• Computers and Concrete
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• 제20권6호
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• pp.731-738
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• 2017

Reinforced concrete flat plates consist of slabs supported directly on columns. The absence of beams makes these systems attractive due to advantages such as economical formwork, shorter construction time, less total building height with more clear space and architectural flexibility. Punching shear failure is usually the governing failure mode of flat plate structures. Punching failure is brittle in nature which induces more vulnerability to this type of structure. To analyze the flat plate behavior under punching shear, twelve finite element models of flat plate on a column with different parameters have been developed and verified with experimental results. The maximum range of variation of punching stress, obtained numerically, is within 10% of the experimental results. Additional finite element models have been developed to analyze the influence of integrity reinforcement, clear cover and column reinforcement. Variation of clear cover influences the punching capacity of flat plate. Proposed finite element model can be a substitute to mechanical model to understand the influence of clear cover. Variation of slab thickness along with column reinforcement has noteworthy impact on punching capacity. From the study it has been noted that integrity reinforcement can increase the punching capacity as much as 19 percent in terms of force and 101 percent in terms of deformation.

• Earthquakes and Structures
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• 제20권2호
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• pp.175-185
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• 2021

This study strives to highlight the importance of considering the vertical ground motions (VGM) in the seismic evaluation of RC buildings. To this aim, IDA (Incremental Dynamic Analysis) is conducted on three code-based designed high-rise RC frame-core wall buildings using a suite of earthquake records comprising of significant VGMs. To unravel the significance of the VGM inclusion on the performance of the buildings, IDAs are conducted in two states (with and without the vertical component), and subsequently based on each analysis, fragility curves are developed. Non-simulated collapse criteria are used to determine the collapse state drift ratio and the area under the velocity spectrum (SIm) is taken into account as the intensity measure. The outcome of this study delineates that the inclusion of VGM leads to the increase in the collapse vulnerability of the structures as well as to the change in the pattern of inter-story drifts and failure mode of the buildings. The results suggested that it would be more conservative if the VGM is included in the seismic assessment and the fragility analysis of RC buildings.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권5호
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• pp.661-672
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• 2021

In this article, the role of spans number and length in fire-resistance ratings (FRRs) of fireproofed steel frames are investigated. First, over a span-lengthening scenario, two one- and three-bay frames under the ISO834 fire are examined. It is shown that the FRRs of the frames rely highly on the changes made on their span length. Second, a building designed for three spans number of three, four, and five under natural fire is investigated. The beams are designed for two load-capacity-ratios (LCRs) of optimum and ultimate. The fire curves are determined through a probabilistic-based approach. It is shown that the structural vulnerability vastly increases while the number of spans decreases. The results show that for an optimum LCR, while the five-span frame can meet the required FRR in 87% of the fire scenarios, the four- and three-span frames can meet the required FRR in only 56%, and 50% of the fire scenarios, respectively. For an ultimate LCR, the five-, four- and three-span frames can meet the required FRR in 81%, 50%, and 37.5% of the fire scenarios, respectively. Functional solutions are then proposed to resolve the insufficiencies in the results and to rectify the application of the standard-based FRRs in the cases studied. The study here highlights how employing current standard-based FRRs can endanger structural safety if they are not connected to structural characteristics; a crucial hint specifically for the structural engineering community who may be not well familiar with the fundamentals of performance-based approaches.

• 한국지진공학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.83-90
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• 2023

The recent increase in earthquake activities has highlighted the importance of seismic performance evaluation for civil infrastructures. In particular, the container crane essential to maintaining the national logistics system with port operation requires an exact evaluation of its seismic response. Thus, this study aims to assess the seismic vulnerability of container cranes considering their seismic characteristics. The seismic response of the container crane should account for the structural members' yielding and buckling, as well as the crane wheel's uplifting derailment in operation. The crane's yielding and buckling limit states were defined using the stress of crane members based on the load and displacement curve obtained from nonlinear static analysis. The derailment limit state was based on the height of the rail, and nonlinear dynamic analysis was performed to obtain the seismic fragility curves considering defined limit states and seismic characteristics. The yield and derailment probabilities of the crane in the near-fault ground motion were approximately 1.5 to 4.7 and 2.8 to 6.8 times higher, respectively, than those in the far-fault ground motion.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제82권4호
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• pp.417-434
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• 2022

