• Earthquakes and Structures
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• 제17권1호
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• pp.75-89
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• 2019

The paper presents experimental and numerical studies carried out on low-rise RC frames, typically found in developing countries. Shake table tests were conducted on 1:3 reduced scaled two-story RC frames that included a code conforming SMRF model and another non-compliant model. The later was similar to the code conforming model, except, it was prepared in concrete having strength 33% lower than the design specified, which is commonly found in the region. The models were tested on shake table, through multiple excitations, using acceleration time history of 1994 Northridge earthquake, which was linearly scaled for multi-levels excitations in order to study the structures' damage mechanism and measure the structural response. A representative numerical model was prepared in finite element based program SeismoStruct, simulating the observed local damage mechanisms (bar-slip and joint shear hinging), for seismic analysis of RC frames having weaker beam-column joints. A suite of spectrum compatible acceleration records was obtained from PEER for incremental dynamic analysis of considered RC frames. The seismic performance of considered RC frames was quantified in terms of seismic response parameters (seismic response modification, overstrength and displacement amplification factors), for critical comparison.

• 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.

• Steel and Composite Structures
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• 제35권4호
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• pp.579-598
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• 2020

Consideration of the panel zone (PZ) deformations in the analysis of steel moment frames (SMFs) has a substantial effect on structural response. One way to include the PZ effect on the structural response is Krawinkler's PZ model, which is one of the best and conventional models. However, modeling of Krawinkler's PZ model has its complexity, and finding an alternative procedure for PZ modeling is of interest. In this study, an efficient model is proposed to simplify Krawinkler's PZ model into an Adjusted Rigid-End Zone (AREZ). In this way, the rigid-end-zone dimensions of the beam and column elements are defined through an appropriate rigid-end-zone factor. The dimensions of this region depend on the PZ stiffness, beam(s) and columns' specifications, and connection joint configuration. Thus, to obtain a relationship for the AREZ model, which yields the dimensions of the rigid-end zone, the story drift of an SMF with Krawinkler's PZ model is equalized with the story drift of the same structure with the AREZ model. Then, the degree of accuracy of the resulting relationship is examined in several connections of generic SMFs. Also, in order to demonstrate the applicability of the proposed model in SMFs, several SMFs ranging from 3- to 30-story representing low- to high-rise buildings are examined through linear static and dynamic time history analysis. Furthermore, non-linear dynamic analyses of three SMFs conducted to validate the degree of accuracy of the proposed model in the non-linear analysis of SMFs. Analytical results show that there is considerable conformity between inter-story drift ratio (IDR) results of the SMFs with Krawinkler's PZ model and those of the centerline SMFs with AREZ.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권5호
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• pp.535-546
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• 2011

본 연구에서는 다양한 명시적 호장법을 사용하여 공간프레임의 반강접 탄소성 후좌굴 해석을 수행하였다. 이를 위해 이전 연구를 발전시켜 다양한 명시적 알고리즘의 호장법과 명시적, 묵시적 해석법에 동시에 적용 가능한 반강접 탄소성 공간프레임요소를 제안하였다. 다양한 명시적 호장법은 예측단계와 수렴단계에 명시적 해석법인 동적이완법을 적용한 것을 의미한다. 따라서 명시적 호장법에는 명시적(예측단계)-명시적(예측단계) 호장법, 명시적(예측단계)-묵시적(수렴단계) 호장법, 묵시적(예측단계)-명시적(수렴단계) 호장법으로 구분된다. 또한 명시적 호장법에 적용 가능하도록 수정된 반강접 탄소성 공간프레임요소는 오일러리안 유한변형이론에 의해 강체회전변형을 고려하였기 때문에 대변위가 발생하는 기하학적 비선형 문제에 적용될 수 있고, 완전 탄소성 소성힌지 알고리즘에 의한 재료적 비선형성을 고려하였으며, 부재내부에 정적 응축된 회전 및 축방향 성분의 선형 스프링에 의해 접합부 반강접 특성을 반영하였다. 제안된 해석법을 이용하여 검증예제를 수행함으로써 본 연구에서 제안된 다양한 명시적 호장법 및 공간프레임요소의 정확성을 검증한다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권6호
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• pp.137-145
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• 2006

