• 대한토목학회논문집
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• 제28권4A호
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• pp.465-474
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• 2008

일반적으로, 보-기둥 부재로 구성된 강뼈대구조물의 설계는 개별부재의 유효좌굴길이를 고려하여 설계기준에서 제시한 안정성 평가식을 적용하고 있다. 그러나 이 방법은 구조물에서 상대적으로 작은 압축력이 적용되는 부재에서는 유효좌굴길이가 커지는 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제를 극복하고자 본 연구에서는 대상 구조물의 초기결함(initial imperfection)을 고려한 2차 탄성해석법을 제시한다. 이 방법은 탄성좌굴 고유치해석으로 산정된 좌굴모드 및 좌굴고유치, 개별부재의 축력을 이용하여, 가장 작은 무차원 세장비를 가진 부재를 선정하고, 그 부재에 대하여 기하적, 재료적인 효과가 고려된 설계기준의 기준강도곡선으로부터 좌굴모드에 대한 증폭량을 산정한다. 이렇게 결정된 증폭량을 대상 구조물의 좌굴모드에 증폭시켜 2차 탄성해석을 수행하고, 개별부재의 안정성을 평가한다. 본 방법의 타당성을 확인하기 위하여, 8층 및 4층으로 이루어진 평면 강뼈대구조물에 적용시키고, 설계기준에서 제시하는 안정성 평가법과 비교한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.15-25
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• 1993

복합재료를 효과적으로 사용하기 위하여 복합재료 구조물의 설계기준 개발을 위한 연구가 진행되고 있다. 금속 셀의 좌굴에 대한 설계시에는 초기 결함의 영향과 탄성임계좌굴응력을 근거로 한 녹다운계수(Knock-down factor)를 정의하는 것이 중요한 과정이나 복합재료 쉘의 좌굴에 대한 설계시에는 초기 결함에 대한 민감도가 거의 연구되어 있지 않은 실정이다. 복합재료 쉘의 좌굴거동에 영향을 주는 설계변수는 많기 때문에, 쉘의 설계시 이 변수들로 인한 초기 결함 민감도를 분석하기 위하여 많은 실험을 필요로 하고 있으며 실험 이외의 다른 방법으로서는 이미 검증된 수치모델을 사용하는 것이다. 본 논문에서는 복합재료 쉘요소를 개발하는데 사용된 이론을 요약, 정리 하였으며 수치예제를 통하여 본 연구에서 제안한 쉘요소의 정확성을 검증하였다. 그리고 축방향으로 압축을 받는 GFRP 곡선형 판넬의 설계시 고려해야 하는 각 변수들을 다양하게 변화시키면서 좌굴거동에 미치는 영향을 유한요소 모델링에 의해 고찰하였다. 방법으로서 초기 결합 및 두께의 진폭을 고려한 비선형 해석과 고유치 해석을 수행하였으며 이 결과를 이용하여 녹다운 계수를 산출하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제7권1호
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• pp.19-34
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• 2007

This paper presents results of a non-linear finite element analysis of axially loaded slender hollow structural section (HSS) columns, strengthened using high modulus carbon-fiber reinforced polymer (CFRP) longitudinal sheets. The model was developed and verified against both experimental and other analytical models. Both geometric and material nonlinearities, which are attributed to the column's initial imperfection and plasticity of steel, respectively, are accounted for. Residual stresses have also been modeled. The axial strength in the experimental study was found to be highly dependent on the column's imperfection. Consequently, no specific correlation was established experimentally between strength gain and amount of CFRP. The model predicted the ultimate loads and failure modes quite reasonably and was used to isolate the effects of CFRP strengthening from the columns' imperfections. It was then used in a parametric study to examine columns of different slenderness ratios, imperfections, number of CFRP layers, and level of residual stresses. The study demonstrated the effectiveness of high modulus CFRP in increasing stiffness and strength of slender columns. While the columns' imperfections affect their actual strengths before and after strengthening,the percentage gain in strength is highly dependent on slenderness ratio and CFRP reinforcement ratio, rather than the value of imperfection.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제10권3호통권36호
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• pp.407-421
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• 1998

본 논문에서는 박판구조물의 좌굴모드 및 좌굴응력값을 구하기 위해서 spline finite strip method를 이용하여 박판구조물이 흔히 좌굴을 일으키기 전에 다양한 초기부정형으로 인하여 발생할 수 있는 전좌굴변형 및 비선형 응력-변형률 관계를 포함한 비선형 비탄성 좌굴해석프로그램을 개발하였다. 이 방법은 다양한 지점조건과 임의의 하중조건을 가지는 박판구조물에 적용이 가능하며, 초기부정형과 잔류응력을 포함하고 있는 다양한 형태의 박판구조물의 비선형 좌굴거동을 보다 정확하게 예측할 수가 있었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제27권5호
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• pp.555-566
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• 2018

