• Steel and Composite Structures
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• 제22권6호
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• pp.1417-1443
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• 2016

Cellular and castellated steel beams are used to obtain higher stiffness and bending capacity using the same weight of steel. In addition, the beam openings may be used as a pass for different mechanical fixtures such as ducts and pipes. The aim of this study is to investigate the effect of different parameters on both elastic and inelastic critical buckling stresses of steel web plates with openings. These parameters are plate aspect ratio; opening shape (circular or rectangular); end distance to the first opening; opening spacing; opening size; plate slenderness ratio; steel grade; and initial web imperfection. The web/flange interaction has been simplified by web edge restraints representing simply supported boundary conditions. A numerical parametric study has been performed through linear and nonlinear finite element (FE) models, where the FE results have been verified against both experimental and numerical results in the literature. The web plates are subject to in-plane linearly varying compression with different loading patterns, ranging from uniform compression to pure bending. A buckling stress modification factor (${\beta}$-factor) has been introduced as a ratio of buckling stress of web plate with openings to buckling stress of the corresponding solid web plate. The variation of ${\beta}$-factor against the aforementioned parameters has been reported. Furthermore, the critical plate slenderness ratio separating elastic buckling and yielding has been identified and discussed for two steel grades of DIN-17100, namely: ST-37/2 and ST-52/3. The FE results revealed that the minimum ${\beta}$-factor is 0.9 for web plates under uniform compression and 0.7 for those under both compression and tension.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제13권4호
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• pp.455-464
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• 2017

I형 강거더의 압축부에 SUPER(Sustainable Ultra performing, Pioneering, Economic, Remarkable) Concrete가 합성된 거더의 휨거동 특성을 평가하기 위해 정적재하시험을 수행하였다. 실험체는 총길이 25m, 형고 786mm이고 압축부 콘크리트(이하 케이싱) 강도는 80MPa이며 4점 재하로 하중 2,010kN까지 가력하여 휨거동을 분석하였다. 실험 결과 사용 하중의 2.7배에서 인장 플랜지가 항복하였고 연성비는 1.481였다. 실험 종료까지 케이싱 균열은 확인되지 않았으며 단면 간 상대변위량은 미미한 수준임을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1A호
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• pp.39-49
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• 2008

본 연구에서는 교량의 노면조도 및 교량과 차량 사이의 상호작용을 고려한 수치해석방법을 사용하여 여러 매개변수에 대한 강판형교의 동적응답을 연구하였다. 대상교량은 건설교통부에서 제정한 "도로교 상부구조 표준도"에 수록되어 있는 지간이 20 m, 30 m와 40 m인 단순 강판형교를 사용하고, 여러 종류의 도로에 대하여 생성시킨 노면조도를 사용하였다. 차량은 2축과 3축 덤프트럭 및 5축 트랙터-트레일러인 표준트럭(DB-24)을 3차원으로 모델링하고, 교량은 주형을 보요소로, 콘크리트 바닥판은 쉘요소로 이상화시켰으며 주형과 콘크리트 바닥판 사이는 Rigid Link를 사용하여 3차원으로 모델링하였다. 이와 같은 차량 및 노면조도를 사용하여 강판형교의 지간별, 통행 차종별 및 노면조도별 충격계수와 DLA를 구하고 각국의 설계기준과 비교 검토하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.431-439
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• 2009

