• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권5호
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• pp.595-606
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• 2011

본 연구는 기둥-보 접합부의 강성에 따른 철골 모멘트 골조의 동적특성의 차이를 파악하는데 목적이 있다. 6층의 철골 모멘트 골조를 설계하였으며, 접합부는 DWA (Double Web-Angle Connection), TSW (Top-and Seat-Angle Connection with Double Web-Angle), FEMA(SAC-Test Summary No.28, Specimen ID : UCSD-6) 접합부를 사용하였고, 완전강접합부의 동적거동특성과 상호 비교 검토하였다. 반강접 접합부의 회전강성은 Chen 과 Kishi 에 의해 제안된 3매개변수파워모델을 사용하여 구하였다. 접합부의 회전 강성을 보의 강성으로 나누어 상대강성으로 정의하여 사용하였다. 모든 골조에 대하여 비선형 정적해석(push over analysis), 반복하중 해석 및 시간이력해석을 수행하였다. 각 접합부의 강성에 따른 내진거동은 층간변위, 소성힌지 및 이력 에너지 분배의 항목별로 비교 분석하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권4호
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• pp.405-415
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• 2011

건축물의 안전한 내진설계를 위해서는 층간변위비 뿐만 아니라 부재에 요구되는 소성변형을 평가하여야 한다. 본 연구에서는 복잡한 비선형해석 없이 탄성해석을 사용하여 강기둥-약보로 설계된 철골 특수모멘트골조의 보에 요구되는 소성변형을 평가하는 간편한 방법을 개발하였다. 개발한 방법은 탄성해석 결과를 근거로 모멘트 재분배, 기둥 단면치수 및 보 소성힌지 이동, 패널존 변형, 중력하중, 변형경화 거동 등을 고려하여 보의 소성변형각을 직접적으로 예측한다. 또한 가새골조 또는 코어벽 등 횡력 저항구조와 모멘트골조의 상호 작용인 로킹 효과 고려한다. 검증을 위하여 강기둥-약보로 설계된 6층 특수모멘트골조에 제안된 방법을 적용하여 보의 소성변형각을 예측하고, 그 결과를 비선형 해석 결과와 비교하였다. 검증 결과, 제안된 방법은 설계 변수에 따른 보의 소성변형각을 합리적으로 예측하는 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권1호
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• pp.116-124
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• 2020

코어 위치변화에 따른 횡력저항성능 분석을 위하여, 대칭 평면형 20층 건물을 대상으로 3차원 구조해석을 수행하였다. 중심 코어, 1축 편심 코어, 2축 편심 코어로 구분하여 4가지 해석모델을 구성하고, 고유치해석, 풍하중 해석, 지진하중 해석을 수행하였다. 중심 코어 건물에서는 비틀림이 발생하지 않았으나, 편심 코어의 배치에 따라 휨과 비틀림이 복합적으로 발생하였으며 횡력저항성능이 저하되었다. 코어의 편심 배치에 따른 풍하중 크기의 변화는 작으나, 최대 횡변위는 코어의 편심 배치에 의하여 크게 증가하는 것으로 확인되었다. 또한, 편심 코어의 경우 횡방향 강성의 저하로 인하여 중심 코어에 비해 지진하중이 다소 감소하였으나, 비틀림의 영향으로 최대 층간변위비는 크게 증가하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과들을 바탕으로 코어의 위치에 따른 구조거동을 확인하고, 계획 및 설계 단계에서 코어 배치의 가이드라인으로 활용할 수 있다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제76권3호
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• pp.279-291
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• 2020

The seismic design of conventional frame structures is meant to enhance plastic deformations at beam ends and prevent yielding in columns. To this end, columns are made stronger than beams. Yet yielding in columns cannot be avoided with the column-to-beam strength ratios (about 1.3) prescribed by seismic codes. Preventing plastic deformations in columns calls for ratios close to 4, which is not feasible for economic reasons. Furthermore, material properties and the rearrangement of geometric shapes inevitably make the distribution of damage among stories uneven. Damage in the i-th story can be characterized as the accumulated plastic strain energy (W_pi) normalized by the product of the story shear force (Q_yi) and drift (δ_yi) at yielding. Past studies showed that the distribution of the plastic strain energy dissipation demand, W_pi/ΣW_pj, can be evaluated from the deviation of Q_yi with respect to an "optimum value" that would make the ratio W_pi/(Q_yiδ_yi) -i.e. the damage- equal in all stories. This paper investigates how the soil type and ductility demand affect the optimum lateral strength distribution. New optimum lateral strength distributions are put forth and compared with others proposed in the literature.

