• Earthquakes and Structures
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• 제7권4호
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• pp.571-586
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• 2014

This paper presents experimental and numerical study on seismic performance of a super tall steel tower structure. The steel tower, with a height of 388 meters, employs a steel space truss with spiral steel columns to serve as its main lateral load resisting system. Moreover, this space truss was surrounded by the spiral steel columns to form a steel mega system in order to support a 12-story platform building which is located from the height of 230 meters to 263 meters. A 1/40 scaled model for this tower structure was made and tested on shake table under a series of one- and two-dimensional earthquake excitations with gradually increasing acceleration amplitudes. The test model performed elastically up to the seismic excitations representing the earthquakes with a return period of 475 years, and the test model also survived with limited damages under the seismic excitations representing the earthquakes with a return period 2475 years. A finite element model for the prototype structure was further developed and verified. It was noted that the model predictions on dynamic properties and displacement responses agreed reasonably well with test results. The maximum inter-story drift of the tower structure was obtained, and the stress in the steel members was investigated. Results indicated that larger displacement responses were observed for the section from the height of 50 meters to 100 meters in the tower structure. For structural design, applicable measures should be adopted to increase the stiffness and ductility for this section in order to avoid excessive deformations, and to improve the serviceability of the prototype structure.

• Steel and Composite Structures
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• 제33권6호
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• pp.793-803
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• 2019

Concrete-filled steel tubular (CFST) beam-columns are widely used owing to their good performance. They have high strength, ductility, large energy absorption capacity and low costs. Externally stiffened CFST beam-columns are not used widely due to insufficient design equations that consider all parameters affecting their behavior. Therefore, effect of various parameters (global, local slenderness ratio and adding hoop stiffeners) on the behavior of CFST columns is studied. An experimental study that includes twenty seven specimens is conducted to determine the effect of those parameters. Load capacities, vertical deflections, vertical strains and horizontal strains are all recorded for every specimen. Ratio between outer diameter (D) of pipes and thickness (t) is chosen to avoid local buckling according to different limits set by codes for the maximum D/t ratio. The study includes two loading methods on composite sections: steel only and steel with concrete. The case of loading on steel only, occurs in the connection zone, while the other load case occurs in steel beam connecting externally with the steel column wall. Two failure mechanisms of CFST columns are observed: yielding and global buckling. At early loading stages, steel wall in composite specimens dilated more than concrete so no full bond was achieved which weakened strength and stiffness of specimens. Adding stiffeners to the specimens increases the ultimate load by up to 25% due to redistribution of stresses between stiffener and steel column wall. Finally, design equations previously prepared are verified and found to be only applicable for medium and long columns.

• Smart Structures and Systems
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• 제25권5호
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• pp.515-530
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• 2020

A new type of pure torsional yielding damper made from steel pipe is proposed and introduced. The damper uses a special mechanism to apply force and therefore applies pure torsion in the damper. Uniform distribution of the shear stress caused by pure torsion resulting in widespread yielding along pipe and consequently dissipating a large amount of energy. The behavior of the damper is investigated analytically and the governing relations are derived. To examine the performance of the proposed damper, four types of the damper are experimentally tested. The results of the tests show the behavior of the system as stable and satisfactory. The behavior characteristics include initial stiffness, yielding load, yielding deformation, and dissipated energy in a cycle of hysteretic behavior. The tests results were compared with the numerical analysis and the derived analytical relations outputs. The comparison shows an acceptable and precise approximation by the analytical outputs for estimation of the proposed damper behavior. Therefore, the relations may be applied to design the braced frame system equipped by the pure torsional yielding damper. An analytical model based on analytical relationships was developed and verified. This model can be used to simulate cyclic behavior of the proposed damper in the dynamic analysis of the structures equipped with the proposed damper. A numerical study was conducted on the performance of an assumed frame with/without proposed damper. Dynamic analysis of the assumed frames for seven earthquake records demonstrate that, equipping moment-resisting frames with the proposed dampers decreases the maximum story drift of these frames with an average reduction of about 50%.

