• Advances in Computational Design
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• 제3권1호
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• pp.17-34
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• 2018

Tall buildings are categorized as important structures because of the large number of occupants and high construction costs. The choice of competent lateral load resisting systems in tall buildings is of crucial importance. Bracing systems have long been an economic and effective method for resisting lateral loads in steel structures. However, there are some potential adverse aspects to bracing systems such as the limitations they inflict on architectural plans, uplift forces and poor performances in compression. in order to eliminate the mentioned problems and for cost optimization, in this paper, six 20-story steel buildings and frames with different types of bracing, i.e., conventional, mega-scale and buckling-restrained bracing (BRB) were analyzed. Linear and modal push-over analyses were carried out. The results pointed out that Mega-Scale Bracing (MSB) system has significant superiority over the conventional bracing type. The MSB system is 25% more economic. Some other advantages of MSB include: up to 63% less drift ratio, up to 38% better performance in lateral displacement, up to 100% stiffer stories, and about 50% smaller uplift forces. Moreover, MSB equipped with BRB attests even a better seismic behavior in the aforementioned parameters.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제65권4호
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• pp.401-408
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• 2018

Concentric braced frames are commonly used in steel structures to withstand lateral forces. One of the drawbacks of these systems is the possibility that the braces are buckled under compressive loads, which leads to sudden reduction of the bearing capacity of the structure. To overcome this deficiency, the idea of the Buckling Restrained Brace (BRB) has been proposed in recent years. The length of a BRB steel core can have a significant effect on its overall behavior, since it directly influences the energy dissipation capability of the member. In this study, numerical methods have been utilized for investigation of the optimum length of BRB steel cores. For this purpose, BRBs with different lengths placed into several two-dimensional framing systems with various heights were considered. Then, the Response History Analysis (RHA) was performed, and finally, the optimum steel core length of BRBs and its effect on the responses of the overall system were investigated. The results show that the shortest length where failure does not occur is the best length that can be proposed as the optimum steel core length of BRBs. This length can be obtained through a formula which has been derived and verified in this study by both analytical and numerical methods.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권5호통권66호
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• pp.571-578
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• 2003

본 논문에서는 중심가새골조 가운데 가정 널리 사용되는 역V형 철골 가새골조의 내진거동을 탄소성 후좌굴해석에 의해 고찰하고, 압축가새의 좌굴이 최초로 발생한 층에 소성화가 집중되는 약층화 현상을 완화할 수 있는 효과적 내진보강 방안을 제시하고자 하였다. 즉 좌굴이 발생한 층에 집중되는 비탄성변형을 건물전체로 재분재하는 기능을 갖는 인장재(tie bar)를 삽입하여 내진성능을 효과적으로 개선할 수 있음을 입증하였다. 아울러 압축가새의 좌굴발생 순서를 감안하여 보강 인장재를 경제적으로 설계할 수 있는 실용적 설계방안을 제시하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제46권3호
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• pp.417-433
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• 2023

The maximum ductility and cumulative ductility of connection joints of Buckling-Restrained Braced Frames (BRBF) are critical to the structural overall performance, which should be matched with the BRB ductility. The two-story and one-span BRBF with a one-third scale was tested under cyclic quasi-static loading, and the top-flange beam splice (TFBS) rotational connections were proposed and adopted in BRBF. The deformation capacity of TFBS connections was observed during the test, and the relationship between structural global ductility and local connection ductility was studied. The rotational capacity of the beam-column connections and the stability performance of the BRBs are highly relevant to the structural overall performance. The hysteretic curves of BRBF are stable and full under large displacement demand imposed up to 2% story drift, and energy is dissipated as the large plastic deformation developed in the structural components. The BRBs acted as fuses and yielded first, and the cumulative plastic ductility (CPD) of BRBs is 972.6 of the second floor and 439.7 of the first floor, indicating the excellent energy dissipation capacity of BRBs. Structural members with good local ductility ensure the large global ductility of BRBF. The ductile capacity and hysteretic behavior of BRBF with TFBS connections were compared with those of BRBF with Reduced Beam Section (RBS) connections in terms of the experimental results.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.509-516
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• 2010

본 연구에서는 가새와 강골조를 이용하여 철근콘크리트 모멘트 골조의 내진성능을 보강하는 방법에 대하여 연구하였다. 해석모델은 중력하중에 대해서만 설계된 3층 3경간의 RC 모멘트 골조 건물이다. 먼저 유한요소해석을 이용하여 RC구조물과 가새 접합부의 응력/변형 분포 상태를 파악하고, 접합부의 응력 집중현상을 방지하기 위하여 철골 모멘트골조를 추가하여 보강설계를 수행하였다. 내진보강을 위한 가새는 일반 철골 가새와 비좌굴 가새의 두가지 종류의 가새를 적용하고, 보강 전후 구조물의 강도 및 연성도를 비선형 정적 및 동적해석을 통해 비교하였다. 해석결과에 따르면 추가되는 철골 모멘트골조와 가새를 동시에 사용할 경우 구조물의 강도 및 연성능력의 증가에 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 추가되는 철골 모멘트골조는 단면이 크지 않을 경우 강도의 증가에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.69-77
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• 2009