최근 건설기술이 발달함에 따라 점차적으로 더욱 높은 정확성과 신뢰성을 바탕으로 구조물의 상태를 파악 또는 예측 할 수 있는 기술적인 체제가 요구되고 있는 시점에서, 광섬유센서는 내구성과 높은 분해능, 전자기파 노이즈 저항성, 절대값의 측정, 다중화 등의 가지고 있는 여러 장점 때문에 미국 등 선진국의 경우 교량, 터널 그리고 건물 등에 변위와 변형률 측정에 많은 설치가 진행되어 왔고, 광섬유 센서를 이용한 시스템이 구조물의 안정성과 잔존수명을 판단하는 기준으로 중요한 역할을 할 것으로 기대되고 있다. 본 논문에서는 이러한 광섬유센서 중에서 일반적으로 가장 많이 사용하고 있는 광섬유격자 센서의 응용의 폭을 확대하기 위하여 여러 가지 응용분야에 적용하고자 하였으며, 특히 전단응력이 많이 걸려 foil형 스트레인 게이지를 사용하기 어려운 보 기둥 접합부에 적용하여 광섬유격자 센서가 일반적으로 사용되는 전자식 변위 센서들과 정밀도가 대단히 차이가 나고 있음을 보여주고 있고, 복합재료와 콘크리트 접합 구조물에 적용하여 흔히 발생하는 결함인 delamination을 측정하는데 광섬유격자 센서가 유효적절함을 보여주고 있으며, 원자력발전소 격납구조물과 같은 대형구조물에 적용하여 변위를 측정함에 있어서 광섬유격자 센서가 시공도 용이하고 데이터도 양호함을 보여 주고 있어, 기존의 어떤 구조물도 광섬유센서를 적용하여 쉽게 광섬유 스마트구조물화 할 수 있음을 보여준다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제37권4호
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• pp.385-399
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• 2011

The aim of this research is to model the behaviour of recently developed high force to volume (HF2V) passive energy dissipation devices using a simple finite element (FE) model. Thus, the end result will be suitable for use in a standard FE code to enable computationally fast and efficient analysis and design. Two models are developed. First, a detailed axial model that models an experimental setup is created to validate the approach versus experimental results. Second, a computationally and geometrically simpler equivalent rotational hinge element model is presented. Both models are created in ABAQUS, a standard nonlinear FE code. The elastic, plastic and damping properties of the elements used to model the HF2V devices are based on results from a series of quasi-static force-displacement loops and velocity based tests of these HF2V devices. Comparison of the FE model results with the experimental results from a half scale steel beam-column sub-assembly are within 10% error. The rotational model matches the output of the more complex and computationally expensive axial element model. The simpler model will allow computationally efficient non-linear analysis of large structures with many degrees of freedom, while the more complex and physically accurate axial model will allow detailed analysis of joint connection architecture. Their high correlation to experimental results helps better guarantee the fidelity of the results of such investigations.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제71권1호
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• pp.57-63
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• 2019

During the last two decades, much joint research regarding vibration based methods has been done, leading to developing various algorithms and techniques. These algorithms and techniques can be divided into modal methods and signal methods. Although modal methods have been widely used for health monitoring and damage detection, signal methods due to higher efficiency have received considerable attention in various fields, including aerospace, mechanical and civil engineering. Signal-based methods are derived directly from the recorded responses through signal processing algorithms to detect damage. According to different signal processing techniques, signal-based methods can be divided into three categories including time domain methods, frequency domain methods, and time-frequency domain methods. The frequency domain methods are well-known and interest in using them has increased in recent years. To determine dynamic behaviours, to identify systems and to detect damages of bridges, different methods and algorithms have been proposed by researchers. In this study, a new algorithm to detect seismic damage in the bridge's piers is suggested. To evaluate the algorithm, an analytical model of a bridge with simple spans is used. Based on the algorithm, before and after damage, the bridge is excited by a sine force, and the piers' responses are measured. The dynamic specifications of the bridge are extracted by Power Spectral Density function. In addition, the Least Square Method is used to detect damage in the bridge's piers. The results indicate that the proposed algorithm can identify the seismic damage effectively. The algorithm is output-only method and measuring the excitation force is not needed. Moreover, the proposed approach does not need numerical models.

