, 석고보드) 및 패널의 고정 방식을 변수로 하여 실험체를 제작 실험하였다. 선행 연구결과와 고정부를 개선시킨 경량합성 벽체의 압축성능에 대해 실험을 통해 조사한 결과, 상세개선으로 인한 경량합성패널의 압축 최대하중은 1.07배, 초기강성은 24배 이상 성능이 크게 향상되었다. 비중과 마감재가 동일한 실험체의 경우에는 최대하중은 2.7배, 초기강성은 15배 이상 압축으로 인한 성능이 크게 향상됨을 알 수 있다. 국내설계기준에 의해 계산한 최대하중값과 실험값은 비교적 잘 일치하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권1호
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• pp.19-29
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• 2023

실리카 흄과 같은 고가의 혼화재 투입 없이 원심성형 공정 활용으로 콘크리트의 수밀성 증대 통한 콘크리트 압축강도 100 MPa급 초고강도 프리스트레스 각형보를 개발하였다. 벽체에 가설된 초고강도 원심성형 각형보는 상부슬래브 콘크리트와 합성된 후에 공용하중을 받게 되는데, 원심성형 보와 바닥판 사이에는 휨에 의해 수평전단응력이 발생되고 이는 스터드나 철근 등의 전단연결재를 통해서 보와 바닥판이 합성거동을 하게 된다. 본 연구에서는 공장에서 생산된 100 MPa급 원심성형 각형보 상부에 RC슬래브를 제작하여 합성시킨 실물모형 시험체에 대한 휨재하시험을 수행하였으며, 합성단면은 설계 공칭휨강도를 넘어 안정적인 합성거동을 하면서 파괴되어 구조적인 신뢰성을 입증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권8호
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• pp.4048-4057
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• 2013

부모멘트를 받는 합성보 슬래브에서 인장균열 발생과 균열의 진행에 따른 슬래브의 강성저하가 전단연결부의 합성거동에 미치는 영향을 실험적으로 분석하기는 매우 어렵다. 본 논문에서는 부모멘트를 받는 합성보에서 콘크리트 슬래브 및 강재 보, 스터드를 포함한 전단연결부 등의 형상과 물성을 최대한 실제와 유사하게 모델링하는 기법을 이용함으로써, 부재 간 합성작용을 해석할 수 있는 3차원 유한요소모델을 개발하였다. 개발된 3차원 유한요소모델을 이용하여 부모멘트 구간에 설치되는 합성보의 전체 휨거동 및 기존의 1차원 또는 2차원 모델로는 해석이 어려운 전단합성작용을 분석할 수 있었다. 해석결과에 따르면 부모멘트를 받는 합성보에서의 전단연결부 거동은 철근콘크리트 슬래브의 철근비 및 인장 균열거동에 지배를 받게 됨을 알 수 있었다. 전단연결부의 하중-슬립 관계를 검토해 본 결과, 전단연결부의 슬립강성은 슬래브의 초기균열 및 철근의 항복이 발생한 시점을 기준으로 변화됨을 알 수 있었다. 또한, 구간별로 합성율이 100% 미만으로 설계되는 부분합성 설계가 합성설계의 효율성 측면에서 더 유리할 수 있다는 기존의 실험적 연구결과를 간접적으로 확인할 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권5호
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• pp.385-396
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• 2014

1994년 미국 노스리지 지진 당시 상당 부분의 피해가 보 하부 플랜지에서 발생하였는데, 이의 원인으로 여러 가지가 거론되었지만 바닥슬래브와 합성작용에 의한 중립축 상승이 주요한 역학적 원인으로 인정되고 있다. 국내의 경우 지진에 저항하는 모멘트골조에 속하는 보(moment frame beam)의 경우에 순철골보로서 설계하고도 실제 시공시에는 보 상부 플랜지에 전단스터드를 필요 이상으로 과도하게 배치하는 오랜 관행이 존재하고 있어 내진성능 확보 차원에서 문제를 유발할 소지가 있다. 본 논문에서는 의도하지 않은 또는 과도한 합성작용이 내진성능에 미치는 부작용을 실물대 실험을 통해 재현하고 이의 개선방향을 모색하고자 하였다. 국내 관행에 따른 접합상세와 합성바닥구조를 갖는 실험체(PN700-C)의 경우, 합성도가 23% 정도임에도 불구하고, 상부플랜지 압축응력에 대해 중립축이 현저히 상승하였고 결국 3% 층간변위에서 콘크리트 압괴를 수반하면서 하부플랜지 취성파단이 발생하였다. 반면 합성바닥이 포함되어 있으나 합성작용이 최소화되도록 설계된 RBS접합부실험체(DB700-C)는 순철골(비합성) RBS접합부실험체(DB700-NC)와 유사한 이력거동을 보이면서 어떤 취성파괴도 없이 5% 수준의 뛰어난 층간변형 능력을 발휘하였다. 본 연구결과는 강구조접합부의 내진보강이나 신축에 있어 모멘트골조에 속한 철골보 및 접합부는 바닥구조와의 합성작용이 최소화되도록 설계 및 시공되어야 함을 시사한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.705-713
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• 2018

