• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.86-93
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• 2023

반복하중을 받는 철근콘크리트 부재는 이력거동이 진행됨에 따라 강성과 강도의 저하 그리고 핀칭현상 등으로 인하여 에너지소산 능력이 감소된다. 그러나 지침서 「철근콘크리트 건축구조물의 성능기반 내진설계를 위한 비선형해석모델, 2021」에서는 각 부재별로 모든 이력단계별 단일한 에너지소산계수를 산정하도록 하고 있어 이력단계에 따른 에너지소산능력의 감소를 고려할 수 없을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 반복하중을 받는 일반보에 대한 기존 실험결과와 비선형시간이력해석 결과를 비교하여 이력단계에 따른 에너지소산계수를 고찰하였다. 에너지소산계수는 비선형시간이력해석 결과로 구한 이상화된 탄소성거동 에너지 소산량에 대한 실제 실험체의 에너지소산량의 비로써 산출하였다. 기존 실험결과는 1회 Cycle을 각 이력단계별로 산정하여 에너지소산계수를 도출하였으며, 지침서 내 비선형모델링 과정을 토대로 에너지소산계수를 도출하였다. 기존 실험연구에선 각 이력단계(Y-L-R)를 설정하여 에너지소산계수를 구하였으며, 에너지소산계수는 Y-L구간 0.36, L-R구간 0.28로 나타났고, 지침서 에너지소산계수는 0.31로 나타났다. 이는 지침서의 에너지소산계수 산정식이 철근콘크리트 부재의 에너지소산능력의 감소를 나타내지 못하는 것으로 나타났다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제7권6호
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• pp.109-117
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• 2003

기존의 비선형 정적 및 동적 해석에서는 철근콘크리트 구조물의 에너지 소산능력을 정확히 고려하지 못하고 있다. 최근 연구에서는 휨지배 철근콘크리트 부재의 에너지 소산능력을 정확히 평가할 수 있는 식이 개발되었으며, 본 연구에서는 이 평가방법을 이용하여 에너지 소산능력을 정확히 고려할 수 있는 비선형 정적 및 동적 해석 방법을 개발하였다. 비선형 정적 해석을 위하여 에너지 스펙트럼 곡선을 개발하고 이를 적용하여 능력스펙트럼법을 개선하였으며, 또한 비선형 동적 해석을 위하여 철근콘크리트 부재의 단순화된 에너지 기초 주기거동모델을 개발하였다. 제안된 모델은 부재의 강성에 기초한 기존의 주기거동모델과는 달리 완전한 주기거동 발생시 소산되는 에너지를 정확하게 반영할 수 있다. 본 연구에서는 제안된 방법에 따라 비선형 정적 및 동적 해석법의 절차를 정립하였으며 이를 적용한 컴퓨터 해석 프로그램을 개발하였다. 제안된 해석 방법은 부재의 단면형태, 철근비, 배근형태 등 설계 변수에 따른 에너지 소산능력을 정확하게 고려하고 지진발생시 에너지 소산능력이 구조물의 성능에 미치는 효과를 반영할 수 있다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.602-605
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• 2011

본 논문에서는 마찰감쇠기가 설치된 건물이 붕괴하중을 받을 때의 에너지소산능력을 고려하여 등가감쇠비를 유도하였다. 마찰감쇠기는 주로 지진과 같은 수평하중에 대한 에너지를 소산하기위해 설치된다. 마찰감쇠기를 대각 가새형으로 설치하면 수평하중에 대한 저항력뿐 만아니라 수직하중에 대한 저항성능도 발휘된다. 건물에 설치된 마찰감쇠기는 외력의 크기에 따라 정지와 운동의 상태를 반복하여 외부 입력에너지를 소산시키기 때문에 외력과 응답관계가 비선형이다. 건물은 고유의 점성감쇠를 가지므로 마찰감쇠기가 설치된 건물은 마찰과 점성감쇠를 동시에 고려해야하므로 해석적인 정해를 구하기가 어렵다. 에너지 평형을 이용하여 등가감쇠비를 구하고 운동방정식을 등가선형화하면 쉽게 저항 성능을 파악할 수 있다. 우선 건물에 영향을 미치는 것은 감쇠이므로 감쇠의 영향력을 마찰력비, ${\gamma}_c$로 나타내었다. 둘째, 정해를 마찰력비로 표현하여 유도하고 응답특성을 파악하였다. 셋째, 에너지 균형식을 통해 등가감쇠비를 산정하였다. 마지막으로 등가감쇠비를 검증하기 위하여 등가감쇠비를 이용하여 등가선형화한 응답과 실제 마찰감쇠기를 설치하여 비선형 수치해석한 결과와 비교, 검증하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.203-212
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• 2008

