• Smart Structures and Systems
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• 제29권4호
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• pp.641-652
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• 2022

High-rise structures prone to large vibrations under the action of strong winds, resulting in fatigue damage of the structural components and the foundation. A novel compound damping cable system (CDCS) is proposed to suppress the excessive vibrations. CDCS uses tailored double cable system with increased tensile stiffness as the connecting device, and makes use of the relative motion between the high-rise structure and the ground to drive the damper to move back-and-forth, dissipating the vibration mechanical energy of the high-rise structure so as to decaying the excessive vibration. Firstly, a third-order differential equation for the free vibration of high-rise structure with CDCS is established, and its closed form solution is obtained by the root formulas of cubic equation (Shengjin's formulas). Secondly, the analytical solution is validated by a laboratory model experiment. Thirdly, parametric analysis is conducted to investigate how the parameters affect the vibration control performance. Finally, the dynamic responses of the high-rise structure with CDCS under harmonic and stochastic excitations are calculated and its vibration mitigation performance is further evaluated. The results show that the CDCS can provide a large equivalent additional damping ratio for the vibrating structures, thus suppressing the excessive vibration effectively. It is anticipated that the CDCS can be used as a good alternative energy dissipation system for vibration control of high-rise structures.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.81-88
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• 2009

본 논문은 부재 단위의 강성 재설계를 통해 전역 자유도 변위의 정량적 조절이 가능한 변위조절 기법의 개발을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 부분적 강성변경이 발생했을 때 전체 구조물을 재해석하지 않고 관심 있는 특정 위치의 변위와 부재력만을 실시간 응답수준에서 재계산할 수 있는 부분재해석 기법을 적용하였다. 부분재해석 기법은 복잡한 미분계산이나 반복적인 구조해석을 수행하지 않아도 되는 단순한 기본개념의 기법으로서 계산이 효율적이고 강성변경 후의 변위를 바탕으로 변위에 대한 민감도를 계산하기에 수렴 속도가 빠른 장점을 가진다. 부분재해석 기법을 통해 전역 자유도에 대한 강성 변경 부재의 변위기여도를 계산하고 변위기여도에 따라 해당 부재의 강성을 변경시킴으로써 반복적 구조해석이나 민감도 해석 없이 특정 변위를 최소의 물량만으로 정량적으로 제어하는 변위조절 설계법을 제시하였다. 예제를 통한 검증결과, 부분재해석 기법이 고층건물의 횡변위제어에 효과적으로 활용될 수 있음을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권5A호
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• pp.361-367
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• 2011

케이블구조의 기하학적 비선형해석을 위한 탄성포물선 케이블요소를 제시한다. 이를 위하여 먼저 탄성현수선 케이블요소에 대한 적합조건과 접선강도행렬 유도과정을 간략히 요약한다. 이를 토대로 장력이 충분히 도입되어 자중에 의한 처짐 형상이 포물선에 가깝다는 가정 하에서 무응력길이를 포함하는 탄성포물선 케이블요소의 비선형 힘-변형관계식과 접선강도행렬을 유도한다. 또한 현(chord) 방향으로 두 케이블요소의 등가 공칭장력식을 정의한다. 탄성포물선 케이블요소의 수치적인 정확성을 확인하기 위하여, 경사진 케이블을 한 개의 탄성현수선과 탄성포물선 케이블요소로 각각 모델링하여 매개변수 해석을 수행하고 비교, 분석한 결과를 제시한다. 제시된 탄성포물선요소는 충분한 정확도를 가지고 케이블지지 구조물의 초기치해석 및 기하비선형해석에 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.63-74
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• 2015