자동차용 볼 조인트는 현가계와 조향계를 연결하는 부품으로 두 요소 사이에서 조향을 위해 회전 운동 및 직선운동이 가능하도록 돕는 기계 부품이다. 본 연구의 대상은 중대형 픽업 트럭에 사용되는 볼 조인트이다. 각 단품으로는 스터드(Stud), 소켓(Socekt), 시트(Bearing), 플러그(Plug)로 구성되어 있다. 볼 조인트의 주요 구조적 성능으로는 풀-아웃 강도 및 푸시-아웃 강도를 고려해야 한다. 이 구조적 성능들은 정해진 기준을 만족해야 하며 이를 만족시키지 못하면 보다 큰 사고를 유발할 수 있다. 볼 조인트의 설계 요구조건 만족 여부를 확인하기 위한 방법으로는 실험과 시뮬레이션 방법이 있으나 실험은 많은 시간과 비용이 소요된다. 본 연구에서는 볼조인트의 구조적 성능 예측을 위하여 모델링 소프트웨어로서 솔리드웍스(Solid Works)를, 유한요소해석 소프트웨어로서 아바쿠스(Abaqus)를 사용하였다. 유한요소해석은 2D 축대칭 모델의 정적 해석을 이용하여 요구되는 구조적 성능을 구하였다. 볼 조인트의 제작 시 발생되는 불확실한 요소를 제작 공차로 가정하였으며, 이에 따라 구조적 성능에 영향을 미치는 치수 설계 변수를 사례 연구를 수행해 파악하였다. 그리고 제작 공차를 수준 별로 정의 한 후, 사례연구를 이용해 구한 유한요소해석 결과값과 실험값을 비교하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.731-740
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• 2008

본 연구는 하부 절곡강판과 T형강을 D16mm 스터드 전단연결재를 이용하여 콘크리트와 일체화시킨 교량용 강합성 바닥판의 피로 거동 및 피로성능을 평가하기 위한 것이다. 제안된 강합성 바닥판의 피로성능 평가를 위하여 총 8본의 시험체가 제작되었으며, 각각의 시험체에 3 종류의 일정진폭을 가진 피로하중이 재하되었다. 피로실험결과, 피로균열은 강합성 바닥판 하부 절곡강판의 절곡점에서 발생하여 상부 T형강으로 진전되는 것으로 나타났으며, 피로하중에 따라 시험체의 변위 및 변형률이 증가하고 피로균열발생 후 변위와 변형률이 급격히 변화하였다. 제안된 강합성 바닥판의 피로강도는 도로교설계기준 및 도로교설계기준 피로상세 범주의 자료가 된 NCHRP 102와 NCHRP 147 보고서의 피로실험결 과와 비교하여 평가한 결과 대상 강합성 바닥판은 피로상세 범주 C에 해당하는 것으로 평가되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권1호
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• pp.87-96
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• 2003

SC 합성기둥은 H형강 플랜지 사이에 후프를 용접하고, 플랜지 사이의 공간에 콘크리트가 채워진 새로운 합성기둥 시스템이다. 본 연구의 전단계로서 SC 합성기둥의 압축, 휨, 전단 실험을 통하여 SC 합성 기둥의 우수한 구조적인 거동을 확인하였다. 그러나 기둥은 특성상 축력과 휨을 동시에 받고 있기 때문에 SC 합성기둥에 축력과 휨이 작용할 경우에 대한 평가가 이루어져야 한다. 따라서 본 연구에서는 축력을 받고 있는 SC 합성기둥의 휨 내력을 내부 콘크리트의 충전 유무, 후프와 스터드 볼트의 사용 유무, 축력의 크기를 변수로 하여 실험을 수행하였다. 그 결과 SC 합성 기둥은순철골 기둥에 비하여 최대 내력은 약 33%~42% 정도. 연성 능력은 약 33%~63% 정도의 증가 효과를 보이고 있음을 알 수 있었다. 또한 국내 $\ulcorner$강구조 한계상태 설계기준$\lrcorner$으로 평가된 SC 합성기둥의 휨 내력은 Eurocode-4, 일본 기준식에 비해 상당히 안전측으로 제시되고 있고, 축력이커질수록 실험에 의한 최대 내력이 국내 기준식과 차이가 커져 추후 SC 합성기둥 내력산정은 Eurocode-4 식을 반영하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

