• Steel and Composite Structures
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• 제6권6호
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• pp.459-477
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• 2006

A theoretical research project is undertaken to develop integrated analysis and design tools for long span composite beams in modern high-rise buildings, and it aims to develop non-linear finite element models for practical design of composite beams. As the first paper in the series, this paper presents the development study as well as the calibration exercise of the proposed finite element models for simply supported composite beams. Other practical issues such as continuous composite beams, the provision of web openings for passage of building services, the partial continuity offered by the connections to columns as well as the behaviour of both unprotected and protected composite beams under fires will be reported separately. In this paper, details of the finite elements and the material models for both steel and reinforced concrete are first described, and finite element studies of composite beams with full details of test data are then presented. It should be noted that in the proposed finite element models, both steel beams and concrete slabs are modelled with two dimensional plane stress elements whose widths are assigned to be equal to the widths of concrete flanges, and the flange widths and the web thicknesses of steel beams as appropriate. Moreover, each shear connector is modelled with one horizontal spring and one vertical spring to simulate its longitudinal shear and pull-out actions based on measured load-slippage curves of push-out tests of shear connectors. The numerical results are then carefully analyzed and compared with the corresponding test results in terms of load mid-span deflection curves as well as load end-slippage curves. Other deformation characteristics of the composite beams such as stress and strain distributions across the composite cross-sections as well as distributions of shear forces and slippages in shear connectors along the beam spans are also examined in details. It is shown that the numerical results of the composite beams compare well with the test data in terms of various load-deformation characteristics along the entire deformation ranges. Hence, the proposed analysis and design tools are considered to be simple and yet effective for composite beams with practical geometrical dimensions and arrangements. Structural engineers are strongly encouraged to employ the models in their practical work to exploit the full advantages offered by composite construction.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.731-740
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• 2008

본 연구는 하부 절곡강판과 T형강을 D16mm 스터드 전단연결재를 이용하여 콘크리트와 일체화시킨 교량용 강합성 바닥판의 피로 거동 및 피로성능을 평가하기 위한 것이다. 제안된 강합성 바닥판의 피로성능 평가를 위하여 총 8본의 시험체가 제작되었으며, 각각의 시험체에 3 종류의 일정진폭을 가진 피로하중이 재하되었다. 피로실험결과, 피로균열은 강합성 바닥판 하부 절곡강판의 절곡점에서 발생하여 상부 T형강으로 진전되는 것으로 나타났으며, 피로하중에 따라 시험체의 변위 및 변형률이 증가하고 피로균열발생 후 변위와 변형률이 급격히 변화하였다. 제안된 강합성 바닥판의 피로강도는 도로교설계기준 및 도로교설계기준 피로상세 범주의 자료가 된 NCHRP 102와 NCHRP 147 보고서의 피로실험결 과와 비교하여 평가한 결과 대상 강합성 바닥판은 피로상세 범주 C에 해당하는 것으로 평가되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.993-1000
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• 2005

최근 다양한 FRP를 사용한 철근콘크리트 보의 성능향상은 많이 수행되고 있으며, 특히 CFRP plate 형태로 철근콘크리트 보를 성능향상할 경우 보강재의 성능을 충분히 발휘하지 못하고 조기파괴(rip-on)가 발생되는 경우가 발생하게 된다. 이러한 파괴메커니즘을 규명하기 위하여 많은 실험적$\cdot$이론적 연구자 진행되고 있으나 명확하게 규명되어 있지는 않다. 문헌이나 실험적으로 rip-off 파괴는 주철근위치에서의 수직응력과 전단응력에 기인하여 발생하게 된다. 본 연구에서는 주철근위치에서의 응력모델을 제안하였으며, 제안된 해석모델은 비교적 간단하고, 주철근 위치에서의 수직응력과 전단응력을 기초로 하고 있다. 제안된 모델을 실험결과와 비교한 결과, 제안된 해석모델을 통한 CFRP로 성능향상된 철근콘크리트 파괴하중은 실험 결과와 거의 유사하였다. 따라서 이러한 결과는 CFRP로 보강된 철근콘크리트보의 rip-off 파괴를 제어할 수 있는 보강기법의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제35권1호
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• pp.85-92
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• 2015

