• Computers and Concrete
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• 제23권1호
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• pp.61-68
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• 2019

This paper presents a computational rational model to predict the ultimate and optimized load capacity of reinforced concrete (RC) beams strengthened by a combination of longitudinal and transverse fiber reinforced polymer (FRP) composite plates/sheets (flexure and shear strengthening system). Several experimental and analytical studies on the confinement effect and failure mechanisms of fiber reinforced polymer (FRP) wrapped columns have been conducted over recent years. Although typical axial members are large-scale square/rectangular reinforced concrete (RC) columns in practice, the majority of such studies have concentrated on the behavior of small-scale circular concrete specimens. A high performance concrete, known as polymer concrete, made up of natural aggregates and an orthophthalic polyester binder, reinforced with non-metallic bars (glass reinforced polymer) has been studied. The material is described at micro and macro level, presenting the key physical and mechanical properties using different experimental techniques. Furthermore, a full description of non-metallic bars is presented to evaluate its structural expectancies, embedded in the polymer concrete matrix. In this paper, the mechanism of mechanical interaction of smooth and lugged FRP rods with concrete is presented. A general modeling and application of various elements are demonstrated. The contact parameters are defined and the procedures of calculation and evaluation of contact parameters are introduced. The method of calibration of the calculated parameters is presented. Finally, the numerical results are obtained for different bond parameters which show a good agreement with experimental results reported in literature.

• Wind and Structures
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• 제34권2호
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• pp.199-213
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• 2022

The current study investigates the dynamic effects in the tornado-structure response of an aeroelastic self-supported lattice transmission tower model tested under laboratory simulated tornado-like vortices. The aeroelastic model is designed for a geometric scale of 1:65 and tested under scaled down tornadoes in the Wind Engineering, Energy and Environment (WindEEE) Research Institute. The simulated tornadoes have a similar length scale of 1:65 compared to the full-scale. An extensive experimental parametric study is conducted by offsetting the stationary tornado center with respect to the aeroelastic model. Such aeroelastic testing of a transmission tower under laboratory tornadoes is not reported in the literature. A multiaxial load cell is mounted underneath the base plate to measure the base shear forces and overturning moments applied to the model in three perpendicular directions. A three-axis accelerometer is mounted at the level of the second cross-arm to measure response accelerations to evaluate the natural frequencies through a free-vibration test. Radial, tangential, and axial velocity components of the tornado wind field are measured using cobra probes. Sensitivity analyses are conducted to assess the variation of the structural dynamic response associated with the location of the tornado relative to the lattice transmission tower. Three different layouts representing the change in the orientation of the tower model relative to the components of the tornado-induced loads are considered. The structural responses of the aeroelastic model in terms of base shear forces, overturning moments, and lateral accelerations are measured. The results are utilized to understand the dynamic response of self-supported transmission towers to the tornado-induced loads.

• Advances in Computational Design
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• 제8권1호
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• pp.13-36
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• 2023

The Puebla-Morelos Earthquake (Mw 7.1) occurred in Mexico in 2017 causing 44 buildings to collapse in Mexico City. This work evaluates the non-linear response of a 6-story reinforced concrete (RC) frame prototype model with masonry infill walls on upper floors. The prototype model was designed using provisions prescribed before 1985 and was subjected to seismic excitations recorded during the earthquakes of 1985 and 2017 in different places in Mexico City. The building response was assessed through a damage index (DI) that considers low-cycle fatigue of the steel reinforcement in columns of the first floor, where the steel was modeled including buckling as was observed in cases after the 2017 earthquake. Isocurves were generated with 72 seismic records in Mexico City representing the level of iso-demand on the structure. These isocurves were compared with the location of 16 collapsed (first-floor column failure) building cases consistent with the prototype model. The isocurves for a value greater than 1 demarcate the location where fatigue failure was expected, which is consistent with the location of 2 of the 16 cases studied. However, a slight increase in axial load (5%) or decrease in column cross-section (5%) had a significant detrimental effect on the cumulated damage, increasing the intensity of the isocurves and achieving congruence with 9 of the 16 cases, and having the other 7 cases less than 2 km away. Including column special detailing (tight stirrup spacing and confined concrete) was the variable with the greatest impact to control the cumulated damage, which was consistent with the absence of severe damage in buildings built in the 70s and 80s.

