• Steel and Composite Structures
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• 제32권3호
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• pp.325-336
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• 2019

Concrete placement and temporary formwork of bridge deck overhangs result in unbalanced eccentric loads that cause exterior girders to rotate during construction. These construction loads affect the global and local stability of the girders and produce permanent girder rotation after construction. In addition to construction loads, the skew angle of the bridge also contributes to girder rotation. To prevent rotation (in both skewed and non-skewed bridges), a number of techniques have been suggested to temporarily brace the girders using transverse tie bars connecting the top flanges and embedded in the deck, temporary horizontal and diagonal steel pipes placed between the webs of the exterior and first interior girders, and permanent cross frames. This study includes a rigorous three-dimensional finite element analysis to evaluate the effectiveness of several bracing systems for non-skewed and several skewed bridges. In this paper, skew angles of $0^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$, and $45^{\circ}$ were considered for single- and three-span bridges. The results showed that permanent cross frames worked well for all bridges, whereas temporary measures have limited application depending on the skew angle of the bridge.

• Steel and Composite Structures
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• 제43권5호
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• pp.553-564
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• 2022

Many existing reinforced concrete (RC) structures need to be strengthening for reason such as poor construction quality, low ductility or designing without considering seismic effects. One of the strengthening methods is strengthening technique with eccentrically braced frames (EBFs). The characteristic element of these systems is the link element and its length is very important in terms of seismic behavior. The link element of Y shaped EBF systems (YEBFs) is designed as a short shear element. Different limits are suggested in the literature for the link length. This study to aim experimentally investigate the effect of the link length for the suggested limits on the behavior of the RC frame system and efficiency of strengthening technique. For this purpose, a total of 5 single story, single span RC frame specimens were produced. The design of the RC frames was made considering seismic design deficiencies. Four of the produced specimens were strengthened and one of them remained as bare specimen. The steel YEBFs were used in strengthening the RC frame and the link was designed as a shear element that have different length with respect to suggested limits in literature. The length of links was determined as 50mm, 100mm, 150mm and 200mm. All of the specimens were tested under cyclic loads. The obtained results show that the strengthening technique improved the energy consumption and lateral load bearing capacities of the bare RC specimen. Moreover, it is concluded that the specimens YB-2 and YB-3 showed better performance than the other specimens, especially in energy consumption and ductility.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.39-48
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• 2022

The energy dissipation of inverted V-type eccentric steel braced frames can be achieved through the yielding of a slit link, through yielding of a number of strips between slits when the frame is subjected to inelastic cyclic deformation. On the other hand, the development of seismic resistance system without residual deformation is obtained by applying the superelasdtic shape memory alloy (SMA) material into the brace and link elements. This paper presents results from a systematic three-dimensional nonlinear finite element analysis on the structural behavior of the eccentric bracing systems subjected to cyclic loadings. A wide scope of structural behaviors explains the horizontal stiffness, hysteretic behaviors, and failure modes of the recentering eccentric bracing system. The accurate results presented here serve as benchmark data for comparison with results obtained using modern experimental testing and alternative theoretical approaches.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제89권1호
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• pp.93-102
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• 2024

Using negative Poisson's ratio materials, an innovative metallic-yielding damper is introduced for the first time in this study. Through the use of ABAQUS commercial software, a nonlinear finite element analysis is conducted to determine the performance of the proposed system. Mild steel plates with elliptical holes are used for these types of dampers, which dissipate energy through an inelastic deformation of the constitutive material. To assess the capability of the proposed damper, nonlinear quasi-static finite element analyses have been conducted on the damper with a variety of geometric parameters. According to the results, the proposed system is ductile and has a high capacity to dissipate energy. The proposed auxetic damper has a specific energy absorption of 910.8 J/kg and a ductility of 33.6. Therefore, this damper can dissipate a large amount of earthquake input energy without buckling by increasing the buckling load of the brace with its ductile behavior. In addition, it was found that by incorporating auxetic dampers in the steel frame, the frame was made harder, stronger, and ductile and its energy absorption increased by 300%.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제28권6호
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• pp.415-425
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• 2016

