• Structural Engineering and Mechanics
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• 제80권5호
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• pp.595-608
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• 2021

To investigate the mechanical behavior of large stud shear connector embedded in hybrid fiber-reinforced concrete (HFRC), a refined 3D nonlinear finite element (FE) model incorporating the constitutive model of HFRC was developed using ANSYS. Firstly, the test results conducted by the authors (He et al. 2017) were used to validate FE model of push out tests. Secondly, a total of 27 specimens were analyzed with various parameters including fiber volume fractions of HFRC, diameter of studs and HFRC strength. Finally, an empirical equation considering the contribution of steel fiber (SF) and polypropylene fiber (PF) was recommended to estimate the ultimate capacity of large stud shear connector embedded in HFRC.

• Steel and Composite Structures
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• 제43권4호
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• pp.457-464
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• 2022

Optimization in distribution of stay cable forces is one of the most difficult aspects in the design of cable-stayed bridges. This article attempts to examine tension force influence on structural behavior of cable-stayed bridges. For the examination, finite element modeling using nonlinear static and nonlinear modal analyses was completed and compared to structural experimental results. Variables analyzed in this parametric study were: 1) Number of stay cables; 2) Tension of the stay cables, and 3) Stay cable pattern - harp and semi-fan patterns. Though the findings from the analysis are limited to the tested models, the study gives insight on the structural behavior of actual cable stayed bridges.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제9권2호
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• pp.208-215
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• 2021

본 연구에서는 북한 건설환경을 고려한 초고성능 콘크리트 프리캐스트 교량 시스템을 개발하고자 한다. 맞춤형 교량 시스템은 최근에 개발된 압축강도 120MPa 이상, 직접인장강도 7MPa 이상을 갖는 초고성능 콘크리트를 적용하여 설계, 제작 및 구조성능평가를 통하여 북한의 적용 가능성을 분석하였다. 설계를 위해 북한의 자동차짐(30, 40, 55)을 남한의 KL-510 하중과 비교한 결과, 하중이 증가함에 따라 단면이 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 구조성능평가를 위하여 지간장 30m 교량 실험체를 초고성능 콘크리트를 이용하여 제작하였다. 휨 실험을 통하여 하중 분석을 수행한 결과, 설계하중 대비 측정하중은 초기균열하중상태에서 약 167%의 단면성능과 극한한계상태에서 약 134% 이상의 내하력을 확보하여 본 실험에서 요구하는 성능을 만족하였다. 이러한 결과는 기존의 강합성 거더교로 제작하는 장지간 교량 대비 약 11%의 상부공사비가 감소하는 것으로 분석되었다. 그러므로, 본 연구를 통하여 개발된 60m 이상 장지간 맞춤형 교량 시스템을 활용한다면 충분한 가격 경쟁력을 확보 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제21권3호
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• pp.331-342
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• 2009

Miner의 피로손상법칙을 적용하여 피로파괴에 대한 한계상태함수를 표현하고, 실제 국내 통행차량의 통계적 특성을 반영하여 LRFD 설계기준(안)의 피로설계트럭모형과 현 도로교설계기준의 DB-24 하중에 대한 피로파괴 신뢰도해석을 수행하였다. 피로한계상태함수는 Miner의 피로손상법칙을 확률변수의 함수로 나타내고 이들 확률변수에 대하여 국내 통행트럭 등의 실측 통계자료를 분석하여 구한 통계치와 문헌에 보고된 결과를 조사하여 구한 통계치를 적용하여 지간별 및 피로상세별 신뢰도지수를 Rackwitz-Fiessler법으로 구하고, 신뢰도해석 결과를 분석하여 LRFD 설계기준(안)의 피로설계트럭모형을 제안하였다. 아울러, 제안된 피로설계트럭모형을 적용하여 단경간 및 3경간 연속 플레이트 및 박스 거더교의 총 16개 실교량에 대한 피로설계를 수행하고, 설계결과를 현 도로교설계기준의 DB-24 하중에 의한 피로설계 결과와 비교하여 LRFD 피로설계트럭 모형의 적용성을 검토하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권6호
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• pp.1275-1280
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• 2009

