• 한국공간구조학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.99-107
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• 2022

Existing reinforced concrete building structures constructed before 1988 have seismically-deficient reinforcing details, which can lead to the premature failure of the columns and beam-column joints. The premature failure was resulted from the inadequate bonding performance between the reinforcing bars and surrounding concrete on the main structural elements. This paper aims to quantify the bond-slip effect on the dynamic responses of reinforced concrete frame models using finite element analyses. The bond-slip behavior was modeled using an one-dimensional slide line model in LS-DYNA. The bond-slip models were varied with the bonding conditions and failure modes, and implemented to the well-validated finite element models. The dynamic responses of the frame models with the several bonding conditions were compared to the validated models reproducing the actual behavior. It verifies that the bond-slip effects significantly affected the dynamic responses of the reinforced concrete building structures.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제89권5호
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• pp.453-466
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• 2024

In this study, the optimization of the composite floor system with cellular beams is investigated. The objective function is the minimization of carbon dioxide (CO₂) emissions and the optimal solution is defined by 19 design variables for the beam's topology, beams fabricated process, steel deck characteristics, columns. The requirements of the ultimate and serviceability state limits are considered for the composite floor system design. The program is developed within the MATLAB platform. A number of the benchmark test problems of composite floor systems with full web beams are optimized with cellular beams to verify the reduction of total CO₂ emission. The optimum results are obtained by Particle Swarm Optimization (PSO), Genetic Algorithm (GA) and Bonobo Algorithm (BO). A comparison of the performance of these algorithms shows that the BO algorithm has a higher search capability and results in better solutions than PSO and GA algorithms in the optimization of the composite floor system with the cellular beams and the use of cellular beams can reduce the total CO₂ emissions of the floor above 20%.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.651-659
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• 2015

최근에 사회적 요구와 경제적인 요구로 인해서 장스팬 건축물이 증가하고 있다. 그러나 장스팬 건축물은 자중이 증가하여 처짐 진동 소음의 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 판형중공슬래브가 제안되었는데 이는 슬래브 안에 일체형 중공재를 삽입함으로써 자중이 감소된 슬래브를 만들 수 있다. 이 시스템은 휨성능에는 영향을 받지 않는 단면을 중공재로 대체함으로써 슬래브의 강성은 그대로 유지하면서, 소음 및 처짐을 줄이고 자중을 감소할 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 시스템의 경우 부력에 의해 일체화된 중공재가 상승한다는 단점이 있다. 따라서 판형 중공재 고정장치를 개발하였고, 또한 이를 삽입한 판형중공재의 성능을 알아보기 위하여 7개의 실험체를 제작하여 그 성능을 알아보고 그 결과 나타난 수평전단파괴에 대해서 예측을 할 수 있는 식을 제안하였다.

• 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.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제12권5호통권48호
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• pp.527-535
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• 2000

철골 구조물의 접합부는 전통적으로 강접 혹은 단순 접합으로 이상화하여 설계되어 졌으나 많은 연구를 통해 이러한 모델링이 불합리할 수 있음이 밝혀져 왔다. 골조의 정확한 해석을 위해 부재의 2차효과($P-{\delta}$효과) 및 구조물 전체의 2차효과($P-{\Delta}$효과)의 고려가 필수적이고, 무엇보다도 접합부의 고유한 강성을 부여하는 것이 중요하다. 즉 실험을 통해 얻은 접합부의 모멘트-회전각을 골조 해석시 있는 그대로 반영할 수 있어야 한다. 이러기 위해 모멘트-회전각을 표현할 수 있는 단일 수식의 개발이 필요하며 지금까지 다양한 수식이 개발되어 보고되고 있다. 본 논문은 기하학적효과 및 접합부 강성을 고려할 수 있도록 이론을 통해 유도한 접합부의 강성행렬에 모멘트-회전각 관계를 표현하는 수정지수 함수 모델, 멱함수 모델 그리고 제안한 로그함수 모델을 사용하여 골조 해석을 실시하고, 그 결과를 통해 유도된 강성행렬의 적용가능성을 알아보고, 제안한 로그함수의 유효성을 밝히고자 한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권2A호
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• pp.79-87
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• 2011

이 연구에서는 압축력을 받는 강재 조립 기둥의 좌굴 거동에 대한 매개변수 해석을 수행하였다. 압축력을 받는 조립기둥에서 기둥 전체 길이에 설치되는 H-형강 단면의 주 부재와 H-형강의 상 하 플랜지를 연결하는 배튼의 휨 및 전단력에 의한 전단변형효과를 고려한 좌굴하중 식을 제시하였다. 조립기둥의 길이, H-형강 주부재의 간격, 배튼의 개수, 배튼 작용을 하는 상 하 덮개판의 설치 여부에 따른 좌굴하중의 변화를 분석하였다. 일반 볼트 및 고장력 볼트가 사용된 조립 기둥의 설계에 사용되는 AISC 설계식이 배튼 및 주 부재의 간격이 큰 조립 기둥에도 활용할 수 있는지에 대한 적용성을 검토하였다. 이 연구에서 제시한 엄밀해 그리고 보요소 및 판요소를 사용한 유한요소해석 그리고 AISC의 설계식에 의한 결과를 비교 분석하여 강재 조립기둥의 좌굴거동에 대한 매개변수 해석을 수행하였다.