스틸스터드 내력벽 시스템은 국외에서 중고층형 모듈러 건축에 널리 사용되는 구조형식이다. 국내의 중고층형 모듈러 시스템에 스틸 스터드 벽체를 적용하기 위해서는 내진성능 확보가 필수적이다. 본 연구에서는 스트랩브레이스를 갖는 모듈러 건축 스틸스터드 내력벽 시스템의 횡력저항성능 및 유효강성을 제안하였다. 스트랩 브레이스와 수직외측스터드의 사양을 달리하는 2개의 실물 실험체에 대해 주기하중에 대한 실험을 실시하여 제안된 설계식을 검증하였다. 수직외측스터드의 휨거동을 고려할 수 있는 설계식을 통해 실험체의 공칭강도, 탄성강성, 항복변위 등을 예측하고 실험을 통해 검증하였다. 실험에 의한 최대강도는 예측식 대비 1.11~1.18배 수준으로 평가되었다. 박판의 스트랩 브레이스를 갖는 스트랩 스터드패널은 일반적으로 에너지소산능력이 매우 낮은 것으로 평가되나, 본 연구에서 제안한 수직외측스터드의 유효높이를 줄이고 브레이스의 각도를 낮춘 시스템의 경우 등가점성감쇠비가 최대 9.42% 수준으로 충분한 에너지소산능력이 확보될 수 있음을 확인하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제19권4호
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• pp.917-937
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• 2015

During a seismic event, a considerable amount of energy is input into a structure. The law of energy conservation imposes the restriction that energy must either be absorbed or dissipated by the structure. Recent earthquakes have shown that the use of concentric bracing system with their low ductility and low energy dissipation capacity, causes permanent damage to structures during intense earthquakes. Hence, engineers are looking at bracing system with higher ductility, such as chevron and eccentric braces. However, braced frame would not be easily repaired if serious damage has occured during a strong earthquake. In order to solve this problem, a new bracing system an off-centre bracing system with higher ductility and higher energy dissipation capacity, is considered. In this paper, some numerical studies have been performed using ANSYS software on a frame with off-centre bracing system with optimum eccentricity and circular element created, called OBS_C_O model. In addition, other steel frame with diagonal bracing system and the same circular element is created, called DBS_C model. Furthermore, linear and nonlinear behavior of these steel frames are compared in order to introduce a new way of optimum performance for these dissipating elements. The obtained results revealed that using a ductile element or circular dissipater for increasing the ductility of off-centre bracing system and centric bracing system is useful. Finally, higher ductility and more energy dissipation led to more appropriate behavior in the OBS_C_O model compared to DBS_C model.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제9권1호
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• pp.111-119
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• 2005

본 연구는 지진하중을 고려한 브레이스된 강골조 구조물의 연속 및 이산화 최적설계에 관한 내용이다. 구조해석과 연속 및 이산화 최적설계를 동시에 수행할 수 있는 최적설계 프로그램을 개발하여 이를 브레이스가 없는 경우, Z-형(V), Z-형(역V), X-형(A), X-형(B), X-형(C), K-형 등의 다양한 브레이스 배치형태를 사용한 강골조 구조물에 적용하였고, 정하중, 지진하중을 고려하여 해석하였다. AISC-ASD 시방규정과 ATC-3-06에 규정한 사용성, 허용층간변위 및 다양한 제약조건을 모두 만족하는 최소중량, 설계변수 등을 도출하고, 다양한 예들의 해석결과를 비교 분석하여 내진에 적합한 브레이스 배치 형태를 제시하고자 하는데 그 목적이 있다.

• Advances in nano research
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• 제8권4호
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• pp.323-333
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• 2020

In recent years, there has been an upsurge for the usage of buckling restrained braces (BRB) rather than ordinary braces, as they have evidently performed better. If the overall brace buckling is ignored, BRBs are proven to have higher energy absorption capacity and flexibility. This article aims to deliberate an economically efficient yet adequate type of all-steel BRB, comprised of the main components as in traditional ones, such as : (1) a steel core that holds all axial forces and (2) a steel restrainer tube that hinders buckling to occurr in the core; there is a more practical detailing in the BRB system due to the elimination of a filling mortar. An investigation has been conducted for the proposed rectangular-tube core BRB and it is hysteric behavioral results have been compared to previous researches conducted on a structure containing a similar plate core profile that has the same cross-sectional area in its core. A loss of strength is known to occur in the BRB when the limiting condition of local buckling is not satisfied, thus causing instability. This typically occurs when the thickness of the restrainer tube's wall is smaller than the cross-sectional area of the core plate or its width. In this study, a parametric investigation for BRBs with different formations has been performed to verify the effect of the design parameters such as different core section profiles, restraining member width to thickness ratio and relative cross-sectional area of the core to restrainer, on buckling load evaluation. The proposed BRB investigation results have also been presented and compared to past BRB researches with a plate profile as the core section, and the advantages and disadvantages of this configuration have been discussed, and it is concluded that BRBs with tubular core section exhibit a better seismic performance than the ones with a plate core profile.