In this work, a review of mechanical metamaterials and seismic protection systems that use them is carried out, focusing on passive protection systems. During the last years, a wide variety of classical systems of seismic protection have demonstrated to be an effective and practical way of reducing the seismic vulnerability of buildings, maintaining their health and structural integrity. However, with the emergence of metamaterials, which allow obtaining uncommon mechanical properties, new procedures and devices with high performance have been developed, reducing the seismic risk through novel approaches such as: seismic shields and the redirection of seismic waves; the use of stop band gaps and the construction of buried mass resonators; the design of pentamodal base isolators. These ideas are impacting traditional areas of structural engineering such as the design and building of highly efficient base isolation systems. In this work, recent advances in new seismic protection technologies and researches that integrate mechanical metamaterials are presented. A complete bibliometric analysis was carried out to identify and classify relevant authors and works related with passive seismic protection system based on mechanical metamaterial (pSPSmMMs). Finally, possible future scenarios for study and development of seismic isolators based on mechanical metamaterials are shown, identifying the relevant topics that have not yet been explored, as well as those with the greatest potential for future application.

• 한국ITS학회 논문지
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• 제21권6호
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• pp.87-96
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• 2022

고령보행자를 포함한 교통약자는 신체적 능력이 저하되어 보행속도가 상대적으로 낮으며, 인지반응시간이 느린 특성을 가지고 있지만, 현재 교통약자를 위한 보행신호는 0.8m/s로 일률적으로 적용하고 있다. 문제점을 개선하기 위하여 스마트 횡단시스템이 개발되어 운영되고 있지만, 보행자별 적정 보행속도를 반영한 신호운영이 이루어지지 못하고 있다. 본 연구에서는 교통약자비율이 높은 지역에서 수집된 영상정보를 활용하여, 교통약자의 종류, 보행자의 수, 도로의 기하구조 등을 고려한 신경망모형과 다중회귀모형기반의 횡단속도 추정모델을 개발하였다. 이를 통해 개발된 모델을 스마트횡단시스템에 적용하여 실시간 교통약자에 따른 최적 보행신호 제공을 지원하고자 하였다. 경기도 파주시의 도시 교통 네트워크에서 수집된 실제 교통 상황 데이터 2,400개를 사용하였다. 모델의 성능은 상관계수, 평균 절대오차 등 7개의 선택된 지표를 통해 평가되었다. 다중선형회귀모델은 상관 계수가 0.652이고 MAE가 0.182였으며, 신경망모델은 상관계수가 0.823이고 MAE가 0.105로 나타나. 신경망모델이 더 높은 예측력을 보였다.

• 국제초고층학회논문집
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• 제9권2호
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• pp.127-154
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• 2020

Disproportionate collapse triggered by local structural failure may cause huge casualties and economic losses, being one of the most critical civil engineering incidents. It is generally recognized that ensuring robustness of a structure, defined as its insensitivity to local failure, is the most acceptable and effective method to arrest disproportionate collapse. To date, the concept of robustness in its definition and quantification is still an issue of controversy. This paper presents a detailed review on about 50 quantitative measures of robustness for building structures, being classified into structural attribute-based and structural performance-based measures (deterministic and probabilistic). The definition of robustness is first described and distinguished from that of collapse resistance, vulnerability and redundancy. The review shows that deterministic measures predominate in quantifying structural robustness by comparing the structural responses of an intact and damaged structure. The attribute-based measures based on structural topology and stiffness are only applicable to elastic state of simple structural forms while the probabilistic measures receive growing interest by accounting for uncertainties in abnormal events, local failure, structural system and failure-induced consequences, which can be used for decision-making tools. There is still a lack of generalized quantifications of robustness, which should be derived based on the definition and design objectives and on the response of a structure to local damage as well as the associated consequences of collapse. Critical issues and recommendations for future design and research on quantification of robustness are provided from the views of column removal scenarios, types of structures, regularity of structural layouts, collapse modes, numerical methods, multiple hazards, degrees of robustness, partial damage of components, acceptable design criteria.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권3호
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• pp.227-234
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• 2019

