• Structural Engineering and Mechanics
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• 제49권6호
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• pp.705-726
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• 2014

In general, cylindrically curved plates are used in ships and offshore structures such as wind towers, spa structures, fore and aft side shell plating, and bilge circle parts in merchant vessels. In a number of studies, it has been shown that curvature increases the buckling strength of a plate under compressive loading, and the ultimate load-carrying capacity is also expected to increase. In the present paper, a series of elastic and elastoplastic large deflection analyses were performed using the commercial finite element analysis program (MSC.NASTRAN/PATRAN) in order to clarify and examine the fundamental buckling and collapse behaviors of curved plates subjected to combined axial compression and lateral pressure. On the basis of the numerical results, the effects of curvature, the magnitude of the initial deflection, the slenderness ratio, and the aspect ratio on the characteristics of the buckling and collapse behavior of the curved plates are discussed. On the basis of the calculated results, the design formula was developed to predict the buckling and ultimate strengths of curved plates subjected to combined loads in an analytical manner. The buckling strength behaviors were simulated by performing elastic large deflection analyses. The newly developed formulations were applied in order to perform verification analyses for the curved plates by comparing the numerical results, and then, the usefulness of the proposed method was demonstrated.

• Advances in concrete construction
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• 제8권3호
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• pp.173-185
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• 2019

This article presents a comparative study of the effect of steel layouts on the seismic behavior of transition steel-concrete composite connections, both experimental and analytical investigations of concrete filled steel tube-reinforced concrete (CFST-RC) and steel reinforecd concrete-reinforced concrete (SRC-RC) structures were conducted. The steel-concrete composite connections were subjected to combined constant axial load and lateral cyclic displacements. Tests were carried out on four full-scale connections extracted from a real project engineering with different levels of axial force. The effect of steel layouts on the mechanical behavior of the transition connections was evaluated by failure modes, hysteretic behavior, backbone curves, displacement ductility, energy dissipation capacity and stiffness degradation. Test results showed that different steel layouts led to significantly different failure modes. For CFST-RC transition specimens, the circular cracks of the concrete at the RC column base was followed by steel yielding at the bottom of the CFST column. While uncoordinated deformation could be observed between SRC and RC columns in SRC-RC transition specimens, the crushing and peeling damage of unconfined concrete at the SRC column base was more serious. The existences of I-shape steel and steel tube avoided the pinching phenomenon on the hysteresis curve, which was different from the hysteresis curve of the general reinforced concrete column. The hysteresis loops were spindle-shaped, indicating excellent seismic performance for these transition composite connections. The average values of equivalent viscous damping coefficients of the four specimens are 0.123, 0.186 and 0.304 corresponding to the yielding point, peak point and ultimate point, respectively. Those values demonstrate that the transition steel-concrete composite connections have great energy dissipating capacity. Based on the experimental research, a high-fidelity ABAQUS model was established to further study the influence of concrete strength, steel grade and longitudinal reinforcement ratio on the mechanical behavior of transition composite connections.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제65권3호
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• pp.303-314
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• 2018

Shear walls are a typical member under a complex stress state and have complicated mechanical properties and failure modes. The separated-elements model Genetic Evolutionary Structural Optimization (GESO), which is a combination of an elastic-plastic stress method and an optimization method, has been introduced in the literature for designing such members. Although the separated-elements model GESO method is well recognized due to its stability, feasibility, and economy, its adequacy has not been experimentally verified. This paper seeks to validate the adequacy of the separated-elements model GESO method against experimental data and demonstrate its feasibility and advantages over the traditional elastic stress method. Two types of reinforced concrete shear wall specimens, which had the location of an opening in the middle bottom and the center region, respectively, were utilized for this study. For each type, two specimens were designed using the separated-elements model GESO method and elastic stress method, respectively. All specimens were subjected to a constant vertical load and an incremental lateral load until failure. Test results indicated that the ultimate bearing capacity, failure modes, and main crack types of the shear walls designed using the two methods were similar, but the ductility indexes including the stiffness degradation, deformability, reinforcement yielding, and crack development of the specimens designed using the separated-elements model GESO method were superior to those using the elastic stress method. Additionally, the shear walls designed using the separated-elements model GESO method, had a reinforcement layout which could closely resist the actual critical stress, and thus a reduced amount of steel bars were required for such shear walls.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.489-499
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• 2015

내진 보강 공법의 보강효과 파악을 위해선 이에 대한 이론적 규명이 필요하다. 이에 본 연구는 단부에 기둥 부재를 증타한 단근 배근된 전단벽체를 대상으로 해 보강되는 기둥의 상세와 일체화 거동을 고려한 전단강도 모델을 제안했다. 이 모델은 증타된 기둥부재의 전단변형이 집중되는 길이를 가정해 이를 일체화된 벽체 내에 발생하는 스트럿 두께 산정에 이용했다. 뿐만 아니라 이 길이 내에 집중 발생하는 전단변형률을 유도, 이를 일체화 거동을 고려한 적합성 조건을 기존 전단벽체의 해석 알고리즘에 도입함으로써 증타 보강된 벽체의 해석 알고리즘을 새로이 제안했다. 또한 제안된 알고리즘을 통해 계산된 전단강도로 횡력 저항 메커니즘을 단일 스트럿 화 시켜줌으로써 보강부재의 초기강성을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 방법의 타당성을 확인하기 위해 해석 결과 값을 본 연구에서 수행한 증타 보강된 벽체를 대상으로 한 실험뿐만 아니라 기존 RC 골조 내에 RC 전단벽체를 신설해 보강한 실험의 결과와 비교해 본 결과, 기둥부재의 상세를 고려하면서 동시에 기존 기준들에 비해 실험결과에 가깝게 예측할 수 있음을 확인했다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제9권3호
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• pp.23-32
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• 2005