최근 교량설계에서 외부 프리스트레스를 도입한 장지간 및 효율적인 단면활용 등과 같은 연구가 활발하게 진행되고 있다. 강구조물에 프리스트레스를 도입하면 큰 하중에서 탄성변형의 극한값이 증가하게 되어, 강재량을 줄일 수 있고, 비용의 측면에서 경제성이 있는 것으로 평가 되었다. 이러한 이유 때문에 우리나라에서도 최근 가설교량 시공시 프리스트레스를 도입하여 응력보정 및 처짐보정이 가능하고, 비교적 작은 단면으로 장지간 교량을 시공할 수 있어 통수단면을 충분히 할 수 있는 여러 가지 공법이 개발되고 있다. 따라서 본 논문에서는 가설 강교량에 프리스트레스 도입방법 및 고강도 텐던의 배치에 따른 영향, 강판과 고강도 텐던의 복합구조에 대한 효과를 기존 가설공법과 비교하여 검증 하고자 한다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권6호통권67호
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• pp.611-620
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• 2003

강합성교량에서 19mm 또는 22mm 직경을 갖는 전단연결재가 일반적으로 사용되고 있다. 강교 상세의 단순화와 향후 바닥판 제거의 용이성 및 프리캐스트 바닥판 전단포켓의 효율적인 배치를 위해서는 대직경 스터드 전단연결재가 필요하다. 현재의 전단연결재 설계범위를 넘어서는 대직경 스터드 전단연결재에 대한 push-out 실험을 통해서 정적거동에 관한 항목들을 검토하고 기존 설계식과의 비교를 수행하였다. 25, 27, 30mm 직경의 스터드에 대한 전단실험을 통해서 탄성영역에서의 전단강성을 평가하고 세 개의 직선으로 구성된 하중-상대변위 곡선을 제안하였다. 파괴시의 극한상대변위를 평가하고 극한강도를 유로코드-4의 설계식과 비교하여 설계의 안전율을 평가하였다. 또한 30mm 스터드의 경우는 용접과 콘크리트 지압능력의 개선이 필요한 것으로 나타났다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제11권1호
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• pp.15-22
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• 2011

본 논문에서는 아치 형상을 갖는 강재 거더에 콘크리트가 충진되고 외부에 긴장력을 도입하여 구조적 효율성을 높인 CFTA 거더(Concrete-Filled and Tied Steel Tubular Arch Girder)의 아치효과와 구조적 성능을 검증하기 위해 정적하중재하실험을 수행하였고, 실험결과의 타당성을 검증하기 위해 유한요소해석을 수행하였다. CFTA 거더는 강재, 콘크리트, PS강재 등을 이용하여 각 재료의 역학적 장점을 최대한 발휘하도록 형상화하였다. 본 연구에서는 프레임해석프로그램으로 지간장 12m인 축소모형을 설계하였으며, 해석결과에 근거하여 정적재하실험이 수행되었다. 정적재하실험 결과, CFTA 거더의 구조적 성능과 안전성이 검증되었으며, 아치 효과에 의해 타 구조형식과는 다른 처짐 형상이 나타났다. 또한 ABAQUS 프로그램을 이용한 유한요소해석을 통해 차량 충돌 안정성과 정적재하실험결과의 타당성을 입증하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제36권3호
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• pp.307-319
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• 2020

