• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.663-672
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• 2014

최근, 모듈러 구조 시스템은 공기를 단축시킬 수 있는 장점으로 인해 건설 현장에 적용되고 있다. 모듈러 구조시스템은 단위 모듈로 구성되며, 모듈과 모듈의 볼트접합을 위해 보-기둥 접합부에 개구부를 가공하게 된다. 일반적으로 모듈러 구조시스템은 기존 철골모멘트골조와 유사한 하중전달체계를 가지는 것으로 가정하여 설계된다. 이와 같은 설계 가정의 타당성을 확보하기 위해, 단위 모듈의 보-기둥 접합부에 대한 회전 성능이 파악되어야 한다. 본 연구에서는 개구부의 구조적 영향이 고려된 접합부의 회전성능을 파악하기 위해 유한요소해석을 수행하였다. 해석결과 단위모듈은 충분한 변형능력을 가지고 안정적인 이력거동을 하는 것으로 나타났으며, 단위모듈의 접합부는 부분강접 접합부로 분류되었다. 또한 본 연구에서는 단위 모듈의 비선형 골조 해석을 위한 간단한 스프링 모델을 개발하였으며, 단위 모듈의 비선형 이력 거동을 구현하기 위해 Ramberg-Osgood 이력 모델을 제시하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.9-20
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• 2014

철골 중간모멘트골조는 강한 지반운동에 대하여 적합한 저항능력을 확보하기 위한 지진력저항시스템으로서 일반적으로 사용되고 있다. 하지만 국내의 대다수 중 저층 철골건축물은 내진설계가 도입되기 이전에 건설되었거나 현재의 내진설계기준의 요구조건을 준수하지 않은 것들로, 이러한 건물들이 가지는 내진성능에는 의문점이 존재한다. 이와 같은 문제점의 인식에 기반하여 본 연구에서는 국내 철골 중간 모멘트골조의 내진성능에 대한 정량적 제시를 목표로 우선 층수 종류, 지진에 대한 보유내력, 부재 연성도, 제진장치의 유무를 변수로 하여 표본 건물을 설계하였다. 표본 건물의 내진 성능과 붕괴 매커니즘은 비선형 정적해석과 증분동적해석으로부터 획득한 붕괴여유비와 붕괴확률을 이용하여 분석하였다. 해석결과를 통하여 현행 국내기준에 따라 내진설계된 신축건물은 설계지진에 대해 충분한 내진성능을 가졌으며, 이에 반해 구조부재의 연성저감이 발생하거나 낮은 설계 밑면전단력에 대한 저항력을 가진 기존건물의 경우에는 높은 붕괴확률을 가지며 목표로 한 내진성능을 만족시키지 못하는 것으로 나타났다. 이와 같은 내진성능을 충족시키지 못하는 내진설계 도입 이전의 건물에 대해서 에너지 소산장치를 통해 보강하게 되면 장치의 에너지 소산능력뿐만 아니라 소성힌지의 재분배를 통해 붕괴확률 및 내진성능이 신축건물 수준으로 향상되었다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.37-44
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• 2023

In the case of a school building, even though it is a regular structure in terms of plan shape, if the masonry infill wall acts as a lateral load resisting element, it can be determined as a torsionally irregular building. As a result, the strength and ductility of the structure are reduced, which may cause additional earthquake damage to the structure. Therefore, in this study, a structure similar to a school building with torsional irregularity was selected as an example structure and the damping performance of the PC-BRB was analyzed by adjusting the eccentricity according to the amount of masonry infilled wall. As a result of nonlinear dynamic analysis after seismic reinforcement, the torsional irregularity of each floor was reduced compared to before reinforcement, and the beams and column members of the collapse level satisfied the performance level due to the reduction of shear force and the reinforcement of stiffness. The energy dissipation of PC-BRB was similar in the REC-10 ~ REC-20 analytical models with an eccentricity of 20% or less. REC-25 with an eccentricity of 25% was the largest, and it is judged that it is effective to combine and apply PC-BRB when it has an eccentricity of 25% or more to control the torsional behavior.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.549-558
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• 2014

내진 보강용 이력 댐퍼로 활용하기 위해 개발된 좌굴방지가새는 일본과 미국을 중심으로 활발히 연구되어 왔다. 좌굴방지가새는 일반적으로 심재와 외피 사이를 콘크리트 등으로 채워 제작된다. 좌굴방지가새에 콘크리트를 채우는 일은 습식 공정으로 제작 효율을 떨어뜨릴 수 있는 하나의 원인으로 심재와 콘크리트의 비부착 처리는 쉽지 않은 작업이다. 이를 개선하기 위해 반원형 스프링으로 심재를 횡지지하는 건식형 좌굴방지가새를 제안하였다. 건식형 좌굴방지가새를 실용화하기 위해 적절한 거동을 갖는 반원형 스프링의 형상을 해석적으로 조사하였다. 심재가 압축을 받아 고차모드로 좌굴하기 위해 필요로 하는 횡지지 강성과 강도를 이론적으로 평가하였다. 또한 실제 적용 조건을 반영하여 반원형 스프링의 실용적 소요강성와 강도를 계산하였다. 이 값을 기준으로 5가지 높이를 변수로 한 반원형 스프링의 비선형 좌굴해석을 통해 적절한 강종과 두께를 선정하였다. 끝으로 최종 선정된 반원형 스프링의 거동을 반영하여 이차원으로 모델링한 건식형 좌굴방지가새의 비선형 좌굴해석을 통해 건식형 좌굴방지가새의 좌굴강도는 반원형 스프링 사이의 거리를 좌굴 길이로 갖는 심재의 좌굴하중과 유사함을 확인하였다.

