• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제2권2호
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• pp.20-25
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• 2011

본 논문에서는 2차원 콘크리트 슬래브 철도교량을 특별직교이방성 복합적층판 이론으로 해석하였다. 슬래브의 해석에 있어 단면의 기하학적, 물리적 특성이 중립면에서 휨-연계강성 $B_{ij}$ = 0 이고, $D_{16}=D_{26}=0$임을 고려하였다. 교량상판은 특별직교이방성 판으로 거동한다. 이러한 경계조건을 갖는 단면 혹은 불규칙한 단면을 갖는 시스템은 해석적 해를 구하기가 매우 어렵다. 이러한 문제에 대한 해석을 위해서 유한차분법이 이용되었다. 본 논문에서는 보 이론과 유한차분법이 해석을 위해 사용되었다.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제2권3호
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• pp.25-29
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• 2011

몇 가지 섬유 배향각을 가진 적층판은 층수가 증가하면 $D_{16}$, $B_{16}$, $D_{26}$ 및 $B_{26}$ 강성이 감소하게 되어 특별직교이방성 판처럼 거동함을 밝히고, 간단한 공식들을 개발하여 발표한 바 있다. 대부분의 교량이나 건물의 상판은 형상비가 큰 경우가 많은데, 이런 구조물의 평형방정식에 대한 종방항 모멘트항(Mx)의 영향은 매우 작아서, 더욱 간단한 해석이 가능하다. 본 논문에는 이러한 문제들에 대한 연구결과를 제시하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제32권5호
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• pp.657-670
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• 2019

This paper proposes a one-dimensional fiber beam element model taking account of materially non-linear behavior, benefiting the highly efficient elastic-plastic analysis of girders with shear-lag effects. Based on the displacement-based fiber beam-column element, two additional degrees of freedom (DOFs) are added into the proposed model to consider the shear-lag warping deformations of the slabs. The new finite element (FE) formulations of the tangent stiffness matrix and resisting force vector are deduced with the variational principle of the minimum potential energy. Then the proposed element is implemented in the OpenSees computational framework as a newly developed element, and the full Newton iteration method is adopted for an iterative solution. The typical materially non-linear behaviors, including the cracking and crushing of concrete, as well as the plasticity of the reinforcement and steel girder, are all considered in the model. The proposed model is applied to several test cases under elastic or plastic loading states and compared with the solutions of theoretical models, tests, and shell/solid refined FE models. The results of these comparisons indicate the accuracy and applicability of the proposed model for the analysis of both concrete box girders and steel-concrete composite girders, under either elastic or plastic states.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권1호
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• pp.109-123
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• 2023

Headed studs welded to steel beams and embedded within the concrete of deck slabs are vital components of modern composite floor systems, where safety and economy depend on the accurate predictions of the stud shear resistance. The multitude of existing deck profiles and the complex behavior of studs in deck slab ribs makes developing accurate and reliable mechanical or empirical design models challenging. The paper addresses this issue by presenting a machine learning (ML) model developed from the natural gradient boosting (NGBoost) algorithm capable of producing probabilistic predictions and a database of 464 push-out tests, which is considerably larger than the databases used for developing existing design models. The proposed model outperforms models based on other ML algorithms and existing descriptive equations, including those in EC4 and AISC 360, while offering probabilistic predictions unavailable from other models and producing higher shear resistances for many cases. The present study also showed that the stud shear resistance is insensitive to the concrete elastic modulus, stud welding type, location of slab reinforcement, and other parameters considered important by existing models. The NGBoost model was interpreted by evaluating the feature importance and dependence determined with the SHapley Additive exPlanations (SHAP) method. The model was calibrated via reliability analyses in accordance with the Eurocodes to ensure that its predictions meet the required reliability level and facilitate its use in design. An interactive open-source web application was created and deployed to the cloud to allow for convenient and rapid stud shear resistance predictions with the developed model.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권1호
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• pp.25-36
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• 2017

