• Steel and Composite Structures
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• 제47권1호
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• pp.103-117
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• 2023

This paper presents an investigation on the shear resistance of corrugated web steel beams (CWBs) with a circular web opening. A total of five specimens with different diameters of web openings were designed and tested with vertical load applied on the top flange at mid-span. The ultimate strengths, failure modes, and load versus middle displacement curves were obtained from the tests. Following the tests, numerical models of the CWBs were developed and validated against the test results. The influence of the web plate thickness, steel grade, opening diameter, and location on the shear strength of the CWBs was extensively investigated. An XGBoost machine learning model for shear resistance prediction was trained based on 256 CWB samples. The XGBoost model with optimal hyperparameters showed excellent accuracy and exceeded the accuracy of the available design equations. The effects of geometric parameters and material properties on the shear resistance were evaluated using the SHAP method.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제69권2호
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• pp.193-204
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• 2019

This paper presents results from experimental and numerical studies on the response of steel-concrete composite box bridge girders under certain localized fire exposure conditions. Two composite box bridge girders, a simply supported girder and a continuous girder respectively, were tested under simultaneous loading and fire exposure. The simply supported girder was exposed to fire over 40% of its span length in the middle zone, and the two-span continuous girder was exposed to fire over 38% of its length of the first span and full length of the second span. A measurement method based on comparative rate of deflection was provided to predict the failure time in the hogging moment zone of continuous composite box bridge girders under certain localized fire exposure condition. Parameters including transverse and longitudinal stiffeners and fire scenarios were introduced to investigate fire resistance of the composite box bridge girders. Test results show that failure of the simply supported girder is governed by the deflection limit state, whereas failure of the continuous girder occurs through bending buckling of the web and bottom slab in the hogging moment zone. Deflection based criterion may not be reliable in evaluating failure of continuous composite box bridge girder under certain fire exposure condition. The fire resistance (failure time) of the continuous girder is higher than that of the simply supported girder. Data from fire tests is successfully utilized to validate a finite element based numerical model for further investigating the response of composite box bridge girders exposed to localized fire. Results from numerical analysis show that fire resistance of composite box bridge girders can be highly influenced by the spacing of longitudinal stiffeners and fire severity. The continuous composite box bridge girder with closer longitudinal stiffeners has better fire resistance than the simply composite box bridge girder. It is concluded that the fire resistance of continuous composite box bridge girders can be significantly enhanced by preventing the hogging moment zone from exposure to fire. Longitudinal stiffeners with closer spacing can enhance fire resistance of composite box bridge girders. The increase of transverse stiffeners has no significant effect on fire resistance of composite box bridge girders.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.667-674
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• 2013

기존 강재 브레이싱 내진보강법은 정착부의 안정성 문제와 브레이싱의 국부좌굴이 발생할 문제가 있으며, 이를 방지하기 위한 추가보강으로 인해 불필요한 자중증가 등으로 경제적인 내진보강성능 확보에 어려움이 있다. 이 연구에서는 지진피해를 받은 건물에 지진피해로 인한 기존 기둥의 연성확보를 위해서 유리섬유시트(glass fiber sheet)로 래핑을 함과 동시에 기존 철골 X-브레이싱 내진보강법에 비교해서 경량의 고강도 재료로 보강 후 추가적인 중량증가가 거의 없으며, 브레이싱 압축 좌굴거동에 자유로운 탄소섬유 앵커 X-브레이싱공법(carbon fiber X-brace)을 조합한 경제적이며 효과적인 새로운 내진보강법(GFS-CFXB)을 제안하였다. 이 연구에서 제안한 GFS-CFXB공법의 유용성을 검증할 목적으로 지진피해를 받은 골조를 대상으로 반복가력에 의한 구조실험을 실시하여 내진성능 및 내진보강 효과를 검증하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권3호
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• pp.1-9
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• 2014