• 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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권11호
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• pp.75-95
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• 2019

본 연구에서는 사질토층을 지나 풍화암에 소켓된 매입 PHC말뚝에 대한 수치해석 결과를 분석하여 정리한 도표 또는 도해로부터 매입 PHC말뚝의 동원지지력을 구하는 방법을 제안하였다. 즉, 수치해석 결과인 하중-침하량 곡선에서 5% 직경에 해당하는 침하량에서 발현된 사질토층의 동원주면마찰력, 풍화암층의 동원주면마찰력과 동원선단지지력을 산정할 수 있는 표해 또는 도해를 제안하였다. 이때 허용압축지지력은 동원 지지력에 안전율 3.0을 적용하여 산정하였다. 사질토층을 지나 풍화암에 소켓된 매입 PHC말뚝의 허용압축지지력은 사질토층의 허용주면마찰력과 풍화암층의 허용주면마찰력 및 허용선단지지력을 합산하여 산정하는 것으로 제안하였고, 각 허용압축지지력 성분을 구할 수 있는 절차도 제시되어 있다. 본 연구에서 제안된 동원지지력 산정용 표해(또는 도해)를 사용할 경우, 적정 설계에서 PHC말뚝의 설계효율(D_E)은 85%로 나타났으며, 따라서 최적 설계에서는 PHC말뚝의 장기허용압축하중(P_all) 까지도 활용할 수 있는 것으로 나타났다. 그리고 PHC말뚝의 우수한 압축하중 지지 성능을 효과적으로 활용하기 위하여 지반의 허용압축지지력(Q_all)이 말뚝의 허용압축하중(P_all) 이상이 될 수 있도록 설계할 것을 권장하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.214-226
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• 1992

현재 산업계 각 분야에서 점용접은 사용하지 않는 곳이 거의 없을 정도로 박판구조물의 소재 연결분야에 광범위하게 응용되고 있어 피 공학적 및 공업적 중요성은 증가하고 있지만 이에 대한 피로거동을 연구한 예가 거의 없어 그것에 대한 자료의 축적이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 자동차업계에서 널리 사용되고 있는 복합조직인 고장력강판(High Strength Steel Sheet, HS)과 아연도금강판(Galvanized Steel Sheet, GA)을 선택하여 각 강판간의 점용접(点熔接) 피로특성(疲勞特性)을 규명하였다. 즉 두 종류의 동종(同種) 점용접재(点熔接材)($HS{\times}HS,\;GA{\times}GAB$)와 두 종류의 이종(異種) 점용접재(点熔接材)($HS{\times}GA,\;HS{\times}GAB$)간의 단점(單点) 점용접(点熔接) 시험편(試驗片)을 제작하여 상온하에서 정적 인장시험과 편진(片振) 인장 축하중 피로시험을 실시하여 각 재질간의 정적 인장특성과 피로특성(疲勞特性)을 파괴역학적으로 규명하였다. 위의 실험을 통하여 얻어진 결과는 다음과 같다. 1. 동일 조건하에서 두 종류의 동종 및 이종 점용접재를 인장시험한 결과 강성의 차이에도 불구하고 비교적 그 차이가 적었다. 2. 저하중 장수명 영역에서는 피로균열이 너깃근처에서 생성되었지만 고하중 단수명 영역에서는 너깃에서 좀 더 멀리 떨어져 균열이 발생하였다. 3. 최대응력확대계수 Kmax와 각 용접재의 피로수명 $N_f$사이에는 거의 선형적인 관계를 나타내었고 log-log 좌표상에서 좁은 밴드내에 모였다. 이 관계는 다음과 같은 식으로 표현되었다. $Kmax=H{\cdot}{N_f}^{P}$ 여기서 H와 P는 재료상수이다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.796-803
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• 2002

T형 벽체는 웨브 벽체와 평행한 방향으로 횡력이 작용할 때 그 작용 방향에 따라 다른 강성과 강도를 갖는다. 특히, 플랜지벽체에 인장력이 작용할 때 플랜지 벽체내 철근의 기여로 인하여 벽체의 휨강도가 상승하게 되는데 이것은 전단지체 현상에 기인한 것이다. 이러한 전단지체 현상에 따라 플랜지 벽체는 전체 폭이 웨브 벽체와 일체로 거동하지 못하고, 일정한 부분만이 웨브 벽체와 함께 거동하게 되는데, 이러한 범위를 유효 폭이라 하며, 이러한 유효 폭은 구조물의 실제적인 강도와 강성을 예측하는데 중요한 역할을 하게되므로 반드시 구명되어야 할 요소라 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 실험을 통하여 웨브 벽체 단부에 기존의 양단부 보강상세를 갖는 T형 벽체의 실제적인 강도와 유효 폭을 평가하고자 한다. 연구목적을 달성하기 위하여 3개의 실험체를 제작하였으며 0.1 $f_{ck}$ . $A_{g}$의 축력을 실험이 진행되는 동안 일정하게 유지하면서, 반복가력 실험을 수행하였다. 실험결과, 유효 폭은 횡변위의 증가에 따라 증가하는 것으로 나타났으며 최대강도 발현시 h/3에 해당하는 전체 플랜지가 유효 폭으로 작용하는 것으로 나타났다. 그러므로, PCI나 국내 기준에 의한 h/10의 유효 폭은 웨브 벽체 단부에 주어진 보강상세를 갖는 벽체에 대하여 적절치 못한 것으로 사료된다..

