• Steel and Composite Structures
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• 제43권4호
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• pp.447-456
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• 2022

Recent experimental studies showed that deep steel I-shaped profiles classified as high ductility class sections in seismic design international codes exhibit low deformation capacity when subjected to cyclic loading. This paper presents an innovative retrofit solution to increase the rotation capacity of beams using bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) patches validated with advanced finite element analysis. This investigation focuses on the flexural cyclic behaviour of I-shaped hot rolled steel deep section used as beams in moment-resisting frames (MRF) retrofitted with CFRP patches on the web. The main goal of this CFRP reinforcement is to increase the rotation capacity of the member without increasing the overstrength in order to avoid compromising the strong column-weak beam condition in MRF. A finite element model that simulates the cyclic plasticity behavior of the steel and the damage in the adhesive layer is developed. The damage is modelled using the cohesive zone modelling (CZM) technique that is able to capture the crack initiation and propagation. Details on the modelling techniques including the mesh sensitivity near the fracture zone are presented. The effectiveness of the retrofit solution depends strongly on the selection of the appropriate adhesive. Different adhesive types are investigated where the CZM parameters are calibrated from high fidelity fracture mechanics tests that are thoroughly validated in the literature. This includes a rigid adhesive commonly found in the construction industry and two tough adhesives used in the automotive industry. The results revealed that the CFRP patch can increase the rotation capacity of a steel member considerably when using tough adhesives.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.116-116
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• 2023

대규모 댐과 같은 수공구조물의 파괴시 상당한 피해가 발생하므로 구조물설계시 가능최대강수량(PMP) 기준이 적용된다. 포락선 방법은 가장 극심했던 강우량의 포락선을 작성하여 PMP를 산정하는 방법으로 기상 및 강수량자료가 부족시 PMP 추정이 어려운 경우에 사용한다. 포락선의 근사식은 지속시간의 거듭제곱인 멱함수 형태로 나타내며, 우리나라의 경우 1일을 전후로 계수와 차수가 다른 식을 사용한다. 이러한 근사식은 우리나라의 이상홍수 발생빈도 및 규모가 커짐에 따라 검토될 필요성이 있다. 또한, PMP 산정시 활용하는 제한된 수의 지상관측자료는 시공간적 변동성을 완전히 포착할 수 없어 한계가 있다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하기 위하여 기상레이더 자료를 기반으로 우리나라 전역의 최대 강우깊이-지속시간 관계를 분석 및 새로운 PMP 포락선을 제시한다. 활용한 레이더는 CMAX(Column Maximum)로 2009~2018년간 10분 단위자료를 수집하였다. 레이더 자료와 비교하기 위하여 지상관측자료 AWS를 함께 수집하였다. AWS는 1997~2022년간 1분 단위자료로 우리나라 전역의 547개 지점관측자료를 활용하였다. 레이더자료는 Z-R 관계식으로 변환하여 가외치(outlier)를 제거 및 보정하였다. 그 후, 정규 크리깅기법으로 생성한 지상관측 강우장과 병합하는 CM(Conditional Merging)기법을 적용하였다. 우리나라 최대 강우깊이-지속시간 관계를 산정한 결과, 기존 포락선의 값이 낮게 산정되었음을 확인하였다. 이는 기후변화 등에 따라 최근 극한 호우가 발생한 것으로 판단된다. 또한, 실제 근사식은 멱함수 거동에서 벗어난 형태로 나타났고, 지점관측자료가 기상레이더 값보다 과소추정되는 경향을 확인하였다. 특히 같은 기간에서 확인하였을 때, 강우지속시간이 짧을수록 AWS값과 레이더자료의 강수량이 2배 정도 차이를 보여 지점관측소가 없는 지역의 국지성 호우 존재를 확인할 수 있었다. 추후, 미래에 더 긴 레이더 시계열을 사용한다면, 더욱 신뢰성 있는 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단한다.

• Steel and Composite Structures
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• 제48권4호
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• pp.367-383
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• 2023