• Earthquakes and Structures
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• 제23권1호
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• pp.35-57
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• 2022

This article presents a computationally efficient framework for multi-objective seismic design optimization of steel moment-resisting frame (MRF) structures based on the nonlinear dynamic analysis procedure. This framework employs the uniform damage distribution philosophy to minimize the weight (initial cost) of the structure at different levels of damage. The preliminary framework was recently proposed by the authors based on the single excitation and the nonlinear static (pushover) analysis procedure, in which the effects of record-to-record variability as well as higher-order vibration modes were neglected. The present study investigates the reliability of the previous framework by extending the proposed algorithm using the nonlinear dynamic design procedure (optimization under multiple ground motions). Three benchmark structures, including 4-, 8-, and 12-story steel MRFs, representing the behavior of low-, mid-, and high-rise buildings, are utilized to evaluate the proposed framework. The total weight of the structure and the maximum inter-story drift ratio (IDRmax) resulting from the average response of the structure to a set of seven ground motion records are considered as two conflicting objectives for the optimization problem and are simultaneously minimized. The results of this study indicate that the optimization under several ground motions leads to almost similar outcomes in terms of optimization objectives to those are obtained from optimization under pushover analysis. However, investigation of optimal designs under a suite of 22 earthquake records reveals that the damage distribution in buildings designed by the nonlinear dynamic-based procedure is closer to the uniform distribution (desired target during the optimization process) compared to those designed according to the pushover procedure.

• 한국지진공학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.85-92
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• 2024

This study presents code-compliant seismic details by addressing dry mechanical splices for precast concrete (PC) beam-column connections in the ACI 318-19 code. To this end, critical observations of previous test results on precast beam-column connection specimens with the proposed seismic detail are briefly reported in this study, along with a typical reinforced concrete (RC) monolithic connection. On this basis, nonlinear dynamic models were developed to verify seismic responses of the PC emulative moment-resisting frame systems. As the current design code allows only the emulative design approach, this study aims at identifying the seismic performances of PC moment frame systems depending on their emulative levels, for which two extreme cases were intentionally chosen as the non-emulative (unbonded self-centering with marginal energy dissipation) and fully-emulative connection details. Their corresponding hysteresis models were set by using commercial finite element analysis software. According to the current seismic design provisions, a typical five-story building was designed as a target PC building. Subsequently, nonlinear dynamic time history analyses were performed with seven ground motions to investigate the impact of emulation level or hysteresis models (i.e., energy dissipation performance) on system responses between the emulative and non-emulative PC moment frames. The analytical results showed that both the base shear and story drift ratio were substantially reduced in the emulative system compared to that of the non-emulative one, and it indicates the importance of the code-compliant (i.e., emulative) connection details on the seismic performance of the precast building.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권2호
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• pp.129-137
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• 2010

본 연구에서는 횡력을 받는 구조물 거동에 대한 보-기둥 접합부의 영향을 확인하기 위하여 5층 철골구조물을 KBC2005 건축구조설계기준에 맞게 구조설계 하였으며 접합부를 완전 강접합부로 이상화한 경우와 반강접 접합부로 설계하였다. 철골 보 및 기둥의 모멘트-곡률관계는 화이버모델을 이용하여 확인하였으며 반강접 접합부의 모멘트-회전각 관계는 3-매개변수 파워모델을 이용하여 나타내었다. 구조물 거동에 대한 고차모드의 영향을 확인하기 위하여 KBC2005 등가정적 횡하중과 고차모드를 고려한 횡하중을 재하하였다. 5층 철골구조물은 개별 골조와 연결골조의 2차원 구조물로 이상화하였다. 횡하중을 받는 2차원 구조물에 대한 푸쉬오버 구조해석을 실시하여 지붕충변위-밑면전단력, 초과강도계수, 연성계수, 반응수정계수와 같은 설계계수, 접합부 요구연성도 그리고 소성힌지 분포 등을 확인하였다. 예제 구조물은 기준의 반응수정계수 보다 큰 값을 보였고 고차모드의 반응수정계수에 대한 영향은 거의 없었고 KBC2005 횡하중은 안전한 편에 속했다. TSD 접합부는 예제 구조물에서 경제성과 안전성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권4호
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• pp.483-491
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• 2008