• 콘크리트학회논문집
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• 제28권3호
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• pp.365-373
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• 2016

강섬유 보강 초고성능콘크리트(SUPER Concrete)는 일반 콘크리트에 비해 높은 압축강도와 인장강도를 지닌다. 이러한 특성으로 SUPER Concrete로 제작된 부재는 단면을 크게 줄일 수 있고, 확대머리철근의 정착강도가 향상될 것으로 기대된다. 이 연구에서는 120 MPa, 180 MPa SUPER Concrete로 제작된 외부 보-기둥 접합부에 $4d_b$, $6d_b$의 정착길이를 갖는 확대머리철근의 정착 성능을 평가하였다. 모든 실험체에서 600 MPa 이상의 실제 항복강도가 발현된 후 일부 실험체에서 측면파열파괴가 발생되었다. 확대머리철근의 정착강도가 매우 높아 철근이 파단되는 경우도 있었다. 설계기준강도 120 MPa 이상 SUPER Concrete에 정착된 확대머리철근은 $4d_b$의 짧은 정착길이로 콘크리트구조기준에서 허용하는 철근의 최대 설계기준강도 600 MPa를 발현할 수 있는 것으로 평가되었다. 기존에 개발된 일반 콘크리트에 정착된 확대머리철근의 측면파열파괴강도 평가식과 현행 콘크리트구조 기준의 확대머리철근 정착길이 설계식은 실험값을 과소평가하였다. 일반콘크리트에서 개발된 평가식은 SUPER Concrete의 높은 인장강도 특성을 반영하지 못하기 때문으로 분석된다. 확대머리철근 정착강도를 $(f_{ck})^{\alpha}$에 비례한다고 가정하고 실험결과를 회귀분석하여, SUPER Concrete 압축강도의 0.14승에 비례하는 정착강도 평가식이 개발되었다. 40개 실험 자료에 대한 [실험값]/[예측 값]의 평균은 1.01, 변동계수는 5%였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제13권6호
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• pp.593-601
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• 2001

철근콘크리트구조에서 철근의 인장력이 발휘되기 위해서는 적절한 정착길이 또는 갈고리가 필요하다. 그런데, 접합부와 같이 배근이 집중되는 곳이나 대구경 고강도철근이 필요한 경우 정착을 위한 정착길이나 갈고리의 제작 및 배근작업이 어려우며 콘크리트의 충진성도 저하될 수 있다. 또한 갈고리부분의 과도한 응력집중으로 국부적인 지압파괴나 slip이 발생될 우려도 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방안으로 정착판을 철근 단부에 부착한 기계적 정착공법이 제안되고 있다. 본 연구는 기계적 정착공법의 기초가 되는 정착장치의 요구성능과 정착설계법을 고찰하고 인발실험를 통해 정착장치의 앵커기능을 확인하고자 한다 인발실험 결과, 본 연구에서 설계된 정착장치는 앵커로써의 기능을 적절히 발휘하여 기존 CCD 이론식과 매우 근접한 내력을 발휘하였다 철근항복내력 이상의 정착내력을 지니는 경우, 항복하중까지 콘크리트에 아무런 손상이 발생되지 않았으며, 정착판 후미에서 콘크리트와의 상대변위는 0.2mm이하로 콘크리트에 손상을 유발시키지 않을 것으로 판단되었다. 따라서, 본 연구의 설계과정으로 제작된 기계적 정착장치를 통해 콘크리트에 유해한 손상 없이 필요한 정착내력을 확보할 수 있다. 그러나, 철근간 간격이 좁아 파괴면이 중첩되는 경우에는 정착내력이 크게 저하되어, 순수한 콘크리트 내력만으로 기계적 정착설계가 이루어지는 경우 상당한 매립깊이가 요구된다. 따라서, 실제 구조물의 정착설계를 위해서는 인접부재와의 골조거동(frame action)에 따른 구속효과와 전단보강근의 영향을 고려할 필요가 있다. 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.447-454
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• 2016

최근에 각광받고 있는 3D BIM기반 철근 물량 산출 현황을 살펴보면 상용 BIM 도구들이 철근 모델링 기능을 제공하지만 그 기능을 이용해서 철근을 모델링하려고 하면 방대한 양의 모델링 시간이 소요가 되어 현재 실용적으로 사용할 수 있는 BIM 소프트웨어는 없다. 본 연구에서는 BIM 기반 설계 현업에서 실용적인 철근 물량 산출 프로세스를 정리 및 제시하고, 초기설계단계의 단면 정보가 없는 상태에서 기존의 2D방식에 비하여 보다 정확하게 기동, 보, 슬래브, 벽체의 철근 단면 정보를 자동으로 배근해주는 프로그램인 Rebar Automatic Arrangement Program(이하 RAAP)을 개발하였다. 본 연구 결과는 건설프로젝트의 초기 설계단계에서 설계 진행상 구조 부재 단면 설계가 완료되지 않은 상태의 골조 물량 산출 시 적은 노력으로 기존의 2D기반 방식보다 신뢰성을 향상시킨 물량을 산출할 수 있는 기술로 발전시키는데 의미가 있으며, 합리적인 초기 설계단계의 물량 산출 프로그램을 구축할 수 있는 기초 연구로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.