• Wind and Structures
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• 제31권2호
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• pp.103-142
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• 2020

One of the next frontiers in structural wind engineering is the design of tall buildings using performance-based approaches. Currently, tall buildings are being designed using provisions in the building codes and standards to meet an acceptable level of public safety and serviceability. However, recent studies in wind and earthquake engineering have highlighted the conceptual and practical limitations of the code-oriented design methods. Performance-based wind design (PBWD) is the logical extension of the current wind design approaches to overcome these limitations. Towards the development of PBWD, in this paper, we systematically review the advances made in this field, highlight the research gaps, and provide a basis for future research. Initially, the anatomy of the Wind Loading Chain is presented, in which emphasis was given to the early works of Alan G. Davenport. Next, the current state of practice to design tall buildings for wind load is presented, and its limitations are highlighted. Following this, we critically review the state of development of PBWD. Our review on PBWD covers the existing design frameworks and studies conducted on the nonlinear response of structures under wind loads. Thereafter, to provide a basis for future research, the nonlinear response of simple yielding systems under long-duration turbulent wind loads is studied in two phases. The first phase investigates the issue of damage accumulation in conventional structural systems characterized by elastic-plastic, bilinear, pinching, degrading, and deteriorating hysteretic models. The second phase introduces methods to develop new performance objectives for PBWD based on joint peak and residual deformation demands. In this context, the utility of multi-variate demand modeling using copulas and kernel density estimation techniques is presented. This paper also presents joined fragility curves based on the results of incremental dynamic analysis. Subsequently, the efficiency of tuned mass dampers and self-centering systems in controlling the accumulation of damage in wind-excited structural systems are investigated. The role and the need for explicit modeling of uncertainties in PBWD are also discussed with a case study example. Lastly, two unified PBWD frameworks are proposed by adapting and revisiting the Wind Loading Chain. This paper concludes with a summary and a proposal for future research.

• Geomechanics and Engineering
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• 제4권3호
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• pp.173-190
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• 2012

With recent growing interests in the Performance-Based Seismic Design and Assessment Methodology, more realistic modeling of a structural system is deemed essential in analyzing, designing, and evaluating both newly constructed and existing buildings under seismic events. Consequently, a shallow foundation element becomes an essential constituent in the implementation of this seismic design and assessment methodology. In this paper, a contact interface fiber section element is presented for use in modeling soil-shallow foundation systems. The assumption of a rigid footing on a Winkler-based soil rests simply on the Euler-Bernoulli's hypothesis on sectional kinematics. Fiber section discretization is employed to represent the contact interface sectional response. The hyperbolic function provides an adequate means of representing the stress-deformation behavior of each soil fiber. The element is simple but efficient in representing salient features of the soil-shallow foundation system (sliding, settling, and rocking). Two experimental results from centrifuge-scale and full-scale cyclic loading tests on shallow foundations are used to illustrate the model characteristics and verify the accuracy of the model. Based on this comprehensive model validation, it is observed that the model performs quite satisfactorily. It resembles reasonably well the experimental results in terms of moment, shear, settlement, and rotation demands. The hysteretic behavior of moment-rotation responses and the rotation-settlement feature are also captured well by the model.

• Advances in concrete construction
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• 제8권4호
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• pp.257-267
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• 2019

This paper presents the results of cyclic loading tests on new high-strength concrete (HC) short columns. The seismic performance and deformation capacity of three reinforced high-strength concrete filled Polyvinyl Chloride tube (RHC-PVCT) short columns and one reinforced high-strength concrete (RHC), under pseudo-static tests (PSTs) with vertical axial force was evaluated. The main design parameters of the columns in the tests were the axial compression ratio, confinement type, concrete strength, height-diameter ratio of PVCT. The failure modes, hysteretic curves, skeleton curves of short columns were presented and analyzed. Placing PVCT in the RHC column could be remarkably improved the ultimate strength and energy dissipation of columns. However, no fiber element models have been formulated for computing the seismic responses of RHC-PVCT columns with PVT tubes filled with high-strength concrete. Nonlinear finite element method (FEM) was conducted to predict seismic behaviors. Finite element models were verified through a comparison of FEM results with experimental results. A parametric study was then performed using validated FEM models to investigate the effect of several parameters on the mechanical properties of RHC-PVCT short columns. The parameters study indicated that the concrete strength and the ratio of diameter to height affected the seismic performance of RHC-PVCT short column significantly.