1994년 노스리지 지진 이후, 철골모멘트골조 강축방향 접합부의 내진성능 평가에 관한 연구가 국내 외에서 활발하게 진행되어온 반면, 국내 철골모멘트골조 내진설계 및 시공의 실무에 관행적으로 적용되고 있는 철골모멘트골조 약축방향 접합부의 내진성능 평가 연구가 국내는 물론 국외에서도 그 사례를 찾아보기 힘든 상황이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 내진성능 확보 여부가 확인되지 않은 상태에서 내진설계 실무에서 가장 많이 사용되고 있는 브라켓 형식 및 WUF-B 형식의 접합상세를 갖는 철골모멘트골조 약축접합부의 실물대(Full scale) 실험체를 제작 및 실험하여 이와 같은 형상의 접합부에 대한 내진성능을 평가하여 향후 이와 같은 형상을 갖는 철골모멘트골조 약축접합부의 설계를 위한 기초자료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 현장조사 및 설계도서등의 기존 자료를 통해 총 2개의 실험체를 제작하여 내진성능을 평가 실험연구를 수행하였다. 실험결과로부터 최대내력 비교, 하중-변위 이력 및 응력도 등에 대한 거동을 비교 분석 하였다. 실험결과 층간변위각 5%의 BR-W 실험체가 층간변위각 4%를 갖는 WUF-B 실험체에 비해 우수한 구조적 거동을 보여주었으며, 설계 내력을 상회하는 내력을 보유하고 있는 것을 알 수 있었다. 또한 브라켓 형식의 실험체는 최대내력 도달 이후 완만한 강도 저하를 나타내었으나, WUF-B 형식의 실험체는 최대내력 도달 이후 급격한 하중 저하를 나타내며 취성적인 거동을 보였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제39권6호
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• pp.795-812
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• 2011

Estimation of damage probability of buildings under a future earthquake is an essential issue to ensure the seismic reliability. Fragility curves are useful tools for showing the probability of structural damage due to earthquakes as a function of ground motion indices. The purpose of this study is to compare the damage probability of R/C buildings with low and high level of strength and ductility through fragility analysis. Two different types of sample buildings have been considered which represent the building types mentioned above. The first one was designed according to TEC-2007 and the latter was designed according to TEC-1975. The pushover curves of sample buildings were obtained via pushover analyses. Using 60 ground motion records, nonlinear time-history analyses of equivalent single degree of freedom systems were performed using bilinear hysteretic model and peak-oriented hysteretic model with stiffness - strength deterioration for each scaled elastic spectral displacement. The damage measure is maximum inter-story drift ratio and each performance level considered in this study has an assumed limit value of damage measure. Discrete damage probabilities were calculated using statistical methods for each considered performance level and elastic spectral displacement. Consequently, continuous fragility curves have been constructed based on the lognormal distribution assumption. Furthermore, the effect of hysteresis model parameters on the damage probability is investigated.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제5권3호
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• pp.325-343
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• 2018

This study aims to propose a performance-based design method of a novel passive base isolation system, BIO isolation system, which is inspired by an energy dissipation mechanism called 'sacrificial bonds and hidden length'. Fragility functions utilized in this study are derived, indicating the probability that a component, element, or system will be damaged as a function of a single predictive demand parameter. Based on PEER framework methodology for Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE), a systematic design procedure using performance and fragility objectives is presented. Base displacement, superstructure absolute acceleration and story drift ratio are selected as engineering demand parameters. The new design method is then performed on a general two degree-of-freedom (2DOF) structure model and the optimal design under different seismic intensities is obtained through numerical analysis. Seismic performances of the biologically inspired (BIO) isolation system are compared with that of the linear isolation system. To further demonstrate the feasibility and effectiveness of this method, the BIO isolation system of a 4-storey reinforced concrete building is designed and investigated. The newly designed BIO isolators effectively decrease the superstructure responses and base displacement under selected earthquake excitations, showing good seismic performance.