• Advances in Computational Design
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• 제4권1호
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• pp.53-72
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• 2019

Safety measures for tower cranes are extremely important among the seismic countermeasures at high-rise building construction sites. In particular, the collapse of a tower crane from a high position is a very serious catastrophe. An example of such an accident due to an earthquake is the case of the Taipei 101 Building (the author was the project director), which occurred on March 31, 2002. Failure of the bolted joints of the tower-crane mast was the direct cause of the collapse. Therefore, it is necessary to design for this eventuality and to take the necessary measures on construction sites. This can only be done by understanding the precise dynamic behavior of mast joints during an earthquake. Consequently, we created a new hybrid-element model (using beam, shell, and solid elements) that not only expressed the detailed behavior of the site joints of a tower-crane mast during an earthquake but also suppressed any increase in the total calculation time and revealed its behavior through computer simulations. Using the proposed structural model and simulation method, effective information for designing safe joints during earthquakes can be provided by considering workability (control of the bolt pretension axial force and other factors) and less construction cost. Notably, this analysis showed that the joint behavior of the initial pretension axial force of a bolt is considerably reduced after the axial force of the bolt exceeds the yield strength. A maximum decrease of 50% in the initial pretension axial force under the El Centro N-S Wave ($v_{max}=100cm/s$) was observed. Furthermore, this method can be applied to analyze the seismic responses of general temporary structures in construction sites.

• 한국기계가공학회지
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• 제17권1호
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• pp.34-41
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• 2018

A flange joint is a pipe connection used to prevent the leakage of high-pressure fluids by inserting a gasket and tightening the bolts. Among several kinds of gaskets available, metal ring type joint gaskets are most widely used in conditions that require high-temperature and high-pressure fluid flow, such as oil pipelines, gas pipes, pumps, valve joints, etc. The purpose of this study is to investigate the contact pressure and stress characteristics closely related to the sealing performance of Class 900 flange joints used in high temperature and high pressure environments. The dimensions of flange joints with five different nominal pipe sizes were determined with reference to those specified in ASME 16.5. The metal ring gaskets inserted in the joints were octagonal and oval gaskets. The bolt tensile forces calculated from the tightening torques were input as the bolt pretension loads in order to determine the contact pressure and stress levels after fastening. Loading was composed of three steps, including the fastening step, and different amounts of applied pressures were used in each analysis to investigate the effect of fluid pressure on the contact force of the joints. A general-purpose software, ANSYS 17.2, was used for the analysis.

• Steel and Composite Structures
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• 제20권3호
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• pp.501-512
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• 2016

High-strength structural bolts have been utilized for beam-to-column connections in steel-framed structural buildings. Failure of these components may be caused by the bolt shank fracture or threads stripping-off, documented in the literature. Furthermore, these structural bolts are galvanized for corrosion resistance or quenched-and-tempered in the manufacturing process. This paper adopted the finite element simulation to demonstrate discrete mechanical performance for these bolts under tensile loading conditions, the coated and uncoated numerical model has been built up for two numerical integration methods: explicit and implicit. Experimental testing and numerical methods can fully approach the failure mechanism of these bolts and their ultimate load capacities. Comparison has also been conducted for two numerical integration methods, demonstrating that the explicit integration procedure is also suitable for solving quasi-static problems. Furthermore, by using precise bolt models in T-Stub, more accurately simulate the mechanical behavior of T-Stub, which will lay the foundation of the mechanical properties of steel bolted joints.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권5호통권66호
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• pp.541-549
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• 2003

고력볼트 인장접합 형신인 Split Tee 접합은 접합부의 효율성과 시공성이 우수하여 유럽등지에서는 중저층의 건축물에 많이 적용되고 있으나 국내에서는 널리 사용되지 않은 상황이다. 이는 고력볼트와 Split Tee를 구성하는 판재의 강성에 따라 지레작용의 효과를 포함하는 보트의 인장 전단파괴와 Split Tee의 송성파괴가 상호작용을 일으켜 해석과 설계가 복잡하다는 점과 시공상의 정밀도 확보가 쉽지 않기 때문이다. Split Tee접합에 관한 연구는 미국, 일본, 유럽등지에서 다양한 방법으로 진행되고 있지만 국내의 경우 아직 초보적 단계에 머물고 있다. 본 연구에서는 실험을 통한 Split Tee접합부의 거동, 즉 지레작용의 영향과 그에 따른 반력작용의 특성을 파악하여 Split Tee접합 설계를 하는데 있어 기초 자료를 제공하고자 한다.

• 설비공학논문집
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• 제21권11호
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• pp.613-620
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• 2009

The thermal stresses of a ceramic heat exchanger were analyzed numerically since the ceramic material is good in heat resistance but weak in the thermal stress. The analysis of thermal stress was conducted in the ceramic core with two boundary conditions depending on bolt jointing. The thermal stresses were computed by applying temperature and pressure distributions obtained from the numerical results of conjugate heat transfer to ANSYS WORKRBENCH. When number of bolt joining halls was reduced from $8\times2$ to $4\times2$, the maximum principal stresses decrease by 47.6~50.5% and increase in safety factors by 2.18~2.5 for ultimate tensile strength. Thus, it can be said that bolt joining halls should be minimized in ceramic heat exchanger to be efficient in reducing thermal stress. In addition, the width of particular gas flow passages were revised from 52 mm to 42 mm to reduce maximum thermal stresses since certain passages experienced high thermal stresses. From the revision, safety factors were increased by 13.8~14.1% for the boundary condition of $4\times2$ bolt joining halls. Therefore, it is suggested that thermal stress can be reduced by changing local geometry of a ceramic heat exchanger.