This study investigated the influence of probabilistic variability in stiffness and nonlinearity of soil on response of nuclear power plant (NPP) structure subjected to seismic loads considering the soil-structure interaction (SSI). Both deterministic and probabilistic methods have been employed to evaluate the dynamic responses of the structure. For the deterministic method, $SRP_{min}$ method given in USNRC SRP 3.7.2(2013) (envelope of responses using three shear modulus profiles of lower bound($G_{LB}$), best estimate($G_{BE}$) and upper bound($G_{UB}$)) and $SRP_{max}$ method (envelope of responses by more than three ground profiles within range of $G_{LB}{\leq}G{\leq}G_{UB}$) have been considered. The probabilistic method uses the Latin Hypercube Sampling (LHS) that can capture probabilistic feature of soil stiffness defined by the median and the standard deviation. These analysis results indicated that 1) number of samples shall be larger than 60 to apply the probabilistic approach in SSI analysis and 2) in-structure response spectra using equivalent linear soil profiles considering the nonlinear behavior of soil medium can be larger than those based on low-strain soil profiles.

• Steel and Composite Structures
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• 제19권5호
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• pp.1203-1219
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• 2015

'Distortional buckling' is one of the predominant buckling types that may occur in a steel-concrete composite box beam (SCCBB) under a negative moment. The key factors, which affect the buckling modes, are the torsional and lateral restraints of the bottom plate of a SCCBB. Therefore, this article investigates the equivalent lateral and torsional restraint rigidity of the bottom plate of a SCCBB under a negative moment; the results of which show a linear coupling relationship between the applied forces and the lateral and/or torsional restraint stiffness, which are not depended on the cross-sectional properties of a SCCBB completely. The mathematical formulas for calculating the lateral and torsional restraint rigidity of the bottom plate can be used to estimate: (1) the critical distortional buckling stress of SCCBBs under a negative moment; and (2) the critical distortional moment of SCCBBs. This article develops an improved calculation method for SCCBBs on an elastic foundation, which takes into account the coupling effect between the applied forces and the lateral and/or torsional restraint rigidity of the bottom plate. This article analyzes the accuracy of the following calculation methods by using 24 examples of SCCBBs: (1) the conventional energy method; (2) the improved calculation method, as it has been derived in this article; and (3) the ANSYS finite element method. The results verify that the improved calculation method, as it has been proved in this article, is more accurate and reliable than that of the current energy method, which has been noted in the references.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제63권5호
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• pp.617-628
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• 2017

In order to study the failure mode and seismic behavior of the interior-joint in steel traditional-style buildings, a single beam-column joint and a double beam-column joint were produced according to the relevant building criterion of ancient architectural buildings and the engineering instances, and the dynamic horizontal loading test was conducted by controlling the displacement of the column top and the peak acceleration of the actuator. The failure process of the specimens was observed, the bearing capacity, ductility, energy dissipation capacity, strength and stiffness degradation of the specimens were analyzed by the load-displacement hysteresis curve and backbone curve. The results show that the beam end plastic hinge area deformed obviously during the loading process, and tearing fracture of the base metal at top and bottom flange of beam occurred. The hysteresis curves of the specimens are both spindle-shaped and plump. The ultimate loads of the single beam-column joint and double beam-column joint are 48.65 kN and 70.60 kN respectively, and the equivalent viscous damping coefficients are more than 0.2 when destroyed, which shows the two specimens have great energy dissipation capacity. In addition, the stiffness, bearing capacity and energy dissipation capacity of the double beam-column joint are significantly better than that of the single beam-column joint. The ductility coefficients of the single beam-column joint and double beam-column joint are 1.81 and 1.92, respectively. The cracks grow fast when subjected to dynamic loading, and the strength and stiffness degradation is also degenerated quickly.