• Earthquakes and Structures
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• 제5권6호
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• pp.703-731
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• 2013

In order to verify the applicability of buckling restrained braces (BRB's) and fiber reinforced polymer (FRP) sheets to the seismic strengthening of a low-rise RC building having the irregularities of a soft/weak story and torsion at the ground story, a series of earthquake simulation tests were conducted on a 1:5 scale RC building model before, and after, the strengthening, and these test results are compared and analyzed, to check the effectiveness of the strengthening. Based on the investigations, the following conclusions are made: (1) The BRB's revealed significant slips at the joint with the existing RC beam, up-lifts of columns from RC foundations and displacements due to the flexibility of foundations, and final failure due to the buckling and fracture of base joint angles. The lateral stiffness appeared to be, thereby, as low as one seventh of the intended value, which led to a large yield displacement and, therefore, the BRB's could not dissipate seismic input energy as desired within the range of anticipated displacements. (2) Although the strengthened model did not behave as desired, great enhancement in earthquake resistance was achieved through an approximate 50% increase in the lateral resistance of the wall, due to the axial constraint by the peripheral BRB frames. Finally, (3) whereas in the original model, base torsion was resisted by both the inner core walls and the peripheral frames, the strengthened model resisted most of the base torsion with the peripheral frames, after yielding of the inner core walls, and represented dual values of torsion stiffness, depending on the yielding of core walls.

• Earthquakes and Structures
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• 제19권1호
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• pp.29-44
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• 2020

The effectiveness and the sensitivity of a Wireless impedance/Admittance Monitoring System (WiAMS) for the prompt damage diagnosis of two single-storey single-span Reinforced Concrete (RC) frames under cyclic loading is experimentally investigated. The geometrical and the reinforcement characteristics of the RC structural members of the frames represent typical old RC frame structure without consideration of seismic design criteria. The columns of the frames are vulnerable to shear failure under lateral load due to their low height-to-depth ratio and insufficient transverse reinforcement. The proposed Structural Health Monitoring (SHM) system comprises of specially manufactured autonomous portable devices that acquire the in-situ voltage frequency responses of a network of twenty piezoelectric transducers mounted to the RC frames. Measurements of external and internal small-sized piezoelectric patches are utilized for damage localization and assessment at various and increased damage levels as the magnitude of the imposed lateral cycle deformations increases. A bare RC frame and a strengthened one using a pair of steel crossed tension-ties (X-bracing) have been tested in order to check the sensitivity of the developed WiAMS in different structural conditions since crack propagation, damage locations and failure mode of the examined frames vary. Indeed, the imposed loading caused brittle shear failure to the column of the bare frame and the formation of plastic hinges at the beam ends of the X-braced frame. Test results highlighted the ability of the proposed SHM to identify incipient damages due to concrete cracking and steel yielding since promising early indication of the forthcoming critical failures before any visible sign has been obtained.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.132-140
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• 2019

본 연구는 철근콘크리트 단층 구조물의 구조 부재 위치에 대한 비파괴검사법을 이용한 추정 신뢰도를 알아보기 위해 기둥, 벽체, 보 및 슬래브로 구성된 실험체를 제작하고, 기존 추정식과 비교 과정에서 정확한 분석을 위해 오차율 비교와 모평균 구간 추정을 사용하여 통계적 접근을 통한 신뢰성을 분석하고자 한다. 그 결과, 초음파속도법을 이용하여 압축강도를 추정한 결과와 코어시험 결과를 비교한 전체 평균 오차율은 18.8%, 반발경도법을 이용하여 압축강도를 추정한 결과와 코어시험 결과를 비교한 전체 평균 오차율은 20.1%가 도출되어 현장 적용성을 확인하였다. 그리고 부재별 신뢰성 부분에서 초음파속도법과 반발경도법을 이용하여 신속하고 효율적인 구조물 안전진단을 하기 위해서 각각 벽체 부재와 보 부재를 중심으로 압축강도 추정 시 신뢰도 높은 결과를 도출되는 것을 확인하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제36권4호
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• pp.383-398
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• 2020

This paper investigates the progressive collapse behavior of 3D steel-framed gravity buildings under fires with a cooling phase. The effect of fire protections and bracing systems on whether, how, and when a gravity building collapses is studied. It is found that whether a building collapses or not depends on the duration of the heating phase, and it may withstand a "short-hot" fire, but collapses under a mild fire or a "long-cool" fire. The collapse time can be conservatively determined by the time when the temperature of steel columns reaches a critical temperature of 550 ℃. It is also found that the application of a higher level of fire protection may prevent the collapse of a building, but may also lead to its collapse in the cooling phase due to the delayed temperature increment in the heated members. The tensile membrane action in a heated slab can be resisted by a tensile ring around its perimeter or by tensile yielding lines extended to the edge of the frame. It is recommended for practical design that hat bracing systems should be arranged on the whole top floor, and a combination of perimeter and internal vertical bracing systems be used to mitigate the fire-induced collapse of gravity buildings. It is also suggested that beam-to-column connections should be designed to resist high tensile forces (up to yielding force) during the cooling phase of a fire.