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.87-98
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• 2004

본 연구에서는 현장타설말뚝에 보강재를 정착시킴으로써 주변지반의 강성을 높이고 보강재의 저항력에 의해 지지력을 향상시키기 위한 연구를 수행하였다. 보강형 및 무보강 현장타설말뚝에 대하여 보강효과에 영향을 미치는 인자들인 보강재의 단수, 경사, 배열에 따른 일련의 실내모형실험 및 3차원 수치해석을 수행하였다. 또한 보강효과의 검증과 실제 현장에서의 적용성을 알아보기 위하여 현장재하시험을 수행하였다. 실내모형실험 및 수치해석 결과, 보강재3단, 8개, 40$^{\circ}$ 경사의 교차배열에서 최적의 보강효과가 발현됨을 알 수 있었다. 1/8 모형재하실험에서는 압축, 인발, 수평 모두 보강재에 의한 지지력 증가효과가 나타났으며, 변위 25mm를 기준으로 압축 및 수평실험에서는 100% 이상의 보강효과가 나타났다. 또한 무보강 현장타설말뚝의 하중 단계에 따른 변위와 주면마찰력 검토결과, 철탑기초와 같은 대규모 현장타설말뚝 설계 시 사용되는 주면마찰력 값인 풍화암 10t/$\textrm{m}^2$, 연암 15t/$\textrm{m}^2$ 보다 큰 주면마찰력 값을 얻을 수 있었다. 1/2 모형재하실험에서는 약 25m의 변위가 발생하였을 때 인발하중 650ton에서 파괴가 일어났으며, 약 22%의 보강재에 의한 지지력 증가효과가 있는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.583-592
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• 2008

최근 고강도콘크리트의 압축강도, 탄성계수 및 최대하중에서의 변형에 대한 고온의 영향이 실험적으로 연구되어지고 있다. 본 연구는 40, 60, 80 MPa 급 고강도콘크리트의 재료 역학적 특성에 있어서 $20{\sim}700^{\circ}C$ 범위로 상승되는 온도의 영향을 연구하는데 그 목적이 있다. 본 연구에서는 설계하중 사전재하 및 잔존강도시험 방법으로서 시험체를 가열하기 전에 상온 압축강도의 25% 하중을 사전재하한 후 가열을 실시하고, 가열하는 동안 하중을 유지하며, 목표온도에 도달한 후 고온상태 및 상온에서 24시간 냉각상태에서 시험체가 파괴될 때까지 재하를 실시하였다. 시험은 W/B 46%, 32% 및 25%로 이루어진 콘크리트 시험체에 대하여 $20{\sim}700^{\circ}C$의 다양한 온도하에서 실시하였다. 시험 결과 콘크리트 강도가 증가할수록 고온에서의 상대적인 압축강도와 탄성계수는 감소하였으며, 최대하중에서의 축방향 변형은 설계하중 사전재하와 상관성이 높은 것으로 나타났다. 또한 온도상승에 따른 콘크리트의 열팽창 변형은 압축강도 뿐만 아니라 하중 크기의 영향을 받는 것으로 나타났으며, 최종적으로 가열을 받은 고강도콘크리트의 압축강도 및 탄성계수에 대한 모델식을 제안하였다.

• Earthquakes and Structures
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• 제23권5호
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• pp.445-462
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• 2022

To investigate and evaluate the seismic damage behaviors of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled circular steel tube composite columns, in this study, the cyclic loading tests of 11 composite columns was carried out by using the load-displacement joint control method. The seismic damage process, hysteretic curves and performance indexes of composite columns were observed and obtained. The effects of replacement rates of recycled coarse aggregate (RCA), diameter thickness ratio, axial compression ratio, profile steel ratio and section form of profile steel on the seismic damage behaviors of composite columns were also analyzed in detail. The results show that the failure model of columns is a typical bending failure under the combined action of horizontal loads and vertical loads, and the columns have good energy dissipation capacity and ductility. In addition, the replacement rates of RCA have a certain adverse effect on the seismic bearing capacity, energy consumption and ductility of columns. The seismic damage characteristics of composite columns are revealed according to the failure modes and hysteretic curves. A modified Park-Ang seismic damage model based on the maximum displacement and cumulative energy consumption was proposed, which can consider the adverse effect of RAC on the seismic damage of columns. On this basis, the performance levels of composite columns are divided into five categories, The interlayer displacement angle and damage index are used as the damage quantitative indicators of composite columns, and the displacement angle limits of composite columns at different performance levels under 80% assurance rate are calculated as 1/105, 1/85, 1/65, 1/28, and 1/25 respectively. On this basis, the damage index limits corresponding to each performance level are calculated as 0.045, 0.1, 0.48, 0.8, and 1.0 respectively. Finally, the corresponding relations among the performance levels, damage degrees, interlayer displacement angles and damage indexes of composite columns are established. The conclusions can provide reference for the seismic design of SRRC filled circular steel tube composite columns, it fills the vacancy in the research on seismic damage of steel reinforced recycled concrete (SRRC) filled circular steel tube composite columns.