횡방향 철근이 없는 RC와 PSC 보에서 축방향 인장력은 전단강도를 감소시키고, 축압축력은 전단저항력을 증가시킨다는 것은 잘 알려진 사실이다. 그러나 축력이 전단에 얼마만큼 영향을 미치고, 전단 저항성능에 어떠한 영향을 주는가에 대한 이해가 부족한 현실이다. 횡방향 보강철근이 없는 부재가 큰 압축력과 전단력을 받으면 첫 번째 경사균열이 일어나면서 그대로 취성파괴가 발생하기 때문에 상당히 보수적 관점을 유지하고 있다. 이런 배경에서 ACI의 복부전단강도는 경사균열각 ${\theta}$를 $45^{\circ}$로 하는 트러스모델을 사용하여 스터럽의 수직력과 축력효과를 반영하고 있다. 본 연구는 파괴역학을 근간으로 한 비선형 유한요소해석 프로그램 ATENA-2D (Cervenka, 2000)를 사용하여 철근콘크리트 보의 축력작용에 따른 검증을 수행한 것이다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.217-224
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• 2020

본 논문에서는 초고층 건물의 철근콘크리트 아웃리거 벽체 개구부의 최적설계를 위한 수학적 최적화 프레임워크를 제시하였다. 전용 유한요소해석 프로그램을 이용하여 아웃리거 벽체를 해석하였으며 깊은 보의 스트럿-타이 거동을 고려하여 개구부를 배치하였다. 최적화를 위해 파이썬 SciPy 라이브러리 중 순차이차계획법(Sequential Quadratic Programming)을 이용하여 제약 경계 최적화를 수행하였다. 최적화에 필요한 미분가능한 연속 함수를 얻어내기 위해 선형 보간법을 사용하였으며, 최적화 프로그램의 효율성을 위해 데이터베이스를 이용하였다. 2변수 최적화의 결과를 탐색 알고리즘의 이동 경로를 통해 살펴본 결과 알고리즘이 최적화된 결과를 효율적으로 찾아냄을 확인하였다. 그리고 개구부의 폭을 모두 같게 설정한 것이 아닌 각각의 개구부의 크기를 개별 변수로 설정하였을 경우 목적함수의 값이 최소화되어 더 우수한 최적화 결과를 도출함을 확인하였다. 또한, 최적화의 과정에 있어 데이터베이스를 이용할 경우 최적화 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있음을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권1호
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• pp.62-71
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• 2015

KCI 2012와 ACI318-11에서 확대머리 이형철근에 대한 정착길이 산정식을 제시하고 있지만 확대머리 이형철근을 이용한 겹침이음상세에 대한 규정은 없다. 또한, 정착길이 산정에 있어서 횡보강근 효과는 고려하지 않고 있다. 본연구에서는 400MPa과 500MPa 설계기준항복강도를 가지는 확대머리 이형철근에 대하여 겹침이음구간에 대한 구속상세를 평가하기 위하여 겹침이음실험을 실시하였다. 겹침이음 구간내 적용되는 구속상세는 스터럽과 Tie-down 철근이다. 실험결과, 스터럽만으로 보강된 실험체들에서 겹침이음강도 증가에 큰 영향이 없어 취성적인 파괴를 나타낸 반면에, 스터럽과 Tie-down 철근으로 보강된 실험체들은 공칭휨강도 이상의 실험휨강도와 휨거동을 나타내었다. 따라서 스터럽과 Tie-down 철근 상세는 400MPa과 500MPa의 확대머리 이형철근에 대한 겹침이음 성능향상에 기여할 수 있는 것으로 사료된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.82-89
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• 2014

이 연구에서는 고로슬래그 미분말을 사용한 프리캐스트 보의 전단성능에 대하여 평가하였다. 실험체는 고로슬래그 미분말 치환율에 따라 총 4체의 실험체를 제작하였다. 모든 실험체는 전단경간비 2.5, 보의 폭 200mm, 유효깊이 300mm이며, 3점 가력을 받는 단순보로 계획하였다. 또한 이 연구에서는 실험체의 전단강도를 예측하기 위하여 기존 전단강도 예측식을 이용하여 실험결과와 비교하였으며, 총 89개의 기존 전단 실험결과를 이용하여 실험결과와 비교 분석하였다. 실험결과, 고로슬래그 미분말을 치환한 실험체는 포틀랜드 시멘트만을 사용한 실험체와 비교분석한 결과 유사한 전단성능을 나타내었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.59-67
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• 2014