본 연구에서는 다양한 배근상세를 갖는 짧은 연결보 (short coupling beam)의 주기거동특성과 에너지소산 메커니즘을 연구하였다. 주기하중을 받는 연결보의 수치해석을 위하여 비선형트러스모델 (nonlinear truss model)을 사용하였다. 수치해석 결과, 일반적인 수직 수평배근상세를 갖는 연결보는 핀칭이 심한 주기곡선을 보이며 거의 에너지를 소산하지 못하였다. 반면 대각배근상세를 갖는 연결보는 핀칭이 없는 안정적인 주기거동을 보이며 많은 에너지를 소산하였으며, 연결보의 에너지소산은 취성재료인 콘크리트보다 주로 대각 방향으로 배치된 철근에 의하여 발생됐다. 이러한 분석 결과를 토대로 대각철근의 변형률 이력을 사용하여 연결보의 에너지소산량을 예측할 수 있는 간편한 평가식을 개발하였다. 검증을 위하여 제안된 평가식과 실험으로 구한 연결보의 에너지소산량을 실험 결과와 비교하였다. 그 결과, 제안된 평가식은 배근형태, 전단경간비, 비탄성 변형 크기 등 다양한 설계변수의 영향을 고려하여 전단경간비가 1.25이하인 짧은 연결보의 에너지소산량을 비교적 정확히 예측하였다. 제안된 에너지소산량 평가 방법은 철근콘크리트구조물 및 부재의 성능 기초 내진평가/설계에 손쉽게 활용될 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.989-1000
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• 2002

비선형 정적해석법과 같은 발전된 지진 해석 및 설계방법은 강도, 연성도, 에너지 소산량으로 대표되는 철근콘크리트 부재의 주기거동을 정확하게 예측하는 것이 필요하게 되었다. 최근 연구에서 휨지배 철근콘크리트 부재에 대하여 최대변형능력까지의 반복적인 주기거동에 의한 소산에너지량을 계산할 수 있는 방법이 개발되었다. 본 연구에서는 선행 연구를 토대로 에너지 소산량을 계산할 수 있는 간단한 수식을 제안하고, 이를 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 또한 제안된 수식을 이용하여 축력, 철근비, 배근형태, 연성도 등이 에너지 소산능력에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 제안된 수식을 통하여 기존의 경험에 기초한 방법보다 더 정확하게 구조물의 에너지 소산능력을 산정 할 수 있으며, 따라서 연구결과는 성능에 기초한 내진평가 및 설계법에 유용하게 이용될 것으로 판단된다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제7권6호
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• pp.25-34
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• 2003

최근 능력스펙트럼법, 직접변위기초설계법 등과 같은 성능에 기초한 내진 평가/설계법이 개발되어 사용되고 있다. 이들 방법은 구조물의 비선형 주기거동에 의한 에너지 소산능력을 고려함에 있어 부정확한 경험식에 의존하는 한계를 보이고 있다. 한편, 최근 연구에서 휨지배 철근콘크리트 부재에 대하여 여러 설계변수의 영향을 고려하여 주기거동에 의한 에너지 소산능력을 정확히 평가할 수 있는 방법이 개발되었다. 본 연구에서는 에너지 소산능력을 고려한 내진설계법에 대한 기초적인 연구로서, 최근 연구에서 개발된 에너지 소산능력 산정법을 이용한 철근콘크리트 전단벽 구조의 내진설계법을 개발하여, 기존의 내진설계법과 비교하였다. 제안된 설계법에서는 단면의 크기 및 형상, 축력, 철근비, 배근형태, 연성도 등과 같은 다양한 설계변수에 따른 에너지 소산능력의 변화를 정확히 고려하여 설계할 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.566-577
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• 2002