편심이 있는 구조물이 지진하중을 받는 경우 비틀림의 발생으로 특정부재에 응력 및 변위가 집중되고 이는 전혀 예상치 못한 구조물의 파괴를 유발할 수 있다. 본 연구에서는 각 횡저항 부재의 한계 변위를 기반으로 하여 구조물 전체의 횡변위와 비틀림각의 관계도(D-R Relationship: Displacement-Rotation Relationship)를 작성하고 변위스펙트럼을 이용하여 내진성능평가를 수행하는 방법을 제안한다. 제안된 내진성능평가의 방법은 시간이력해석의 결과를 이용해서 검증하였다. 또한 다양한 지진수준에 대해 구조물의 다른 성능수준을 기준으로 하는 다단계 내진성능평가를 수행하였다. 최종적으로 그 결과를 기준으로 D-R 관계도를 이용한 내진보강 전략을 제시하였다. 내진보강은 각 부재의 강도/강성을 증가시키는 방법과 연성도를 증가시키는 두 가지의 방법을 사용하였다. 특히 강도/강성을 증가시키는 내진보강 전략에서는 보강의 최적화를 위하여 보강전략을 최적화 문제로 구성하고 BFGS Quasi-Newton method를 이용하여 최적보강전략을 수립하는 과정을 제시하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제14권1호
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• pp.133-140
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• 2010

와이어로프와 T형 강판을 이용한 비부착공법의 내진성능을 평가하기 위해 중심 축하중과 반복 횡하중을 받는 5개의 보강된 기둥과 무보강 기둥을 실험하였다. 주요 변수는 T형 강판의 정착방법과 피복 모르터의 유 무이다. 실험결과 T형 강판이 정착된 기둥의 하중분배로 인한 휨 내력 및 연성 증가를 확인할 수 있었다. 그러나 T형 강판이 정착되지 않은 기둥은 연성 증가에는 효과적이지만 T형 강판으로 하중이 분배되지 않았다. 피복 모르터가 있는 보강된 기둥은 효과적인 초기 강성 및 휨 내력 증가를 보였지만 연성증가에는 불리하였다. 단면분할법을 이용해 예측한 보강된 기둥의 최대 휨 내력은 등가응력블럭을 사용하여 예측한 ACI 318-05 기준보다 실험결과를 예측하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권5호
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• pp.517-532
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• 2023

Tower structures have been widely used in communication and transmission engineering. The failure of joints is the leading cause of structure failure, which make it play a crucial role in tower structure engineering. In this study, the aluminum alloy three tube tower structure is taken as the prototype, and the middle joint of the tower was selected as the research object. Three different stainless steel-aluminum alloy composite joints (SACJs), denoted by TA, TB and TC, were designed. Finite element (FE) modeling analysis was used to compare and determine the TC joint as the best solution. Detail requirements of fasteners in the TC stainless steel-aluminum alloy composite joint (TC-SACJ) were designed and verified. In order to systematically and comprehensively study the mechanical properties of TC-SACJ under multi-directional loading conditions, the full-scale experiments and FE simulation models were all performed for mechanical response analysis. The failure modes, load-carrying capacities, and axial load versus displacement/stain testing curves of all full-scale specimens under tension/compression loading conditions were obtained. The results show that the maximum vertical displacement of aluminum alloy tube is 26.9mm, and the maximum lateral displacement of TC-SACJs is 1.0 mm. In general, the TC-SACJs are in an elastic state under the design load, which meet the design requirements and has a good safety reserve. This work can provide references for the design and engineering application of aluminum alloy tower structures.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.116-122
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• 2021

본 논문은 반복하중을 받는 원형 철근콘크리트 교각 외부에 강판 보강을 적용한 경우, 교각의 성능 향상도를 정량적으로 평가하였다. 범용 유한 요소해석프로그램인 ABAQUS의 다양한 3차원 요소를 적용하여 교각 구조물을 해석하였다. 비탄성, 비선형 해석 변수로는 강판 보강 높이와 교각 높이 비, 강판 보강 두께와 교각 지름 비를 적용하였다. 교각 하부는 고정단으로 고려하였으며, 하중은 교각 상단에 횡 방향 반복하중을 가력하였다. 하중-변위 곡선, 응력-변형률 곡선, 연성도, 에너지 흡수 능력을 고려하여 보강에 따른 교각의 내진 성능 향상도를 평가하였다. 강판으로 보강한 원형철근콘크리트 교각은 보강재로 인한 외부 콘크리트 구속 효과로 인해 기둥의 항복 하중과 극한하중이 평균 3.76배 증가하였고, 에너지 흡수능력은 최대 4배 증가하였다. 소성 힌지가 발생하는 교각 하부 부분만 보강하여도 연성도가 크게 향상되었으며 강판의 두께가 두꺼울수록 에너지 흡수 능력이 가장 큰 값을 나타내었다. 본 연구결과를 토대로 원형철근콘크리트 교각의 외부 강판 보강을 통하여 교각의 구조 성능을 향상시킬 수 있음을 정량적으로 확인할 수 있었다.