A 1/3 composite cylindrical shell with a central rectangular opening was axially compressed experimentally, and its critical buckling load and displacement, and strains were measured. A finite element model (FEM) of the shell with Hashin failure criteria was established to analyze its buckling and post-buckling behaviors by nonlinear Newton-Raphson method. The geometric imperfection sensitivity and the effect of side supported conditions of the shell were investigated. It was found that the Newton-Raphson method can be used to analyze the buckling and post-buckling behaviors of the shell. The shell is not sensitive to initial geometric imperfection. And the support design of the shell by side stiffeners is a good way to obtain the critical buckling load and simplify the experimental fixture.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제9권1호
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• pp.81-105
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• 2022

The use of concrete filled steel tube (CFST) column is widely accepted due to its property of high axial load carrying capacity, more ductility and more resistant to earthquake specially using in bridges and high-rise buildings. The initial imperfection (δ) that produces during casting or fixing causes the reduction in load carrying capacity, this is the reason, experimental capacity is always less then theoretical one. In this research, the effect of δ on load carrying capacity and behavior of concrete filled steel tube (CFST) column have been investigated by numerically simulation of large number of models with different δ and other geometric parameters that include length (L), width (B), steel tube thickness (t), f'_c and f_y. Finite element analysis software ANSYS v18 is used to develop model of SCFST column to evaluate strength capacity, buckling and failure pattern of member which is applied during experimental study under cyclic axial loading. After validation of results, 42 models with different parameters are evaluated to develop empirical equation predicting axial load carrying capacity for different value of δ. Results indicate that empirical equation shows the 0 to 9% error for finite element analysis Forty-two models in comparison with ANSYS results, respectively. Empirical equation can be used for predicting the axial capacity of early estimating the axial capacity of SCFT column including 𝛿.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제13권2호
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• pp.191-200
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• 2001

본 연구에서는 수치해석을 통하여 축하중을 받는 원통형 쉘의 좌굴해석을 수행하였다. 해석 식과의 비교를 통하여 수치모델 방법, 적절한 요소의 종류 및 요소의 개수등을 제시하였다. 매개변수 해석결과, 직경/두께비가 증가하면 좌굴응력은 크게 감소하나 높이/직경비가 증가하면 그 변화는 미세하며 이는 일반적인 기둥의 좌굴해석 결과와 상이하다. 높이/직경비가 커질수록 원주방향 좌굴모드의 파장수가 감소하였다. 바닥판의 두께가 증가하면 좌굴응력은 1~2% 증가한다. 따라서 그 영향은 거의 무시할 수 있다. 초기 형상결함의 크기가 증가하면 좌굴응력은 큰 감소를 보인다. 또한 회기분석을 통하여 좌굴응력을 간편하게 구할 수 있는 설계식을 도출하였으며, 수치해석 결과와 잘 일치하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제19권5호
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• pp.1237-1258
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• 2015

This paper proposes a simple inelastic analysis approach to efficiently map out the complete nonlinear post-collapse (strain-softening) response and the maximum load capacity of axially loaded concrete encased steel composite columns (stub and slender). The scheme simultaneously incorporates the influences of difficult instabilizing phenomena such as concrete confinement, initial geometric imperfection, geometric nonlinearity, buckling of reinforcement bars and local buckling of structural steel, on the overall behavior of the composite columns. The proposed numerical method adopts fiber element discretization and an iterative M${\ddot{u}}$ller's algorithm with an additional adaptive technique that robustly yields solution convergence. The accuracy of the proposed analysis scheme is validated through comparisons with various available experimental benchmarks. Finally, a parametric study of various key parameters on the overall behaviors of the composite columns is conducted.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제30권1호
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• pp.25-35
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• 2018

균일 외압을 받는 링 보강 원형단면 강재 쉘에 대하여 재료 및 기하학적 비선형 유한요소법(GMNIA)을 적용하여 외압강도를 평가하였다. 링 보강 쉘의 기하학적 초기결함의 진폭, 반경 대 두께 비, 링 보강재 간격 대 반경비 등이 외압강도에 미치는 영향을 분석하였으며, Eurocode 3과 DNV 설계기준에 의한 설계 외압 강도와 유한 요소해석으로 구한 외압강도를 비교 평가하였다. 기하학적 초기결함의 형상은 선형탄성 좌굴해석에 의한 좌굴모드를 적용하였으며 보강 쉘의 반경 대 두께 비는 250~500범위를 고려하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제49권2호
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• pp.147-161
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• 2014

In this paper a nonlinear finite element analysis model is established for cold-formed steel zed-section purlins subjected to uplift loading. In the model, the lateral and rotational restraints provided by the sheeting to the purlin are simplified as a lateral rigid restraint imposed at the upper flange-web junction and a rotational spring restraint applied at the mid of the upper flange where the sheeting is fixed. The analyses are performed by considering both geometrical and material nonlinearities. The influences of the rotational spring stiffness and initial geometrical imperfections on the uplift loading capacity of the purlin are investigated numerically. It is found that the rotational spring stiffness has significant influence on the purlin performance. However, the influence of the initial geometric imperfections on the purlin performance is found only in purlins of medium or long length with no or low rotational spring stiffness.