• Steel and Composite Structures
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• 제41권5호
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• pp.761-773
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• 2021

This study presents a 3D non-linear finite element (FE) assessment of dynamic soil-structure interaction (SSI). The numerical investigation has been performed on the time domain through a Finite Element (FE) system, while considering the nonlinear behavior of soil and the multi-directional nature of genuine seismic events. Later, the FE outcomes are analyzed to the recorded in-situ free-field and structural movements, emphasizing the numerical model's great result in duplicating the observed response. In this work, the soil response is simulated using an isotropic hardening elastic-plastic hysteretic model utilizing HSsmall. It is feasible to define the non-linear cycle response from small to large strain amplitudes through this model as well as for the shift in beginning stiffness with depth that happens during cyclic loading. One of the most difficult and unexpected tasks in resolving soil-structure interaction concerns is picking an appropriate ground motion predicted across an earthquake or assessing the geometrical abnormalities in the soil waves. Furthermore, an artificial neural network (ANN) has been utilized to properly forecast the non-linear behavior of soil and its multi-directional character, which demonstrated the accuracy of the ANN based on the RMSE and R² values. The total result of this research demonstrates that complicated dynamic soil-structure interaction processes may be addressed directly by passing the significant simplifications of well-established substructure techniques.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권9호
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• pp.51-62
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• 2016

다양한 현장 조건에서 일어날 수 있는 건조토 지반-말뚝-구조물 시스템의 동적거동을 평가하고 고찰하기 위해 3차원 수치 모델을 이용한 매개변수 연구가 수행되었다. 강진 시 지반의 비선형 거동을 적절하게 모사하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 통해 시간 영역에서 이루어졌다. 지반 구성 모델은 Mohr-Coulomb 탄소성 모델을 적용하였으며 지반 전단 탄성 계수의 비선형적인 감소를 모사할 수 있는 이력 감쇠 모델을 적용하였다. 진동 시 지반-말뚝 간의 완전 접촉, 미끄러짐, 분리 현상을 모두 모사하는 경계요소 모델을 적용하였으며 경계 조건의 경우, 지반-말뚝 상호작용의 영향을 받는 근역 지반만 메쉬를 생성하고 근역 지반의 경계부에 원역 지반의 가속도-시간 이력을 입력하는 방식인 단순화 연속체 모델링 기법을 적용함으로써 해석 효율을 증가시키고자 하였다. 또한, 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 지반의 비선형 거동을 더욱 정확히 모사하고자 하였다. 개발된 수치 모델을 이용하여 상부질량의 크기, 말뚝의 길이, 두부 경계조건, 지반의 상대밀도에 대한 매개변수 연구를 수행함으로써 다양한 현장 조건에 대한 지반-말뚝-구조물 시스템의 동적 거동을 평가하였다. 매개변수 연구 결과, 건조토 지반 조건에서는 상부질량에 의한 관성력이 시스템의 동적 거동에 지배적인 영향을 미침을 확인하였으며 지반에 의한 운동력의 영향은 상대적으로 적다고 평가되었다. 또한 짧은 말뚝과 긴 말뚝의 동적 거동 차이 및 말뚝두부 고정단과 자유단의 거동 차이를 해석적으로 검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.5-14
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• 2016

건조토 지반에 근입된 지반-말뚝 시스템의 동적 거동을 정확히 예측하기 위해 3차원 수치 모델링을 수행하였다. 제안된 모델은 강진 시 지반의 비선형 거동을 적절하게 모사하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 이용하여 시간 영역에서 해석이 수행되었다. 모델링 방법론으로써 지반 구성 모델은 Mohr-Coulomb 탄소성 모델을 적용하였으며 지반 전단 탄성 계수의 비선형적인 감소를 모사할 수 있는 이력 감쇠 모델을 적용하였다. 진동 시 지반-말뚝 간의 완전 접촉, 미끄러짐, 분리 현상을 모두 모사하는 경계요소 모델을 적용하였으며 경계요소 모델을 구성하는 스프링 계수는 탄성이론에 기초하여 결정되어, 내장 함수인 FISH를 통해 깊이에 따라 연속적으로 입력되었다. 경계 조건의 경우, 지반-말뚝 상호작용의 영향을 받는 근역 지반만 메쉬를 생성하고 근역 지반의 경계부에 원역 지반의 가속도-시간 이력을 입력하는 방식인 단순화 연속체 모델링 기법(Kim et al., 2012)을 적용함으로써 해석 효율을 증가 시키고자 하였으며 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 지반의 비선형 거동을 더욱 정확히 모사하고자 하였다. 수치 해석의 오차를 최소화하고 모델의 신뢰성을 확보하기 위해, Yoo(2013)이 수행한 원심모형시험 결과와 수치 해석 결과와의 비교를 통해 제안된 기법의 캘리브레이션을 수행하였으며, 말뚝 최대 휨 모멘트와 말뚝 횡방향 최대 변위의 깊이 별 분포가 다양한 입력 하중 조건에서 실험 결과를 적절히 모사하고 있는 것을 확인하였다. 또한, 제안된 수치 모델의 적용성 평가를 위해 다른 실험 결과와의 비교 검증을 수행하였다.