• Steel and Composite Structures
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• 제42권1호
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• pp.91-106
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• 2022

Concrete-filled square stainless steel tubes (CFSSST), which possess relatively large flexural stiffness, high corrosion resistance and require simple joint configurations and low maintenance cost, have a great potential in constructional applications. Despite that the use of stainless steel may result in high initial cost compared to their conventional carbon steel counterparts, the whole-life cost of CFSSST is however considered to be lower, which offers a competitive choice in engineering practice. In this paper, a comprehensive experimental and numerical program on 24 CFSSST stub column specimens, including 3 austenitic and 3 duplex stainless steel square hollow section (SHS) stub columns and 9 austenitic and 9 duplex CFSSST stub columns, has been carried out. Finite element (FE) models were developed to be used in parametric analysis to investigate the influence of the tube thickness and concrete strength on the ultimate capacities more accurately. Comparisons of the experimental and numerical results with the predictions made by design guides ACI 318, ANSI/AISC 360, Eurocode 4 and GB 50936 have been performed. It was found that these design methods generally give conservative predictions to the ultimate capacities of CFSSST stub columns. Improved calculation methods, developed based on the Continuous Strength Method, have been proposed to provide more accurate estimations of the ultimate resistances of CFSSST stub columns. The suitability of these proposals has been validated by comparison with the test results, where a good agreement between the predictions and the test results have been achieved.

• Composites Research
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• 제35권5호
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• pp.303-308
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• 2022

PIC(Piecewise Integrated Composite)는 적층 복합재의 기계적 특성을 향상시키기 위해 다양한 적층 순서를 모자이크 방식으로 할당하여 복합 구조를 설계하는 새로운 개념이다. 또한 머신 러닝은 인공 지능의 하위 범주로, 컴퓨터가 데이터에서 지속적으로 학습하고 데이터를 기반으로 예측하는 능력을 개발한 다음 추가 프로그래밍 없이 조정하는 과정을 의미한다. 본 연구에서는 구조적 강성을 높이기 위해 기계학습을 기반으로 넓고 얇은 LCD 디스플레이를 운반 및 이송하기 위한 테이퍼 박스형 빔형 PIC 로봇 암이 설계되었다. 필수 학습 데이터는 예비 FE 해석 과정에서 유한 요소 모델 중 의도적으로 배치된 참조 요소에서 수집되었다. 또한 인장, 압축 또는 전단과 같은 지배적인 외부 하중 유형을 판단하기 위해 각 유한 요소에 대한 3축 특성 값을 얻었다. 학습 데이터를 이용하여 머신 러닝 모델을 훈련하고 평가되었으며, 정확도 레벨을 만족한 머신 러닝 모델을 이용해 요소의 로딩 유형을 예측하였다. 특정 하중 유형에 대해 우세한 것으로 알려진 세 가지 유형의 적층 각도 순서가 PIC 로봇 암에 모자이크 방식으로 할당되었습니다. 이후 굽힘형 FE 해석을 수행한 결과 PIC 로봇 암이 기존의 단일 적층 각도 순서로 제작된 복합재 로봇 암에 비해 강성이 증가된 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권5A호
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• pp.519-529
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• 2009

복합소재는 화학적, 역학적인 면에서 여러 장점을 가지고 있다. 피로 저항성과 화학적 저항성이 높을 뿐 아니라, 비강도, 비강성 등이 높아서 높은 감쇠 특성을 보인다. 항만 구조물에 사용되는 파일은 압축 뿐만 아니라 휨을 받기도 하므로 이에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 대구경을 포함하는 콘크리트 충전 유리섬유 복합소재 파일의 압축 거동 혹은 휨-압축 거동을 분석한다. 지름 및 길이가 서로 다른 25개의 실험 파일을 제작하는데, 시편의 복합소재 튜브 내경은 165 mm에서 600 mm에 이르고, 길이는 1,350 mm에서 8,000 mm에 이른다. 수적층 및 필라멘트 와인딩 성형 공법을 모두 사용하여 튜브를 제작하여 적층의 구조가 미치는 차이를 알아보았다. 충전 콘크리트의 강도로는 27 MPa과 40 MPa를 사용하였다. 축방향 및 원주방향의 섬유의 부피비에 변화를 주어 각각의 영향을 분석하였고, 일부 시편에는 나선형 홈을 튜브 안쪽에 성형하여 충전 콘크리트와 튜브 사이의 전단변형을 줄이는데 기여할 수 있는지 분석하였다. 실험결과를 보면, 직포만을 사용하여 수적층 성형 공법으로 파일을 제작하는 것보다 필라멘트 와인딩 성형 공법을 이용하여 제작하는 것이 휨강성을 높이는데 훨씬 유리하다. 나선형 홈을 성형해서 넣더라고 휨강성은 낮은 하중단계에서 부터 지속적으로 감소하는 경향을 보이는 것으로 보아, 충전 콘크리트와 튜브 사이의 전단변형을 완전히 억제하지는 못하는 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.435-444
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• 2016