본 연구에서는 기존 강재브레이스 내진보강법이 가지는 좌굴문제 등 단점을 극복할 수 있는 중 저층 철근콘크리트 건축물에 효과적으로 적용할 수 있는 새로운 내진보강법을 개발하였다. Carbon Fiber Composite Cable (CFCC)을 이용하여 건축물 골조 외부에 X자 형태로 내진보강을 실시하고, 상부 및 하부 보 양 단부에 CFCC X-브레이싱을 고정하기 위해서 평판 및 돌출형 나사식 접합으로 내진보강을 실시하는 내진보강법으로서, 반복하중 실험을 통하여 내진보강 효과를 규명하였다. 실험체는 비교용 비보강 골조, 평판형 및 돌출형 CFCC X-브레이싱 내진보강 골조 실험체 총 3개를 제작하였다. 실험결과, 본 연구에서 개발한 CFCC 내진보강법은 강도증진형 내진보강법으로 드러났으며, 기존 강재브레이스 보강법 대비 중량증가가 거의 없으며, 재료자체가 압축에 대한 좌굴이 없으며, 경량이므로 시공성이 매우 우수하고 중량 및 체적대비 우수한 강도가 발휘될 뿐만 아니라 특히, CFCC의 직경을 변경함으로서 내진보강 목적 (강도 보강량)에 대응하여 내진성능을 쉽게 변화시킬 수 있는 장점이 있다.

• 한국건축시공학회지
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• 제13권3호
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• pp.272-281
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• 2013

Concrete filled tube (CFT) columns, which consist of a steel tube filled with concrete, combine the benefits of the two materials. The steel tube provides a confining pressure to the concrete, while the local buckling of steel plate can be prevented by the concrete core. CFT columns also have a high fire resistance due to the heat storage effect of concrete under fire. For this reason, it is possible to develop CFT columns without fire protection measures. CFT columns without fire protection have many advantages, including quality control, cost reduction, better space efficiency and a shorter construction period. Due to these advantages, studies on the development of CFT columns without fire protection measures have been performed. However, CFT columns lose their bearing capacity under fire because the steel tube is exposed to the outside. As a result, the structure is collapsed, causing significant damage. In this research, we made a CFT column using high strength concrete (100 MPa) and high strength steel (800 MPa). We use steel fiber and nylon fiber with concrete to provide fire resistance. We perform the fresh concrete experiment and investigate the fire resistance of the CFT column (${\Box}400{\times}400{\times}15{\times}3000mm$) under loading. To investigate the effect of steel fiber on increasing fire resistance, we compare the fire resistance time according to the steel fiber. Through the test, it was found that the CFT specimen with steel fiber had better fire resistance performance than other cases.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.53-58
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• 2023

PIC 설계 방법은 선행 유한요소해석을 통해 하중 유형을 나누어, 각 구간마다 하중 유형에 강한 복합재료의 적층 각도 순서를 배치하는 방법이다. 기존 연구에서는 효율적으로 구간을 나누기 위하여 PIC 설계 방법에 머신 러닝이 적용되었으며, 학습 데이터는 선행 유한요소해석 결과 값을 통해 전체 요소의 일부인 참조 요소에서의 인장, 압축 그리고 전단과 같은 하중 유형으로 나누어 라벨링 되었다. 하지만 좌굴에 대해 고려되지 않아서 좌굴 발생 시, 적절한 하중 유형으로 나눌 수 없기 때문에 이를 해결하기 위한 방법이 필요하다. 본 연구에서는 좌굴이 고려되기 위한 새로운 하중 유형 분석 방법을 기존의 PIC 설계에 적용하는 기법(PIC-NTL)이 제안되었다. 좌굴의 하중 분석은 각 플라이(Ply)별 응력 3축 특성을 통해 진행되었으며, 요소의 두께 방향으로 동일한 크기의 두 영역으로 나누어진 판단 영역 내에서 결정된 하중 유형을 통해 대표 하중 유형이 지정되었다. 학습 데이터의 특성 값은 참조 요소의 좌표, 라벨(Label)은 각 판단 영역의 대표 하중 유형으로 구성되었으며, 이 데이터를 통해 머신 러닝 모델이 학습되었다. 머신 러닝 모델의 성능에 영향을 미치는 하이퍼파라미터는 베이지안 알고리즘을 통하여 최적 값으로 튜닝되었다. 튜닝 된 머신 러닝 모델의 중 SVM 모델이 가장 높은 예측률과 ROC-AUC로 나타났으며, 해당 모델을 통해 예측된 데이터가 유한요소 모델에 매핑되었다. 기존에 제안된 PIC 설계 방법과 비교하기 위하여 사각관 형태의 모델을 압축시키는 유한요소해석이 진행되었으며, 본 연구에서 제안된 설계 방법이 강도와 에너지 흡수율에서 더 우수함이 검증되었다.