The upper chords in half-through truss bridges are prone to buckling due to a lack of the upper transverse connections. Taking into account geometric and material nonlinearity, nonlinear finite-element analysis of a simple supported truss bridge was carried out to exhibit effects of different types of initial imperfections. A half-wave of initial imperfection was proved to be effective in the nonlinear buckling analysis. And a parameter analysis of initial imperfections was also conducted to reveal that the upper chords have the greatest impact on the buckling, followed by the bottom chords, vertical and diagonal web members. Yet initial imperfections of transverse beams have almost no effect on the buckling. Moreover, using influence surface method, the combinatorial effects of initial imperfections were compared to demonstrate that initial imperfections of the upper chords play a leading role. Furthermore, the equivalent effective length coefficients of the upper chord were derived to be 0.2~0.28 by different methods, which implies vertical and diagonal web members still provide effective constraints for the upper chord despite a lack of the upper transverse connections between the two upper chords. Therefore, the geometrical and material nonlinear finite-element method is effective in the buckling analysis due to its higher precision. Based on nonlinear analysis and installation deviations of members, initial imperfection of l/500 is recommended in the nonlinear analysis of half-through truss bridges without initial imperfection investigation.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권6호
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• pp.742-752
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• 2017

본 논문은 중공슬래브 교량의 장점을 극대화하여 프라캐스트로 제작된 PSC-I거더의 단순한 조립을 통해 중공슬래브를 형성시키는 교량공법을 제안하고 이를 검증하였다. 하천이나 단지 내 교량과 같이 저형고 거더교가 요구되는 현장에 고가인 강합성 계열의 교량이 적용되어 과도한 공사비가 소요되고 있으며, 다양한 장점을 갖는 중공슬래브 교량이 콘크라트의 현장타설로 인해 중공부에 구조적 균열이 발생하여 그 적용성이 확장되지 못하고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구를 통해 새로운 거더공법을 대안으로 제시하고 설계기준에 따른 강도와 응력검토, 제작을 위한 거푸집의 설계, 시공단계별 절차 등 현업적용을 위한 기반기술을 개발하였으며, 조립된 거더가 일체로 거동하도록 각 거더의 횡방향 연결을 위한 다양한 공법을 제시하고 적정성을 검토하였다. 또한, 실물크기의 실험체 거더 2본을 제작하고 시공과정에서의 문제점들을 도출하였으며, 하중재하 실험을 수행하여 거더의 성능과 적용성을 검토하였다. 실험결과, 하중의 편측 재하시 발생한 수직변위 계측을 통해 두 거더가 일체로 거동하는 것을 확인하였으며, 설계하중 내에서 선형탄성 휨 거동을 보이며 예상된 설계 강도를 넘어서는 우수한 성능을 나타내었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.429-438
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• 2013

콘크리트 장기변형이 합성단면과 부재의 경계조건에 의해 내 외부 구속된 구조물에 단계별계산법(SSM)을 적용하 기위해 축-휨 요소가 적용된 객체지향 전산구조해석 프로그램이 개발되었다. 단순 및 연속 지지된 PS 콘크리트 박스 및 합성거더, 연속 강합성거더의 조립식 바닥판, 단순 프리플렉스 합성거더에 대한 SSM의 전산구조해석 결과 구속정도가 클수록 수정계수는 감소하였다. 수정계수의 감소에 대해 선인장의 손실률에는 큰 변화가 없으나, 선압축의 손실률은 급격히 증가하였다. 연속보의 내부지점에서 선압축의 손실률은 더욱 증가하였다. 이는 선인장의 손실에 기초한 설계는 내 외부 구속 정도가 큰 구조물에 대한 선압축의 손실을 과소평가할 수 있음을 보여준다. 전산구조해석을 만족하는 크리프의 수정계수는 0.35~0.95의 값이었으며, 수정 계수는 콘크리트 장기변형의 내 외부 구속의 정도를 나타내는 지표로 사용될 수 있다. 도로교설계기준의 수정계수 0.5는 긴장력이 도입된 강합성단면의 조립식 바닥판에 대해서는 부적절하며, 2007년 도입된 AASHTO LRFD 도로교설계기준(2008)과 한계상태에 대한 도로교설계기준의 긴장력 손실에 적용된 수정계수 0.7과 0.8은 PS 콘크리트 합성거더의 연속화에 대한 손실률을 과소평가한다. 복합구조 합성단면의 수정계수는 0.4 이하의 값이 적절하다.