현행 콘크리트구조기준 (KCI2012) 및 ACI318-11에서 B급이음된 일자형 이형철근에 대하여 인장력에 대한 겹침이음길이를 정착길이의 1.3배로 산정하고 있다. 동일 기준에서 확대머리 이형철근의 정착길이를 제시하고 있지만 겹침이음상세에 대한 규정은 없다. 이에 본 연구에서는 400MPa과 500MPa 설계기준항복강도를 가지는 확대머리 이형철근의 겹침이음실험을 실시함으로써, 기준의 정착길이식을 겹침이음설계에 적용가능한 지를 평가하고자 하였다. 실험결과, SD400과 SD500의 설계기준항복강도를 적용한 확대머리 이형철근에 대하여 겹침이음길이를 정착길이의 1.3배로 산정할 경우, 실험 최대휨강도가 공칭휨강도에 비하여 16~31% 크게 평가되었고 연성적인 휨파괴 거동을 나타내었다. 따라서, 이들 철근에 대해 정착길이 1.3배의 겹침이음길이로 설계함으로써 강도 및 변형성능 측면에서 겹침이음 성능을 확보할 수 있는 것으로 사료된다.

• Computers and Concrete
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• 제26권1호
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• pp.75-94
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• 2020

The aim of this research is to investigate free vibration of a novel five layer Timoshenko microbeam which consists of a transversely flexible porous core made of Al-foam, two graphen platelets (GPL) nanocomposite reinforced layers to enhance the mechanical behavior of the structure as well as two piezo-magneto-electric face sheets layers. This microbeam is subjected to a thermal load and resting on Pasternak's foundation. To accomplish the analysis, constitutive equations of each layer are derived by means of nonlocal strain gradient theory (NSGT) to capture size dependent effects. Then, the Hamilton's principle is employed to obtain the equations of motion for five layer Timoshenko microbeam. They are subsequently solved analytically by applying Navier's method so that discretized governing equations are determined in form of dynamic matrix giving the possibility to gain the natural frequencies of the Timoshenko microbeam. Eventually, after a validation study, the numerical results are presented to study and discuss the influences of various parameters such as nonlocal parameter, strain gradient parameter, aspect ratio, porosity, various volume fraction and distributions of graphene platelets, temperature change and elastic foundation coefficients on natural frequencies of the sandwich microbeam.

• 한국지진공학회논문집
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• 제3권2호
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• pp.9-18
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• 1999

현행 내진설계 기준과는 달리 내진설계기준연구(II) 에서는 6층 미만의 건물도 내진설계를 적용하도록 제안하고 있다 이 제안서가 향후 내진설계 기준의 근간이 된다면 저층 건물에 대하여서도 내진설계가 수행되어야 할 것으로 예상된다 지진의 세기로 구분할 때 국내의 약지진동 지역으로 구분되며 이와 같은 지역에서의 저층 건물의 초과강도 계수 $\Omega$는 매우 크다고 기조의 연구자들이 보고하고 있다 따라서 본 연구에서는 국내 4층 RC 모멘트 연성 골조의 경우에$\Omega$를 고찰하고자 스팬과 경간(bay)를 변화시키면서 모델을 설계하고 이를 2차원 push-over 해석하였다 수치해석 결과 경간의 수 또는 스팬 길이가 증가함에 따라$\Omega$의 값이 증가하는 추세를 보였다 이는 내진설계시 우발 비틀림 모멘트를 고려함으로 스팬 길이 또는 경간 수의 증가에 비하여 외부기중의 설계강도증가율이 크기 때문이다 또한 외부 기둥의 강도증가는 강기동-약보 모델에 근접한 붕괴기구를 형성하므로 $\Omega$의 증가에 영향을 미치는 것으로 고찰되었다