1994년 노스리지 지진 당시 발생한 용접모멘트 접합부의 취성파괴는 주로 보 하부 플랜지에서 발생하였다. 특히 국내 기존 용접철골모멘트 접합부의 경우 과다한 전단스터드 배치에 따른 의도치 않은 합성작용로 인해 지진 내습 시 보 하부 플랜지의 취성파단이 더욱 우려되는 실정이다. 본 논문에서는 합성효과로 인한 접합부 성능저하를 개선하기 위한 목적으로 중량전단탭/수평헌치/삼각헌치로 보강된 접합부 및 RBS가 도입된 접합부에 대한 실험을 실시하였다. 통상 기존 접합부 상부 플랜지의 수정이 불가하다는 점을 고려하여, 본 연구에서는 보 하부 플랜지에만 수평/삼각헌치를 보강하거나 RBS를 도입하여 이 때의 내진성능을 평가하였다. 실물대 실험 결과 수평/삼각헌치 혹은 중량전단탭으로 보강한 실험체는 모두 합성작용으로 인한 부작용을 극복하고 특수모멘트접합부가 요구하는 수준 이상의 소성회전각 5%이상을 발현함을 확인하였다. 또한 SRC 기둥에 RBS를 도입할 경우 접합부에 소요되는 변형의 대부분을 RBS측에서 일어나도록 유도함으로써 SRC기둥에 발생하는 손상을 방지하는 효과가 있음을 규명하였다. 이 중 중량전단탭 보강에 따른 접합부의 거동을 분석하기 위하여 추가의 수치해석 연구를 실시하였으며, 제시한 각각의 보강안에 대한 권장상세를 제시하였다.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제1권2호
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• pp.14-19
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• 2010

건설관련 설계기술자들에게는 첨단 복합신소재 구조에 대한 이론이 너무 어려워서 간단하면서도 쉽게 적용할 수 있는 정확한 방법을 필요로 하고 있다. 몇 가지 섬유 배향각을 가진 적층판은 층수가 증가하면 $D_{16}$, $B_{16}$, $D_{26}$ 및 $B_{26}$ 강성이 감소하게 되어 특별직교이방성 판처럼 거동함을 밝히고, 간단한 공식들을 개발하여 발표한 바 있다. 대부분의 교량이나 건물의 상판은 형상비가 큰 경우가 많은데, 이런 구조물의 평형방정식에 대한 종방향모멘트항(Mx)의 영향은 매우 작아서, 더욱 간단한 해석이 가능하다. 본 논문에서는 복합적층판의 고유진동수에 대한 형상비의 영향을 연구하였으며 이 방법을 사용하면 충분히 정확한 값을 쉽게 산출할 수 있다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제5권4호
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• pp.91-100
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• 2005

데크플레이트와 콘크리트가 합성되어 있는 합성 바닥판 구조물은 데크플레이트의 골 방향과 골 직각방향에 대하여 강성이 다르므로 직교이방성판 거동을 보이고 있으며 테크플레이트와 콘크리트의 합성 거동으로 인하여 적층 바닥판 구조물로 평가할 수 있다. 이러한 합성데크 바닥판 구조물의 진동에 대한 정확한 사용성 평가를 위해서는 합성데크 바닥판 구조물의 정밀 진동해석을 수행하여야 한다. 이를 위해서는 합성데크 바닥판 구조물의 강성에 대한 직교이방성 그리고 데크플레이트와 콘크리트의 합성에 대한 정확한 거동 평가가 수반되어야 한다. 본 논문에서는 합성데크 바닥판 구조물의 골 직각 방향에 대한 강성을 계산하기 위하여 각각의 토핑 콘크리트 두께와 데크플레이트 두께를 적용하였다. 또한 골 방향에 대한 강성을 계산하기 위하여 콘크리트와 데크플레이트의 단면 강성을 구하여 등가두께를 적용하였다. 그리고 콘크리트와 데크플레이트의 합성거동을 표현하기 위하여 적층판에 대한 등가 강성식을 적용, 합성데크 바닥판 구조물의 강성을 나타내었다. 본 논문에서 제안한 합성데크 바닥판 구조물의 실용적인 모형화방법을 적용할 경우에 합성데크 바닥판 구조물의 강성에 대한 직교이방성과 콘크리트와 데크플레이트의 합성 거동을 잘 표현할 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.633-642
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• 2006