층간소음의 문제가 가장 크게 대두되고 있는 현재 층간소음 저감 방법으로 뜬바닥 구조에 적용되는 차음재등이 연구되고 있으나 이러한 방법의 경우 경량충격음에는 효과적이나 중량 충격음을 저감하기에는 재료 및 기술적 한계에 다다르고 있다. 중량충격음 저감을 위해서는 슬래브의 중량을 증가시켜 충격에 대해 바닥은 진동하기 어렵게 하여 충격에 의한 발생음을 저감시키거나, 슬래브의 강성을 높여 충격점의 유효 질량을 높여 중량충격음을 저감하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 중량 충격음을 저감하기 위한 한 방편으로 고중량, 고강성 기포콘크리트 제조함으로서 바닥충격음을 저감하기 위한 기술을 개발하고자 하였다. 연구 결과 기포제 종류 및 혼입량과 경량골재 종류 및 투입량과 관계없이 유동성은 190 mm이상으로 매우 우수한 것으로 나타났다. 밀도 및 압축강도 측정 결과 기포콘크리트의 경우 기포 혼입율 50%에서만, 경량골재 기포콘크리트의 경우 모든 배합에서 목표 밀도 및 압축강도를 만족하는 것으로 나타났다. 열전도율 측정 결과 기포콘크리트의 경우 VS50을 제외하고는 모두 만족하는 것으로 나타났으며, 경량골재 기포콘크리트의 경우 Type A 골재의 경우 대체율 25%, Type B의 경우 모든 배합에서 목표를 만족하는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.19-26
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• 2021

격자 구조체는 강도 및 강성, 초경량 및 에너지 흡수 능력 등의 우수성을 가지고 있어서 전방위 산업에서 주목을 받고 있으나, 다양한 장점에도 불구하고 복잡한 형상에 따른 제조 공정의 어려움으로, 현재까지 광범위한 상용화 및 사용은 제한되고 있다. 한편 적층 제조는 전통적인 제조 방법으로는 불가능한 복잡한 기하학적 형상 제조가 가능한 기술로써, 격자 구조체 제조를 위한 최적 기술로 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 3차원 좌표 방법으로 단위 셀을 형성하고, 단위셀의 바운더리 박스 크기 및 스트럿 반경에 따른 상대 밀도의 관계식을 도출하였다. 본 연구에서는 Simple Cubic(SC), Body-Centered Cubic(BCC) 및 Face-Centered Cubic(FCC)을 모델링 소프트웨어를 사용하여 상대 밀도 맞춤형 구조체를 설계하였다. 본 연구에서 제안한 상대 밀도 산출식 정확도는 SC, BCC 및 FCC에서 98.3 %, 98.6 % 및 96.2%의 신뢰성을 확보하였다. 격자 구조체를 대상으로 시뮬레이션 수행 결과, 동일한 셀 배열 조건에서는 상대 밀도가 커짐에 따라 항복 하중이 커지고, 동일 배열 조건에서는 SC, BCC, FCC 순으로 압축 항복 하중이 작아지는 결과가 나타났다. 최종적으로 20 mm × 20 mm × 20 mm 크기의 구조체는 SC 단위 셀을 3×3×3 배열로 구성하는 것이 압축 하중에 대한 구조적 최적화가 가능한 것으로 나타났다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권4호
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• pp.35-44
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• 2006

이 연구의 목적은 변동 축하중을 받는 중공 철근콘크리트 교각의 비탄성 거동을 파악하는데 있다. 변동 축하중은 연성도, 강도, 강성, 에너지 소산 등에 큰 영향을 미친다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이 연구에서는 변동 축하중을 받는 중공 철근콘크리트 교각의 비탄성 거동의 파악을 위해 제안한 해석기법을 신뢰성 있는 연구자의 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제2권1호
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• pp.45-56
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• 2010