• 한국지진공학회논문집
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• 제5권6호
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• pp.47-54
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• 2001

가새형 소성 감쇠기는 에너지 소산 이력거동을 통해 강한 지진하중을 받는 구조물의 구조적 손상을 방지하거나 감소시킨다. 본 연구에서는 성능수준 만족을 위한 가새형 소성 금비기의 직접적인 설계 방법을 개발하였다. 많은 해석 시간이 요구되는 비선형 동적 시간이력해석 대신 비선형 정적해석법인 능력스펙트럼법을 이용하여 주어진 성능을 만족하기 위하여 필요한 유효 감쇠비를 구한 후 이를 이용하여 가새형 소성 감쇠기의 크기를 구하였다. 각 설계변수의 영향을 파악하기 위하여 단자유도계에서 구조물의 주기, 요구되는 탄성강도에 대한 항복강도의 비, 항목 후 강성비, 가새형 소성 감쇠기의 항복응력 등을 변수로 하여 해석을 수행하였다. 본 연구를 통해 제안된 방법을 5층과 10층 건물에 적용하여 검증하였다. 시간이력해석 결과, 제안된 방법에 따라 설계된 가새형 소성 감쇠기를 설치한 예제 구조물의 최대응답은 주어진 목표변위와 잘 일치하였다.

• 한국정밀공학회지
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• 제30권12호
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• pp.1303-1312
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• 2013

We report an ultra-precision lathe designed to machine micron-scale features on a large-area roll mold. The lathe can machine rolls up to 600 mm in diameter and 2,500 mm in length. All axes use hydrostatic oil bearings to exploit the high-precision, stiffness, and damping characteristics. The headstock spindle and rotary tooling table are driven by frameless direct drive motors, while coreless linear motors are used for the two linear axes. Finite element method modeling reveals that the effects of structural deformation on the machining accuracy are less than $1{\mu}m$. The results of thermal testing show that the maximum temperature rise at the spindle outer surface is approximately $0.5^{\circ}C$. Finally, performance evaluations of the error motion, micro-positioning capability, and fine-pitch machining demonstrate that the lathe is capable of producing optical-quality surfaces with micron-scale patterns with feature sizes as small as $20{\mu}m$ on a large-area roll mold.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.515-524
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• 2006

강박스거더에 편심이 작용하면 단면은 뒤틀리고, 이로 인해서 종방향으로 뒤틀림 응력이 발생한다. 휨모멘트에 의한 휨응력 이외에뒤틀림으로 인한 추가되는 종방향 응력은 경우에 따라서는 무시할 수 없이 크기 때문에 설계단계에서 반드시 고려되어야 한다. 일반적으로 중간다이아프램을 설치하여 뒤틀림 변형 자체를 억제시켜 뒤틀림응력의 크기를 제안하는 방법을 이용하는데, 이때 휨응력에 비교하여 뒤틀림응력의 크기를 통상 5~10%정도로 제한한다. 현재 적용하는 중간다이아프램 설치간격에 대한 공식은 고전적인 BEF 이론을 바탕으로 유도되었는데, 이는지나치게 보수적인 설계를 유도하고있다. 이에 본 연구에서 강박스거더의 프레임형식 중간다이아프램에 대해 3차원 유한요소해석을 수행하여 분석한 결과, 현행 중간다이아프램 단면적 공식은 지나치게 큰 값을 요구하는 것으로 나타났다. 그래서 유한요소 해석결과를 회귀분석하여 설계 초기에 적용할 수 있는 개선된 프레임형식의 중간다이아프램 단면적 설계공식을 제안하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.553-562
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• 2006

바람과 지진에 의한 횡력은 고층건물의 설계에 영향을 미치는 주요하중이다. 본 연구에서는 중/약진대로 분류되지만 강한 태풍이 내습하는 국내의 횡하중 환경하에서 철골조 초고층건물의 내진설계의 핵심문제를 취급하고자 하였다. 즉 연성이 아니라 강성과 강도에 의한 탄성 내진설계의 가능성을 타진하기 위해, 내풍설계된 철골조 초고층 중심가새골조의 푸쉬오버해석, 동적 지진응답해석 및 내진성능평가를 수행하였다. 내풍설계에서 요구되는 사용성 요건을 만족시키면 상당한 크기의 시스템 초과강도가 유입됨을 내풍설계의 분석 및 푸시오버해석을 통하여 확인할 수 있었다. 결과적으로 양질로 내풍설계된 세장비 5이상의 철골조 초고층 중심가새골조는 2400년 재래기의 최대고려지진에 대해서도 즉시입주 가능한 거동수준에서 탄성적으로 저항할 수 있음이 확인되었다. 본 연구의 결과를 종합하여 실무설계에서 활용될 수 있는 풍진대에서의 철골조 초고층건물의 탄성내진설계절차 및 관련 권장사항을 제안하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권7호
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• pp.107-117
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• 2004