• 한국지진공학회논문집
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• 제16권2호
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• pp.47-60
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• 2012

우리나라의 건축법 시행령에서는 3층 미만 그리고 연면적 $1000m^2$ 미만의 건축물을 소규모 건축물로 정의하고 있으며 내진설계 적용 대상 범위에서 제외하고 있다. 하지만 소규모 건축물에 거주하는 인구의 비율이 상당하다는 사실을 고려할 때, 소규모 건축물의 내진성능을 확보하는 것은 지진 재해 경감에 있어서 중요한 부분이라고 할 수 있다. 이 논문에서는 2층 철골 건물에 비좌굴 Knee가새를 적용한 예제 연구를 통해서 소규모 건물의 내진보강 전략에 대한 연구를 수행하였다. 확률론적 내진성능 목표를 바탕으로 가새의 상세를 결정하였고, 이를 위해서 다양한 구조적 특성에 대한 취약성 분석 결과를 즉시 구해서 비교할 수 있는 취약성 등고선을 이용하였다. 기존에 수행된 실험적, 해석적 연구결과를 바탕으로 75개의 BRKB모델을 개발하였으며, 이 중에서 예제 건축물에 대한 BRKB의 가장 효과적인 보강 방안은 취약성 곡선을 이용한 내진성능의 검증과 강재의 무게를 바탕으로 결정하였다. 본 연구를 통해서 취약성 등고선을 이용한 내진성능평가 방법이 확률론적 내진성능목표를 바탕으로 한 보강전략수립에 효율적으로 사용될 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권1호
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• pp.1-12
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• 2010

현행 강구조내진설계철학의 근거인 역량설계법(capacity design method)에 의할 때 중심가새골조의 에너지 소산요소인 가새가 인장항복하고 압축좌굴 할 때 보와 기둥은 탄성상태를 유지해야 한다. 중심가새골조의 대표적 형식인 역V형 가새골조의 경우 가새가 좌굴하면 인장가새와 압축가새 사이에 수직불균형력이 발생하여 보와 기둥에 추가적인 하중이 가해지므로 이를 반영하여 보 및 기둥 부재를 탄성설계해야 한다. 지진하중 발생시에 모든 가새가 동시에 좌굴하지 않는다는 것은 잘 알려져 있지만, 특정층의 좌굴발생 유무를 정확히 예견하는 방법은 아직 존재하지 않는다. 따라서 현행 설계기준에서는 모든 층에서의 동시 좌굴을 가정하여 보수적으로 설계하거나 시스템초과강도계수로 증폭된 특별지진하중에 대해 기둥부재를 탄성설계하는 경험적이고 우회적인 방법을 제시하고 있다. 이를 개선하기 위한 첫 번째 단계는 우선 지진 내습시에 좌굴발생이 예견되는 층을 정확히 예측하는 것이다. 본 논문에서는 1차모드 푸쉬오버해석, 고차모드 푸쉬오버해석, 선형고유치해석에 의해 좌굴층을 예측한 후 이를 토대로 가새좌굴이 기둥에 가하는 축력을 산정하는 세 가지의 새로운 방법, 즉 FMPM(First Mode Pushover Method), MMPM (Multi-Mode Pushover Method), MSBM(Mode Shape Based Method)을 제안하였다. 이 세 가지 방안의 핵심은 좌굴 포텐셜이 높은 것으로 감지된 층의 수직불균형력은 선형합산하고 그렇지 않은 층의 수직불균형력은 SRSS(square root of sum of squares)법에 의해 조합하여 기둥에 가해지는 축력을 산정하는 것이다. 3층에서 15층에 이르는 5개의 골조모델에 대해 20개 지진가속도기록을 입력으로 한 방대한 비선형동적해석을 수행하여 제시한 방안의 타탕성을 검증하였다. 세 방법에 의한 기둥설계 결과는 모두 현행 설계기준의 방법보다 기둥의 물량을 대폭 줄이면서도 기둥부재가 탄성상태를 유지하여 역량설계법의 철학을 만족시켰다. 특히 MSBM은 간단한 선형 고유치해석결과만을 이용하지만 본 연구에서 가장 정확한 축력산정법인 MMPM과 큰 차이를 보이지 않을 정도로 정확하다. 실무 여건에서도 사용 가능한 방법으로 MSBM을 추천한다.