Polymer composite materials offer high strength and stiffness to weight ratio, corrosion resistance, and total life cost reductions that appeal to the marine industry. The advantages of composite construction have led to their incorporation in U.S. yacht hull structures over 46 meters (150 feet) in length. In order to construct even larger hull structures, higher quality composites with lower cost production techniques need to be developed. In this study, the effect of composite hull fabrication processes on mechanical properties of glass fiber reinforced plastic (GFRP) composites is presented. Fabrication techniques investigated during this study are hand lay-up (HL), vacuum infusion (VI), and hybrid (HL+VI) processes. Mechanical property testing includes: tensile, compressive, and ignition loss sample analysis. Results demonstrate that the vacuum pressure implemented dining composite fabrication has an effect on mechanical properties. The VI processed GFRP yields improved mechanical properties in tension/compression strengths and tensile modulus. The hybrid GFRP composites, however, failed in a sequential manor, due to dissimilar failure modes in the HL and VI processed sides. Fractography analysis was conducted to validate the mechanical property testing results.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제32권3호
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• pp.399-406
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• 2009

A three-dimensional panel system, which was offered as a new method for construction in Jordan using relatively high strength modular panels for walls and ceilings, is investigated in this paper. The panel consists of two steel meshes on both sides of an expanded polystyrene core and connected together with a truss wire to provide a 3D system. The top face of the ceiling panel was pored with regular concrete mix, while the bottom face and both faces of the wall panels were cast by shotcreting (dry process). To investigate the structural performance of this system, an extensive experimental testing program for ceiling and wall panels subjected to static and dynamic loadings was conducted. The load-deflection curves were obtained for beam and shear wall elements and wall elements under transverse and axial loads, respectively. Static and dynamic analyses were conducted, and the performance of the proposed structural system was evaluated and compared with a typical three dimensional reinforced concrete frame system for buildings of the same floor areas and number of floors. Compressive strength capacity of a ceiling panel is determined for gravity loads, while flexural capacity is determined under the effect of wind and seismic loading. It was found that, the strength and serviceability requirements could be easily satisfied for buildings constructed using the three-dimensional panel system. The 3D panel system is superior to that of conventional frame system in its dynamic performance, due to its high stiffness to mass ratio.

• Steel and Composite Structures
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• 제37권4호
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• pp.405-418
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• 2020

The application of double-skin composite wall should meet different layout plans. However, most available research focused on the rectangular section with uniform axial compression. In this research, the structural behavior of double-skin composite wall with L section was studied. Due to the unsymmetric geometric characteristics, the considered loading condition combined the axial compression and biaxial bending. Five specimens were designed and tested under eccentric compression. The variables in the test included the width of the web wall, the truss spacing, the thickness of the steel faceplate, and the thickness of the web wall. The test results were discussed in terms of the load-displacement responses, buckling behavior, stiffness, ductility, strength utilization, strain distribution. Two modern codes were employed to predict the interaction between the axial compression and the biaxial bending. The method to calculate the available bending moment along the two directions was proposed. It was found that CECS 159:2004 offers more suitable results than AISC 360.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제7권1호
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• pp.79-93
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• 2013

One of the biggest problems affecting bridges is the transverse cracking and deterioration of concrete bridge decks. The causes of early age cracking are primarily attributed to plastic shrinkage, temperature effects, autogenous shrinkage, and drying shrinkage. The cracks can be influenced by material characteristics, casting sequence, formwork, climate conditions, geometry, and time dependent factors. The cracking of bridge decks not only creates unsightly aesthetic condition but also greatly reduces durability. It leads to a loss of functionality, loss of stiffness, and ultimately loss of structural safety. This investigation consists of field, laboratory, and analytical phases. The experimental and field testing investigate the early age transverse cracking of bridge decks and evaluate the use of sealant materials. The research identifies suitable materials, for crack sealing, with an ability to span cracks of various widths and to achieve performance criteria such as penetration depth, bond strength, and elongation. This paper also analytically examines the effect of a wide range of parameters on the development of cracking such as the number of spans, the span length, girder spacing, deck thickness, concrete compressive strength, dead load, hydration, temperature, shrinkage, and creep. The importance of each parameter is identified and then evaluated. Also, the AASHTO Standard Specification limits liveload deflections to L/800 for ordinary bridges and L/1000 for bridges in urban areas that are subject to pedestrian use. The deflection is found to be an important parameter to affect cracking. A set of recommendations to limit the transverse deck cracks in bridge decks is also presented.