느슨한 모래지반에서 보강재 층수 증가와 보강재의 강성과 형태 변화 그리고 얕은 기초 직하에 매설된 연성관의 깊이 등의 변화가 지지력-침하 곡선에 미치는 영향을 알아보기 위해 일련의 모형실험을 수행하였다. 시험결과, 무보강토 경우는 파괴형태가 국부전단으로 나타났으나 보강재 층수가 2층 이상이 되면 파괴형태는 국부전단에서 전반전단으로 바뀌고, 최적보강재 층수는 2층 이며, 지지력 개선에 있어서는 보강재의 초기강성과 형태가 최대인 장강도보다 중요한 것으로 나타났다. 무보강토에서 기초 직하에 연성관이 매설된 경우, 연성관의 매설 깊이가 기초 폭보다 얕으면 지지력과 극한지지력은 현저하게 감소하고, 보강토의 경우 연성관의 매설 깊이가 기초 폭보다 얕으면 파괴형태는 전반전단에서 국부전단으로 바뀌는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.67-84
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• 2005

본 연구는 포화된 연약 점성토에 대한 보강효과를 분석하기 위하여 롤러 다짐장비를 사용하여 수행하였다. 시료는 12시간 수침으로 포화 상태를 만들었으며, 철재 롤러로 평면변형을 상태에서 5cm 층 두께로 4층의 다짐을 실시하였다. 보강효과를 분석하기 위하여 무보강 조건 및 부직포와 직포로 구성된 복합보강재를 사용한 보강조건으로 다짐 공시체를 제작하였다. 복합보강재의 배수효과와 인장 보강효과로 고함수비 점성토의 지지력을 증가시켜, 보강토에 대하여 큰 다짐하중을 가할 수 있게 되어 보다 큰 밀도를 효과적으로 얻을 수 있다. 또한 다짐 작업시 보강재에 의해 연직재하 하중에 대한 전단저항 반력의 감소에 의해 다짐효율을 증가시킨다. 공시체 저면에서의 최대 연직응력은 다짐두께가증가 할수록 감소하게 된다. 한편 보강재는 롤러의 연직하부의 지반강성을 증가시켜 응력집중현상이 발생한다. 이로인하여 공시체 저면에서 보다 높은 연직응력 수준을 유지하며 보다 효과적인 다짐 특성을 제공하게 된다. 시험결과로부터 연약점성토의 효과적인 다짐을 위해서는 보강재가 필수적으로 요구된다고 할 수 있다.

• Steel and Composite Structures
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• 제22권5호
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• pp.937-974
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• 2016

While extensive efforts have been made in the past to develop finite element models (FEMs) for concrete-filled steel tubular columns (CFSTCs), these models may not be suitable to be used in some cases, especially in view of the utilisation of high strength steel and high strength concrete. A method is presented herein to predict the complete stress-strain curve of concrete subjected to tri-axial compressive stresses caused by axial load coupled with lateral pressure due to the confinement action in square and rectangular CFSTCs with normal and high strength materials. To evaluate the lateral pressure exerted on the concrete in square and rectangular shaped columns, an accurately developed FEM which incorporates the effects of initial local imperfections and residual stresses using the commercial program ABAQUS is adopted. Subsequently, an extensive parametric study is conducted herein to propose an empirical equation for the maximum average lateral pressure, which depends on the material and geometric properties of the columns. The analysis parameters include the concrete compressive strength ($f^{\prime}_c=20-110N/mm^2$), steel yield strength ($f_y=220-850N/mm^2$), width-to-thickness (B/t) ratios in the range of 15-52, as well as the length-to-width (L/B) ratios in the range of 2-4. The predictions of the behaviour, ultimate axial strengths, and failure modes are compared with the available experimental results to verify the accuracy of the models developed. Furthermore, a design model is proposed for short square and rectangular CFSTCs. Additionally, comparisons with the prediction of axial load capacity by using the proposed design model, Australian Standard and Eurocode 4 code provisions for box composite columns are carried out.