이 연구는 순환골재 콘크리트의 활용성 증대 및 규준 정립에 관한 연구의 일환으로, 순환굵은골재 및 순환 잔골재 치환율에 따른 실규모 철근콘크리트 보의 휨거동 특성을 실험적으로 수행하고자 실험체를 총 7개로 제작하여 최종파괴시까지 변위제어 방식에 의해 4점 가력하였다. 흡수율 3.0%, 절건밀도 2.49 g/cm3의 순환굵은골재를 치환한 실 험체를 천연골재 실험체와 비교한 결과, 초기강성은 동등하였으며 순환굵은골재를 고품질과 저품질로 구분하여 혼합굵 은골재를 치환한 실물모형 보 부재의 휨성능 또한 현행 설계기준에서 규정하는 휨내력을 만족하는 것으로 나타났다. 순 환잔골재를 100% 치환한 실험체에서도 천연골재 실험체와 유사한 거동을 나타냈으며, 모든 실험체의 실험값은 KCI 설 계기준식과 비교한 결과 기준값을 안전측으로 평가하고 있어 순환골재를 사용한 휨부재 설계에 적용 가능할 것으로 판 단된다. 따라서 순환골재 콘크리트의 활용성 증대라는 측면에서 순환골재 콘크리트로 제작된 RC 부재는 구조용 휨 부 재로의 적용이 가능한 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권11호
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• pp.5939-5946
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• 2013

교량과 도로 포장사이의 주행성 향상을 제공하는 교량 접속판(BAS)은 여러 가지 요인으로 제 기능을 발휘하지 못하고 있다. 현행 도로설계요령은 접속판 길이의 70%를 지간으로 한 단순보로 계산하고 있으며 슬래브 아래의 침하와 공극을 고려하지 못한다. BAS의 휨모멘트에 대한 지반침하 영향을 조사하기 위해 탄성지반 보(BAS-ES)를 본 연구에서 사용했다. 사용된 매개변수는 경간장, 유실길이, 유실위치, 지반 반력계수이다. 중앙지간에 가까운 유실이 접속판에 최대모멘트가 발생하는 것을 매개변수 연구를 통해 알 수 있었다. BAS 아래의 공극은 일반적으로 교대 주위에서 발생되므로 사용모델은 침하와 공극을 형상화하기 위해 교대로부터 스프링을 제거하여 유실위치를 고려했다. 탄성지지 보 모델을 사용해 AASHTO LRFD 교량설계기준에 근거한 설계모멘트와 국내 도로교설계기준의 설계모멘트를 비교하였다. 유실을 고려한 탄성지반 접속판의 설계모멘트가 현행 접속판 설계와 비교해 여전히 작게 나타나 비용절감 효과를 꾀할 수 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.21-29
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• 2014

본 연구에서는 GFRP 이형 보강근으로 휨보강된 보의 거동, 파괴유형과 강도를 평가하였다. 4개의 보 실험체들을 제작하여 실험을 수행하였다. 4점 하중재하 조건으로 단순지지된 GFRP로 보강 콘크리트 실험체의 거동과 하중-처짐을 관찰하였다. 전단배근으로 인한 거동의 불확실성을 배제하기 위하여 스터럽을 배근하지 않고 실험체를 제작하였다. 실험 변수는 전단지간비와 유효보강비이다. 실험체의 길이는 3,300 또는 $1,950mm{\times}200mm{\times}240mm$이고 순지간 2,900 또는 1,000mm이다. 전단지간비는 6.5와 2.5이며, GFRP 유효 보강근비는 $1.126{\rho}_{fb}$, $2.250{\rho}_{fb}$, $3.375{\rho}_{fb}$와 $0.634{\rho}_{fb}$이다. 실험 결과 모든 실험체는 전단파괴 되었으며 실험계획에 적용한 ACI 440.1R, CSA S806와 ISIS의 전단 강도식이 실제와 편차가 있음을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.60-67
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• 2015