• 오토저널
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• 제12권3호
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• pp.41-52
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• 1990

In this study are determined the unsteady temperature and thermal stress fields for a domestic 4-cylinder, 4-cycle gasoline engine cylinder head by the three-dimensional finite element method. A representative part of the cylinder head is modelled as a combination of hexahedron isoparametric elements, and the time-dependent temperature and the heat transfer coefficient of the gas are imposed as the thermal boundary conditions for the engine speeds of 500 rpm and 2000 rpm. The obtained results, which are represented graphically, indicate that the amplitudes of temperature fluctuation during a cycle are about 10.deg. C and 3.deg. C respectively on the surface of combustion chamber, and the maximum temperature fields occur at 30.deg. , 10.deg. respectively before the initiation of the exhaust stroke. Thermal stress fields due to non-uniform temperature distributions show that compressive stress is much larger than tensile stress throughout a cycle. It is also found that the compressive stress varies with substantial amplitude between the exhaust port and ignition plug hole, and the high tensile stress with small fluctuation occurs between exhaust port and the adjacent head bolt hole.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제13권6호통권58호
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• pp.97-105
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• 2009

본 연구에서는 대직경 고장력볼트 이음부의 안전성 및 경제성을 검토할 목적으로 F10T-M30 대직경 고장력볼트를 사용한 시험편을 대상으로 정적 인장시험을 실시하여 미끄러짐 특성을 평가하였다. 또한 유한요소해석을 실시하고 볼트의 강도등급 및 직경에 따른 소요볼트 개수를 산정하였다. 그 결과 M30 고장력볼트의 평균 미끄러짐 계수는 도로교설계기준의 기준인 0.4를 초과하며, M22 고장력볼트와 동등한 미끄러짐 성능을 확보하는 것으로 나타났다. 또한 고장력볼트의 강도등급 및 직경에 따른 경제성 분석을 실시한 결과, F10T-M22 고장력볼트를 기준으로 하여 F13T-M22 고장력볼트를 적용하면 소요볼트 개수가 21% 감소하며, F10T-M30 고장력볼트를 적용하면 46% 감소하는 것으로 나타나 고장력볼트의 대직 경화에 따른 경제성을 확인할 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.321-328
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• 2001

본 연구는 인장력을 받는 스터드 볼트 접합부에서 주근과 전단보강근이 스터드 볼트의 인장거동에 미치는 영향을 내력과 변형 면에서 검토한 것이다. 주근과 전단보강근이 스터드 볼트 접합부에 미치는 영향을 검토하기 위하여 8개의 실험체를 제작하여 연구하였다. 실험은 주근과 전단보강근량의 각기 다른 5개의 실험체와 접합상세 개발을 위한 3개의 실험체로 구성되었다. 실험결과를 통해서 주근은 스터드 볼트 접합부의 인장내력 상승에 효과가 있는 것으로 나타났으며, 전단보강근의 증가는 최대 내력이후 급격한 취성파괴방지에 효과가 있음을 보여주었다. C형(폐쇄형, 개방형)보강근, U형 보강근을 사용한 접합부는 스터드 볼트 전합부의 연성거동에 효과가 있음을 보여주었다. 기존실험결과 분석으로부터 CCD식에 의해 인장을 받는 접합부를 설계시, 강도감소계수를 0.75 ø로 사용할 것을 제시한다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제7권6호
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• pp.61-68
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• 2007

대공간구조에서 접합부의 신뢰도는 매우 중요하다. 접합부에 사용되는 고력볼트의 나사부 유효단면적은 축부단면적보다 작고 볼트 축부에 락핀용 구멍이 있기 때문에 볼트 나사부 또는 락핀용 구멍에 응력집중 현상이 발생하여 취성 파단이 발생할 우려가 높다. 특히 접합부는 직렬형 구조로 이루어져 있다. 따라서 접합부에서의 극한상황시 파괴유형은 필히 취성파괴를 피해야 하며 연성파손으로 유도해야 한다. 따라서 본 연구에서는 볼 조인트 접합부의 소성변형능력을 향상시키고 현장에서 발생할 수 있는 시공오차의 흡수가 가능하도록, 볼트의 나사부나 핀부의 취성파단 없이 소성변형능력 향상을 목표로 하였다. 에너지흡수형 볼트를 사용함으로써 소성변형능력이 향상된 스페이스 프레임의 접합상세를 제안하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권3A호
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• pp.189-198
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• 2011

각국 강구조물 시공현장에서 사용되고 있는 고장력볼트의 인장강도는 1,000 MPa급이 주종을 이루고 있으나, 고강도강과 극후판의 개발과 강교량 건설기술의 발전에 따른 교량 지간의 장대화로 인하여 강도가 큰 새로운 볼트 개발이 요구되고 있다. 현재, 인장강도 1,300 MPa급의 고장력볼트가 개발되어 사용중에 있다. 그러나 고장력볼트는 작은 단면에 큰 하중이 작용하기 때문에 고강도볼트에서는 응력집중이 완화된 나사형상과 구조성능이 우수한 고장력볼트가 보다 효과적이다. 본 연구에서는 KS에서 규정된 나사형상보다도 우수한 나사형상을 개발하기 위하여 해석적 연구를 수행하였다. 나사형상에 대한 특성을 분석하여 볼트와 너트 체결시에도 하중분배가 효과적이고 응력집중이 완화된 신나사형상을 제안하였다. 또한, 실험적 연구에서는 인장강도 1,300 MPa급의 고장력볼트를 대상으로 구조성능에 대해서 실험연구를 수행하였다. 연구결과 신나사형상이 기존의 나사형상보다도 응력집중 완화효과와 구조성능효과가 있음이 검증되었다.