• 대한조선학회논문집
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• 제53권6호
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• pp.447-455
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• 2016

Precise propulsion shafting alignment of ships is very important to prevent damage of its support bearings due to excessive reaction forces caused by hull deflection, forces acted on propeller and crankshaft, and so forth. In this paper, a new iterative shafting alignment calculation procedure considering the interaction between shaft deflection and oil film pressure of Sterntube Journal Bearing (SJB) bush with single or multiple slopes is proposed. The procedure is based on a pressure analysis to evaluate distributed equivalent support stiffness of SJB by solving Reynolds equation and a deflection analysis of shafting system by a finite element method based on Timoshenko beam theory. SJB is approximated with multi-point biaxial elastic supports equally distributed to its length. Their initial stiffness values are estimated from dynamic reaction force calculated by assuming SJB as single rigid support. Then, the shaft deflection and the support stiffness of SJB are sequentially and iteratively calculated by applying a criteria on deflection variation between sequential calculation results. To demonstrate validity and applicability of the proposed procedure for optimal slope design of SJB, numerical analysis results for a shafting system are described.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권6호
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• pp.2804-2811
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• 2012

본 연구에서는 직접변위기반 설계법에 의하여 철근콘크리트 기둥이 목표변위에 도달하도록 하는 보강설계를 수행하였다. 철근콘크리트 기둥의 비선형 거동은 등가 선형 시스템으로 단순화하여 해석한다. 먼저 목표변위를 결정하고, 단자유도 시스템의 등가고유주기를 추정하기 위하여 탄성 변위스펙트럼을 작성하였다. 고유주기가 결정되면 시스템의 질량을 근거로 강성을 이용하여 요구강도를 계산한다. 이후 비선형 층상화 단면해석을 통해 얻어진 하중-변위관계에 따라 요구강도를 만족하는 보강설계를 수행하였다. 비선형 층상화 단면해석 프로그램을 개발하고 보강설계 절차를 제안하였으며 이를 적용한 결과, 보강설계를 통해 보강한 철근콘크리트 기둥은 보강하지 않은 기둥과 비교하여 내진 성능이 향상 된 것을 확인 할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제21권2호
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• pp.117-127
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• 2011

균열암반의 역학적 및 수리적 성질에 암반 초기응력이 미치는 영향을 고찰하였다. 지질 데이터는 스웨덴 원전원료 및 방사성 폐기물 관리회사(SKB)에 의해 수행된 포쉬마크지역의 부지조사로부터 획득되었으며 암반균열망-개별요소법 수치실험(Discrete Fracture Network - Discrete Element Method) 을 통하여 암반의 등가역학적 및 등가수리적 물성을 결정하였다. 수치실험결과 균열 강성의 응력의존성, 균열 방향에 따른 상이한 변형거동, 균열거동에 따른 수리유동 경로의 변화 등의 원인에 의하여 등가역학적 및 등가수리적 물성은 응력의존성이 큰 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 암반 초기응력의 정확한 예측이 특정 부지에서의 경계조건으로서뿐만 아니라 균열암반의 역학적 및 수리적 물성을 이해하는 데도 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.459-467
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• 2014

ILM 교량은 압출되는 동안 상부의 단면이 지간의 중앙부와 지점부를 모두 통과한다. 따라서 발생되는 최대 정모멘트 및 최대 부모멘트를 효과적으로 제어하기 위해서 압출추진코를 이용한다. 이 연구에서는 압출중 상부구조물에 발생하는 휨모멘트를 계산할 수 있는 다이아프램이 고려된 단순 해석식을 개발하였다. 또한 다이아프램이 고려된 압출추진코의 최적설계조건에 관하여 분석하였다. 단순 해석식을 MIDAS Civil과 비교한 결과 대부분의 경우 0.5%이하의 오차를 가지는 정확성을 확인하였다. 다이아프램의 영향을 고려했을 경우와 고려하지 않았을 경우 사례교량에서 최대 13%의 휨모멘트 차이를 보였다. 또한, 단순 해석식에 적용시킬 등가 등단면의 단위중량 및 평균강성값을 결정할 수 있는 기준을 제시하였다. 이 연구에서는 ILM 교량의 압출중 역학특성으로 인하여 부모멘트 최소화 조건만을 사용하는 것이 압출추진코 최적설계를 위한 효과적인 방법으로 판단하였다.