• Earthquakes and Structures
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• 제8권2호
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• pp.423-442
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• 2015

The effects of accidental eccentricity on the seismic response of four-storey steel buildings laterally stabilized by buckling restrained braced frames are studied. The structures have a square, symmetrical footprint, without inherent eccentricity between the center of lateral resistance (CR) and the center of mass (CM). The position of the bracing bents in the buildings was varied to obtain three different levels of torsional sensitivity: low, intermediate and high. The structures were designed in accordance with the seismic design provisions of the 2010 National Building Code of Canada (NBCC). Three different analysis methods were used to account for accidental eccentricity in design: (1) Equivalent Static Procedure with static in-plane torsional moments assuming a mass eccentricity of 10% of the building dimension (ESP); (2) Response Spectrum Analysis with static torsional moments based on 10% of the building dimension (RSA-10); and (3) Response Spectrum Analysis with the CM being displaced by 5% of the building dimension (RSA-5). Time history analyses were performed under a set of eleven two-component historical records. The analyses showed that the ESP and RSA-10 methods can give appropriate results for all three levels of torsional sensitivity. When using the RSA-5 method, adequate performance was also achieved for the low and intermediate torsional sensitivity cases, but the method led to excessive displacements (5-10% storey drifts), near collapse state, for the highly torsionally sensitive structures. These results support the current provisions of NBCC 2010.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제5권2호
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• pp.1-8
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• 2014

Fiber reinforced polymeric plastic (FRP) materials have many advantages over conventional structural materials, i.e., high specific strength and stiffness, high corrosion resistance, right weight, etc. Among the various manufacturing methods, pultrusion process is one of the best choices for the mass production of structural plastic members. Since the major reinforcing fibers are placed along the axial direction of the member, this material is usually considered as an orthotropic material. However, pultruded FRP (PFRP) structural members have low modulus of elasticity and are composed of orthotropic thin plate components the members are prone to buckle. Therefore, stability is an important issue in the design of the pultruded FRP structural members. Many researchers have conducted related studies to publish the design method of FRP structures and recently, referred to the previous researches, pre-standard for LRFD of pultruded FRP structures is presented. In this paper, the accuracy and suitability of design equation for the local buckling strength of pultruded FRP I-shape compression members presented by ASCE are estimated. In the estimation, we compared the results obtained by design equation, closed-form solution, and experiments conducted by previous researches.

• Composites Research
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• 제25권2호
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• pp.46-53
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• 2012

펄트루젼 공정에 의해 생산된 FRP 부재는 길이에 제한이 없이 임의의 단면형상으로 제작할 수 있기 때문에 건설 구조용 부재로 사용하기 적합하며, 특히, 각종 화학적 유해환경 등에서 그 성능이 우수하기 때문에 습윤환경 및 해양환경 등의 부식환경에서 그 활용이 두드러지고 있다. 그러나 설계를 위한 관련 규준이 마련되어 있지 않아 이에 대한 연구가 시급한 실정이다. FRP 구조재는 대부분 단면의 효율적 사용을 위해 판요소로 구성된 박판부재를 사용하고 있으며, 이러한 부재를 압축재로 사용할 경우 강도한계상태는 주로 좌굴거동에 의해 결정된다. 이 연구에서는 FRP I형 단면 압축재에 대한 좌굴거동을 이론적으로 해석하였고, 기존 실험적 연구결과와 비교, 분석하여 설계방법 및 설계흐름도를 제안하였다. 제안된 설계방법은 ANSI/AISC 360-10의 방법과 유사한 형태로서 설계자의 편의를 도모하였으며, 비교적 간단한 방법에 의해 PFPR I형 단면 압축재의 설계를 수행할 수 있도록 하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권3호
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• pp.261-271
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• 2015

철골 중심 가새 골조는 최소의 물량으로 건물의 횡력에 대한 저항력을 확보할 수 있는 매우 효과적인 시스템이다. 본 논문에서는 기 설치된 H형 가새를 무 용접 냉간 성형보강재로 보강하여 휨-좌굴을 억제하고 인장력과 압축력에 동일한 강도를 확보하는 보강안에 대한 연구를 진행하였다. 역 V형 가새 골조에 설치된 H형가 새의 보강방안으로 선행연구의 보강재를 약축 보강형으로 변경하여 보강방안을 제시하고 부재실험, 부재변수해석, 골조실험을 통해 구조성능을 평가하였다. 보강된 가새는 AISC기준을 만족하였다. 이를 통해 보강으로 골조내 가새의 불 균형력에 의한 보의 파괴가 방지될 것으로 기대된다.