비선형 정적해석법과 같은 발전된 지진 해석 및 설계방법은 강도, 연성도, 에너지 소산량으로 대표되는 철근콘크리트 부재의 주기거동을 정확하게 예측하는 것이 필요하게 되었다. 그러나 현재, 에너지 소산량의 평가는 정확하지 못한 경험식을 사용하거나 실무적으로 사용하기 어려운 실험이나 정교한 수치해석에 의존하고 있다. 본 연구에서는 주기하중을 받는 휨지배 철근콘크리트 부재의 주기거동특성을 연구하기 위하여 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 또한 압축력, 철근비, 배근형태 등이 주기거동에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 이러한 연구를 토대로 주기거동에 의한 에너지 소산량을 산정할 수 있는 약산법을 개발하였으며, 실험 및 수치해석 결과와의 비교를 통해 검증하였다. 본 연구에서 제안한 방법은 현재사용되고 있는 경험식보다 더 정확하게 철관콘크리트 부재의 에너지 소산능력을 평가할 수 있으며, 실무에 쉽게 적용할 수 있다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.449-453
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• 2010

본 논문에서는 점성 및 감쇠가 있는 단자유도 구조물의 등가감쇠비를 효율적으로 구하는 방법을 제시하였다. 건물에 설치된 마찰감쇠기는 외력의 크기에 따라 정지와 운동의 상태를 반복하여 외부 입력에너지를 소산시키기 때문에 외력과 응답관계가 비선형이다. 마찰감쇠기가 설치된 단자유도 건물은 마찰감쇠기외에 점성감쇠가 동시에 존재하므로 해석적인 정해를 구하기가 어렵다. 등가감쇠비를 산정하기 위해서 첫째, 점성과 마찰감쇠가 있는 단자유도계 건물의 자유진동 정해를 통하여 변위응답과 가속도 응답특성을 분석하였다. 둘째, 자유진동의 경우 응답이 멈출 때까지 소산에너지식을 이용하여 등가점성감쇠비를 구하였다. 셋째, 조화가진 일 때는 수치해석을 통하여 마찰력비 $F_r$에 따른 응답 특성을 알아보았다. 넷째, 조화가진의 경우 에너지 균형식을 바탕으로 등가점성감쇠비를 유도하였다. 등가점성감쇠비는 변위응답비의 영향을 받으므로 응답을 알아야만 구할 수 있다. 건물 응답의 진동수 특성은 협소영역(narrow band)이므로 고유진동수에 의해 지배된다고 가정하여 등가점성감쇠비를 구하였다. 마지막으로, 유도한 자유진동과 조화가진의 등 가점성감쇠비를 이용한 등가선형운동방정식의 해를 비선형 수치해석 한 결과와 비교하여 검증하였다.

• 한국지진공학회:학술대회논문집
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• 한국지진공학회 2000년도 춘계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring
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• pp.159-169
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• 2000

본논문에서는 강섬유 철근 콘크리트 보(SFRC) 의 감쇄 거동에 대해서 실험적인 방법과 수치 해석적인 방법으로 연구를 수행하였다 SFRC는 보다 향상된 에너지 소산능력으로 일반 철근 콘크리트보에 비하여 뛰어난 감쇄 거동을 보인다. 감쇄거동은 종방향 철근비강섬유의 형태와 부피 콘크리트 강도 응력 수준등에 의해 영향을 받는다 SFRC보의 감쇠는 다양한 수준의 균열상태에서의 동적실험 데이터를 통하여 평가하였다 곡률과 감쇠의 관계식에 기초한 유한요소 프로그램(TICAL) 이 개발되었으며 0.44%의 강섬유를 혼입한 보의 경우 5-35%의 감쇠비 증가를 보였다

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.1-11
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• 2006

이 논문에서는 에너지 소산장치가 장착된 사장교의 지진 취약도 해석 방법을 제시하고 에너지 소산장치의 장착 및 주탑-보강형 연결 조건에 따른 지진 취약도 변화를 살펴본다. 입력지반운동, 에너지 소산장치 특성값 및 사장교 강성 모형에 확률 변수를 도입하여 불확실성을 고려하고 에너지 소산장치의 비선형 이력거동을고려하여 시간이력 해석을 수행한다. 해석결과의 회귀분석을 통한 최대 응답과 입력지반운동 세기(intensity) 사이의 관계식으로부터 취약도 해석을 위한 소요 역량(demand)을 수립한다. 역량(capacity)에 해당하는 한계상태는 주탑 하부의 전단력, 보강형의 교축방향 변위, 케이블 장력의 변동량 그리고 강주탑의 좌굴이 고려된다. 해석 예제로서 강주탑 사장교인 제 2 진도대교 모형에 대하여 취약도 해석을 수행하였다. 취약도 해석결과 에너지 소산장치의 사용을 통하여 구속 또는 비구속 연결조건시 높은 손상확률을 보이던 한계상태에 대하여 그 손상확률을 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.