• 한국도로학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.27-35
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• 2010

Asphalt Plug Joint(APJ)는 통상 무게비로 20%의 역청(bitumen)과 80%의 골재로 구성된 역청 혼합물을 이용하여 포장 사이의 신축이음부를 메꾸는 형태의 신축이음장치로, 도로 포장과 신축이음부의 매끄러운 연결을 가능케 하여 평탄성을 확보하면서 재료의 특성을 이용하여 교량 상판의 신축을 자체적으로 흡수하도록 되어 있는 매설형 신축이음장치이다. 그러나 APJ은 6-7년의 사용주기를 가지고 설계되지만 때때로 시공 후 6개월 내에 조기파손의 사례가 나타나고 있다. 이러한 조기파손은 잦은 보수 공사로 인한 교통정체 등을 유발하며 이로 인한 사회적 비용은 이음장치의 설치비용을 훨씬 상회한다. 이에 본 연구에서는 APJ의 단점을 극복할 수 있는 새로운 시스템인 Buried Folding Lattice Joint(BFLJ)을 개발하였고 시험체를 제작하여 실험을 통해 기존 시스템과 성능을 비교 분석하였다. 실험결과 APJ는 신축에 의하여 철판 양끝에서 변형이 발생하여 표면으로 확산되었다. 이 결과로 철판 끝을 따라 발생하는 아스팔트 혼합물의 변형집중으로 인한 인장균열과 접합부의 부착파괴 현상이 발생하였으며 이것이 조기파손의 원인이 된다는 것을 알 수 있었다. 반면 새로 개발된 BFLJ의 경우는 움직이는 스터드를 사용하고 고성능 재료를 사용함으로써 조인트 전체에 고른 변형을 유도하여 APJ의 변형집중의 단점을 해소할 수 있었다. 이에 새로 개발된 BFLJ는 APJ의 문제점을 극복하고 조기파손을 예방할수 있을 것이라 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권4호
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• pp.503-514
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• 2011

본 연구에서는 콘크리트채움 U형 합성보와 H형강 기둥 십자형 합성접합부의 내진상세를 제시하고, 2개의 실물대 실험체를 설계/제작하여 강구조내진기준의 표준실험절차에 따라 내진성능을 평가하였다. 주요 실험체 구성요소는 춤 450mm(실험체 A) 및 550mm(실험체 B) U형 강재보, 두께 165mm의 골데크플레이트 위에 타설된 콘크리트 바닥슬래브, U형보의 완전합성작용을 하기 위한 전단스터드, 부모멘트 전달을 위한 4개의 주철근 및 H형강 기둥에 정착을 위한 용접커플러 그리고 접합부 보강을 위한 보강판으로 구성된다. 순수 강재 보-기둥 접합부와 상이한 U형 합성접합부의 독특한 특성을 고려하여, 지진하중 하에서 내진성능에 결정적 영향을 미치는 보-기둥 접합부의 용접부 취성파단, 강판의 국부좌굴, 주철근의 휨좌굴, 콘크리트 압괴 등의 한계상태가 적절히 제어되도록 실험체를 설계하였다. 강구조내진기준의 지진하중 가력프로그램에 따른 실험결과, 설계에서 의도한 바와 같이 여러 한계상태가 적절히 제어되어 실험체 A 및 B는 각각 6% 및 6.8% 라디안에 이르는 매우 뛰어난 층간변형능력을 발휘하였다. 이는 특수모멘트골조에 요구되는 4% 라디안 수준을 충분히 상회하는 만족스런 층간변형능력이다. 특히 접합부 강화전략에 의해 제안된 합성접합부 상세는 설계에서 의도한 것과 같이 소성힌지를 보강단부로서 밀어냄으로서 취약할 수 있는 보-기둥 용접접합부를 효과적으로 보호하였다. 실험체 A의 최종 파괴모드는 6.0% 층간변위에서 발생한 보강단부에 인접한 냉간성형 코너부의 점진적 저사이클피로에 의한 하부플랜지의 파단에 의해 발생하였다. 한편, 실험체 B는 8.0%의 높은 수준의 층간변위에서 발생한 볼트이음부 파단에 의해 내력을 상실하였다.