본 연구는 반복 횡하중 하에서의 기둥부재와 보-기둥 연결부에 대한 구조 성능 확인을 위하여 기 수행된 실험을 토대로 해석모델을 수립하고 사용 프로그램의 유용성과 실용성을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 기존 연구자들에 의해 제안된 콘크리트와 철근의 이력 모델을 비선형 해석 프로그램인 PERFORM3D에 적용하여 수행되었다. 결과로서, 반복 횡하중 하의 비보강 보-기둥 연결부재의 해석과 실험결과가 비교적 일치함을 확인하였다. 이로써 입증된 비보강 시험체의 해석 모델에 탄소와 아라미드 섬유시트 그리고 비좌굴 가새를 추가 적용하여 실험결과와 비교.검증하여 내진 성능 보강의 해석모델을 수립하였다. 이는 기존 구조물에 대한 보강에 있어서, 해석을 통한 사전 성능 검토에 활용함으로써 시간과 물질적 측면에서의 경제성 도모에 기여할 것으로 예상된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권2호
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• pp.169-180
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• 2015

최근 구조물의 내진설계 기준이 2009년도 개정되면서 내진설계기준이 점차 구체화 되고 있다. 이에 따라 내진설계기준이 반영되지 않았거나 현재의 기준을 만족시키지 못하는 국내 구조물에 대해 재 검토 될 필요가 있다. 특히 중 저층 구조물의 경우 횡력 저항 요소는 대부분 가새에 의해 설계되어 있다. 즉 현재 사용 중인 가새가 반복적인 지진하중에도 전체 구조물의 안정성을 확보할 수 있도록 합리적인 보강방안이 구체화 될 필요가 있다. 본 연구에서는 무용접 냉간성형 강재로 조립된 압축가새의 구조적 성능과 거동을 분석하고자 한다. 실험변수는 보강길이 그리고 보강단면 비를 중점으로 구조실험을 수행하였다. 따라서 본 연구에서는 세장한 H형강 가새의 휨좌 굴을 억제하여 압축내력을 발휘토록 보강방안을 제안하였고, 보강안의 압축거동을 검증하기 위해 세장비와 보강량을 변수로 구조 성능 실험을 수행하여 강도, 강성, 변형성능과 파괴거동의 분석을 수행하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제13권1호
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• pp.45-52
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• 2009

본 연구의 목적은 일정 축하중과 반복횡하중 하에서 탄소섬유시트와 비좌굴 가새로 보강된 보-기둥 시험체의 횡방향 거동 평가를 통하여 사용된 보강 방법의 구조적 성능을 검증하는 것이다. 세 개의 시험체를 비보강, 탄소섬유보강, 탄소섬유와 비좌굴 가새 보강 방법을 각각 적용하여 제작하였다. 변위에 따른 최대, 최소하중은 하중-변위 관계를 분석함으로써 평가되어지며, 하중과 강성의 관계는 비교구간의 유효강성 분석에 의해 평가된다. 실험의 수행 결과, 보강을 하지 않은 시험체에 비하여 보강을 적용한 시험체는 최대허용하중과 유효강성, 철근 항복 시 재하 횡하중, 변위연성비 등에서 상대적으로 우수한 성능을 보였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.493-501
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• 2007

최근, 국내에서는 물량절감과 경제성 확보를 목적으로 변단면 부재의 적용이 활발히 이루어지고 있으나 재료비선형을 이용한 설계방법으로는 취성파괴의 문제점에 대한 명확한 해결책을 제시하지 못하고 있으며, 변단면 부재의 초기변형, 폭두께비, 웨브 스티프너, 횡지지 거리등에 관한 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존에 연구된 이론식과 재료 및 기하 비선형 해석으로 신뢰성이 입증된 범용 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS 9.0을 이용하여 춤이 큰 변단면 H형 보의 해석 모델을 완성하고 실험결과를 바탕으로 판-폭두께비와 비지지거리를 주요변수로 좌굴 및 극한내력을 평가하여, 웨브의 판폭두께비가 클 경우 좌굴내력이 감소하며, 횡 비지지 거리를 짧게 할 경우 연성능력을 향상시킬수 있음을 확인 하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제7권4호
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• pp.63-69
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• 2003

본 연구에서는 단자유도계 시스템에서 작성한 이력에너지 스펙트럼과 누적된 변위 연성비 스펙트럼을 이용하여 비좌굴 가새골조의 내진설계법을 제안하였다. 먼저 목표 연성비에 해당하는 이력에너지 스펙트럼과 누적된 연성비 스펙트럼을 작성하였다. 주어진 목표 변위를 만족하기 위하여 필요한 가새의 단면적은 이력에너지 요구량과 가새에 의하여 소산된 누적 소성에너지를 같다고 하여 산정하였다. 스펙트럼을 작성하고 설계절차의 유효성을 검증하기 위하여 20개의 지진기록을 이용하였다. 제안된 방법에 따라 설계된 3층과 8층 비좌굴 가새골조의 해석결과에 따르면 최상층 변위의 평균값이 성능 목표 변위에 잘 부합됨을 알 수 있다. 또한 층간변위는 구조물 높이에 따라 비교적 일정하였는데 이것은 손상 분포가 일정하기 때문에 바람직하다. 그러므로 제안된 에너지 설계법은 기존 강도설계법의 대안으로 비좌굴 가새골조의 신뢰할만한 설계법이라고 할 수 있다.