급격한 도시화와 산업화로 도심 재난 취약성이 증가하고, 전 세계적인 기후변화로 인한 극한 강우사상의 발생빈도가 증가하고 있다. 기존 방재시설의 용량한계를 넘어선 극한 강우사상의 발생으로 도심 지역의 침수피해 또한 증가하고 있다. 도심 침수피해를 예방하기 위해 지하공간을 활용한 지하저류 시설과 지하배수터널 활용이 급부상하고 있으며, 강우가 유입되는 지하유입구에 대한 수리학적 검토를 통한 성능 분석이 중요하다. 본 연구에서는 지하 유입구로 활용되고 있는 접선식(tangential) 유입구와 나선식(spiral) 유입구에 대해 유입유량 변화에 따른 유입부 수위를 계측하고 흐름 특성 변화를 분석했다. 나선식 유입구의 경우, 저유량 조건에서의 와류 유도 효과를 개선하기 위해 유입부 바닥면에 계단형 다단식 구조를 도입했다. 접선식 유입구에서는 고유량 유입조건 아래 도수(hydraulic jump)가 발생하며 유량 배제 효과가 급격하게 감소했다. 다단식 나선(multi-stage) 유입구의 경우, 접선식 유입구보다 유입유량 증가에 따른 수위 상승률은 높지만 저유량 및 고유량 유입조건에 대해 안정적인 유량 배제 효과를 유지했다. 또한, 실험에서 사용된 유입구 모형이 활용될 수 있도록 접선식 유입구와 다단식 나선 유입구 모형에 대한 수위-유량 관계 실험식(empirical formula)을 제시했다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.611-619
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• 2021

다공성 아스팔트 포장은 혼합물 속에 포함된 20%정도의 공극으로 인해 도로의 수막현상을 억제하여 교통사고를 줄이고 교통소음을 획기적으로 줄이는 등 다양한 순기능을 갖는다. 그러나 다공성 아스팔트 혼합물은 혼합물 속에 포함된 20% 정도의 공극 때문에 혼합물의 내구성이 취약하게 되며, 이러한 취약한 내구성이 다공성 포장의 적용을 확장하는데 제약요인이 되고 있다. 본 연구의 목적은 다공성 포장의 내구성을 향상시키기 위해 최대입경, 온도 그리고 공극률의 변화가 혼합물의 균열저항성 및 수분민감성 등 혼합물의 내구성에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 다공성 아스팔트 혼합물의 내구성을 평가하기 위해 간접인장강도를 균열저항성 및 수분민감성의 척도로 설정하였다. 공극률이 20%로 동일하고 최대입경이 13mm, 10mm, 8mm인 혼합물에 대하여 상온과 동결융해를 경험한 시료에 대하여 간접인장강도 시험을 실시하였다. 그리고 최대입경 10mm인 동일한 재료로 공극이 20%와 22%인 혼합물에 대하여 동일한 시험을 실시하였다. 실험결과 공극률은 20%로 동일하고 최대입경의 변화와 온도의 변화에 유의한 차이를 보이는 것으로 나타났다. 특히 실험온도에 대해서는 상온과 저온에서 유의한 차이를 보였다. 최대입경의 변화에 대해서는 상온에서 8mm보다 13mm가 분명히 높은 강도를 보이고 저온에서는 유의한 차이를 보이지 않았다. 그리고 공극률과 온도의 변화에 대한 실험에서는 온도에 대해서는 유의한 차이를 보였지만 20%와 22% 사이의 2% 공극 차이는 내구성에 유의한 차이를 보이지 못했으며 서로간의 교호작용도 없는 것으로 나타났다. 앞으로 다공성 아스팔트 혼합물의 내구성에 미치는 요소들의 정량적인 평가를 통해 보다 내구성 있는 다공성 아스팔트포장을 개발해 나갈 필요가 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권spc1호
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• pp.1117-1126
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• 2018

용수공급시스템은 용수를 안정적으로 확보하여 사용자의 수요량을 충족시키는 것을 목표로 하지만, 평년보다 적은 유입량으로 인해 정상공급에 실패하는 경우가 발생한다. 그러나 강수의 부족으로 발생하는 가뭄 상황이 언제나 용수공급 실패를 유발하는 것은 아니기 때문에, 용수공급에 대한 안전도를 산정할 때 실질적인 용수 부족 사상의 특성을 고려할 필요가 있다. 이를 위해 본 연구에서는 이수안전도 평가 지표로 주로 사용되는 신뢰도와 취약도를 이용하여 결합 가뭄관리지수(JDMI)를 개발하였으며, 이를 바탕으로 미래 용수공급 위험도를 산정하였다. 미래에 대한 분석을 위해 RCP 4.5 및 8.5 시나리오에 대하여 GCM으로부터 생산된 기후변화 시나리오 자료를 적용하고 미래 기간을 21세기 전기, 중기, 및 후기로 구분하였다. JDMI를 기반으로 낙동강 유역의 용수공급 위험도를 분석한 결과 RCP 4.5 시나리오에서 RCP 8.5 시나리오보다 위험도가 더 높은 것으로 분석되었다. 용수공급 취약지역은 RCP 4.5에서는 남강댐(W18)으로 나타났으며, RCP 8.5에서는 형산강(W23)과 낙동강남해(W33) 유역으로 분석되었다.