연속 강합성 교량에 종방향 프리스트레스를 도입해야 하는 프리캐스트 바닥판을 적용하기 위해서는 균열제어를 위한 사용성 설계가 이루어져야 한다. 특히, 2거더 교량의 경우에는 장지간 바닥판의 설계에서 요구되는 주철근 및 횡방향 프리스트레스와 합성설계를 위해 요구되는 전단포켓의 존재로 인해서 상세가 복잡해지게 된다. 이 논문에서는 2거더 연속강합성 교량의 프리캐스트 바닥판 채용을 위해서 필요한 유효 프리스트레스 크기의 산정과 상세의 단순화를 이루기 위해서 부착강도를 인정할 수 있는 채움재료의 선정 및 그 기준을 제시하였다. 또한, 장기거동에 대한 평가 방안을 제시하고 그 결과로부터 초기 프리스트레스의 크기 결정을 수행하여 기존의 설계의 개선 정도를 평가하였다. 일정 수준이상의 부착강도를 갖는 채움재료를 부모멘트가 크게 발생하는 영역에 사용하면 연속 강합성 교량의 전구간에 걸쳐서 일정한 종방향 프리스트레스 도입이 가능하고 이로 인해 상세의 단순화 및 경제성을 높일 수 있다.

• Steel and Composite Structures
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• 제36권5호
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• pp.507-519
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• 2020

Double skin composite walls are increasingly popular and have been applied to many safety-related facilities. They come from the concept of composite slabs. Conventional connectors such as shear studs and binding bars were used in previous studies to act as the internal mechanical connectors to lock the external steel faceplates to the concrete core. However, the restraint effects of these connectors were sometimes not strong enough. In this research, a recently proposed unique type of steel truss was employed along the wall height to enhance the composite action between the two materials. Concrete-filled tube columns were used as the boundary elements. Due to the existence of boundary columns, the restraints of steel faceplates to the concrete differ significantly for the walls with different widths. Therefore, there is a need to explore the effect of height-to-width ratio on the structural behavior of the wall. In the test program, three specimens were designed with the height of 3000 mm, the thickness of 150 mm, and different widths, to simulate the real walls in practice. Axial compression was applied by two actuators on the tested walls. The axial behavior of the walls was evaluated based on the analysis of test results. The influences of height-to-width ratio on structural performance were evaluated. Finally, discussion was made on code-based design.

• Steel and Composite Structures
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• 제37권5호
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• pp.589-603
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• 2020

This paper presents an investigation of the thermal performance of composite floor slabs with profiled steel decking exposed to fire effects from floor. A detailed finite-element model has been developed by representing the concrete slab with steel decking under of it and steel beam both steel parts protected by intumescent coating. Although this type of floor systems offers a better fire resistance, passive fire protection materials should be applied when a higher fire resistance is desired. Moreover, fire exposed side is so crucial for composite slab systems as the total fire behaviour of the floor system changes dramatically. When the fire attack from steel parts, the temperature rises rapidly resulting in a sudden decrease on the strength of the beam and decking. Herein this paper, the fire attack side is assumed from the face of the concrete floor (top of the concrete assembly). Therefore, the heat is transferred through concrete to the steel decking and reaching finally to the steel beam both protected by intumescent coating. In this work, the numerical model has been established to predict the heat transfer performance including material properties such as thermal conductivity, specific heat and dry film thickness of intumescent coating. The developed numerical model has been divided into different layers to understand the sensitivity of steel temperature to the number of layers of intumescent coating. Results show that the protected composite floors offer a higher fire resistance as the temperature of the steel section remains below 60℃ even after 60-minute Standard (ISO) fire and Fast fire exposure. Obtaining lower temperatures in steel due to the great fire performance of the concrete itself results in lesser reductions of strength and stiffness hence, lesser deflections.