유한요소모델 개선은 구조물의 설계검증, 손상추적, 내하력 평가 등 다양하게 활용되고 있는 기법이다. 일반적인 유한요소모델 개선은 구조물에서 계측된 가속도응답으로부터 구조물의 고유진동수와 모드형상을 구하고, 이를 바탕으로 모델을 개선하게 된다. 이와 같은 가속도응답기반 유한요소모델 개선은 구조물의 병진 자유도를 고려하기 때문에 물리적인 체계를 추정하는데 있어서 매우 적합하지만, 회전 자유도 상에서 변화하는 구조물의 경계조건을 판별하기에는 어려움이 있다. 최근 센서 기술의 개발로 인하여 저렴한 가격, 높은 정확성의 자이로센서들이 개발되고 있으며, 그에 따라 구조물의 회전 자유도에 관한 정보 획득이 용이해지고 있다. 본 연구에서는 이를 바탕으로 가속도와 각속도 응답을 함께 이용하는 데이터 융합 기반 유한요소모델 개선 기법을 제안하였다. 가속도와 각속도를 모두 활용한 데이터융합기법은, 가속도만 사용한 기존의 유한요소 모델 기법보다 구조물의 경계조건 판별에 정확한 정보를 제공한다. 본 논문에서는 단순보 모델을 이용한 수치 시뮬레이션을 통해서, 제안한 가속도와 각속도 데이터 융합기반의 유한요소모델 개선 기법의 성능을 검증하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.449-459
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• 2011

이 연구에서는 SD600 철근 B급 이음에 대한 현행 설계기준의 적용성 평가를 위하여 실험적 연구가 수행되었다. 단순 지지된 12개의 B급 겹침 이음 실험체에 단순 증가 하중을 가하여 실험하였다. 주요 변수는 겹침 이음 철근직경, 콘크리트 피복 두께, 콘크리트 강도, 횡보강 철근 간격이다. 콘크리트는 24 MPa의 보통 강도 콘크리트와 60 MPa의 고강도 콘크리트를 사용하였다. 대부분의 실험체는 현행 설계기준의 B급 이음 길이를 만족하도록 설계하였다. 실험에서 발현된 철근 응력의 평균을 현행 KCI설계기준의 예측 철근 응력과 비교하였으며, 그 결과를 통하여 SD600 철근에 대한 현행 설계기준의 적용성을 평가하였다. 현행 설계기준은 모든 D13 겹침 이음과 횡보강 철근이 배치된 D22, D32 겹침 이음에 대하여 안전측이었다. 직경 D22 이상 철근의 겹침 이음은 횡보강 철근의 사용이 권장되는 결과를 나타내었다. 고강도 콘크리트를 사용한 D22, D32 철근의 겹침 이음은 안전한 경향성을 보였으나, 확실한 검증을 위하여 추가적인 연구가 필요하다.

• 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.

• 콘크리트학회지
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• 제11권1호
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• pp.191-200
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• 1999

집중하중을 받는 단순지지 철근콘크리트 깊은 보를 대상으로 콘크리트의 압축강도, 전단스팬비, 웨브 수직 및 수평 보강철근비를 변수로 하여 깊은 보의 구조거동과 전단강도를 실험적으로 조사하였으며, 각 변수의 영향을 고찰하고 규준식 및 제안식 등과 비교, 검토하였다. 42개의 시험체를 실험한 결과, 모든 시험체는 전단스팬 내에서 콘크리트의 과도한 균열 및 압괴에 의해 파괴되었고, 시험체의 초기강성은 압축강도에 관계없이 전단 스팬비가 작을수록 크게 나타났으며, 경사균열 발생 이후 보의 강성이 점진적으로 감소되었다. 전단스팬비가 증가함에 따라 경사균열 및 최대하중은 일정하게 감소하며, 콘크리트 압축강도가 증가할수록 최대하중은 증가하나 경사균열 하중은 거의 변화가 없었고, 전단스팬비의 증가에 따라 콘크리트의 압축강도가 전단강도에 미치는 영향 또한 일정하게 감소하는 것으로 보인다. 웨브의 전단보강근 효과는 전단스팬비의 영향을 받으며, 전단스팬비가 작아지면 수평보강근의 효과가, 전단스팬비가 커지면 수직보강근의 효과가 상대적으로 커짐을 알 수 있었다. 실험결과와 비교하여, 이론식은 de Paiva의 제안식이, 규준식은 CIRIA guide가 실험결과에 가장 부합하는 것으로 나타났으며, 국내 규준식은 실험값에 비해 상당히 낮은 강도로 계산되고 있어 안전 측에 있는 것으로 판단된다.