A coupled wall consists of two or more reinforced concrete (RC) shear walls (SWs) connected by RC coupling beams (CBs) or steel CBs (hybrid-coupled walls). To fill the gap in the literature on the plastic hinge length of coupled walls, including coupled and hybrid-coupled shear walls, a parametric study using experimentally validated numerical models was conducted considering the axial stress ratio (ASR) and coupling ratio (CR) as the study variables. A total of sixty numerical models, including both coupled and hybrid-coupled SWs, have been developed by varying the ASR and CR within the ranges of 0.027-0.25 and 0.2-0.5, respectively. A detailed analysis was conducted in order to estimate the ultimate drift, ultimate capacity, curvature profile, yielding height, and plastic hinge length of the models. Compared to hybrid-coupled SWs, coupled SWs possess a relatively higher capacity and curvature. Moreover, increasing the ASR changes the walls' behavior to a column-like member which decreases the walls' ultimate drift, ductility, curvature, and plastic hinge length. Increasing the CR of the coupled SWs increases the walls' capacity and the risk of abrupt shear failure but decreases the walls' ductility, ultimate drift and plastic hinge length. However, CR has a negligible effect on hybrid-coupled walls' ultimate drift and moment, curvature profile, yielding height and plastic hinge length. Lastly, using the obtained results two equations were derived as a function of CR and ASR for calculating the plastic hinge length of coupled and hybrid-coupled SWs.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.37-44
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• 2023

In the case of a school building, even though it is a regular structure in terms of plan shape, if the masonry infill wall acts as a lateral load resisting element, it can be determined as a torsionally irregular building. As a result, the strength and ductility of the structure are reduced, which may cause additional earthquake damage to the structure. Therefore, in this study, a structure similar to a school building with torsional irregularity was selected as an example structure and the damping performance of the PC-BRB was analyzed by adjusting the eccentricity according to the amount of masonry infilled wall. As a result of nonlinear dynamic analysis after seismic reinforcement, the torsional irregularity of each floor was reduced compared to before reinforcement, and the beams and column members of the collapse level satisfied the performance level due to the reduction of shear force and the reinforcement of stiffness. The energy dissipation of PC-BRB was similar in the REC-10 ~ REC-20 analytical models with an eccentricity of 20% or less. REC-25 with an eccentricity of 25% was the largest, and it is judged that it is effective to combine and apply PC-BRB when it has an eccentricity of 25% or more to control the torsional behavior.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.69-75
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• 2009

본 연구에서는 수평하중을 받는 파일벤트(pile-bent) 구조의 변단면에 따른 거동특성을 분석하기 위하여 beam-column 모델을 적용하여 수평변위 및 모멘트, 부재력(응력)을 단일단면 파일벤트 구조의 수평거동과 비교하였다. 분석결과 지표면에서 변단면 파일벤트 구조의 수평변위량이 동일하중 재하시 단일형 파일벤트 구조의 수평변위량보다 커지는 경향을 보였으나, 동일지반, 동일하중조건의 경우에는 변단면 존재유무에 관계없이 최대휨모멘트 발생위치는 일정한 경향을 보였다. 또한 말뚝재료의 부재력 검토 결과 파일벤트 구조의 변단면 부분에서의 부재력이 최대침모멘트 발생 깊이에서의 부재력보다 큰 것으로 나타났다. 이는 일체형 말뚝의 구조적 특성으로 최대침모멘트 발생위치보다 변단면 부분의 단면축소로 인해 취약해지기 때문에 변단면 발생부분에 대한 보강이 필수적으로 요구됨을 알 수 있었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제47권6호
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• pp.709-728
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• 2023

Experimental and analytical studies were conducted to clarify the influencing mechanisms of the longitudinal reinforcement on performance of axially loaded Reinforced Concrete-Filled Steel Tube (R-CFST) short columns. The longitudinal reinforcement ratio was set as parameter, and 10 R-CFST specimens with five different ratios and three Concrete-Filled Steel Tube (CFST) specimens for comparison were prepared and tested. Based on the test results, the failure modes, load transfer responses, peak load, stiffness, yield to strength ratio, ductility, fracture toughness, composite efficiency and stress state of steel tube were theoretically analyzed. To further examine, analytical investigations were then performed, material model for concrete core was proposed and verified against the test, and thereafter 36 model specimens with four different wall-thickness of steel tube, coupling with nine reinforcement ratios, were simulated. Finally, considering the experimental and analytical results, the prediction equations for ultimate load bearing capacity of R-CFSTs were modified from the equations of CFSTs given in codes, and a new equation which embeds the effect of reinforcement was proposed, and equations were validated against experimental data. The results indicate that longitudinal reinforcement significantly impacts the behavior of R-CFST as steel tube does; the proposed analytical model is effective and reasonable; proper ratios of longitudinal reinforcement enable the R-CFSTs obtain better balance between the performance and the construction cost, and the range for the proper ratios is recommended between 1.0% and 3.0%, regardless of wall-thickness of steel tube; the proposed equation is recommended for more accurate and stable prediction of the strength of R-CFSTs.

• Steel and Composite Structures
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• 제51권3호
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• pp.243-260
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• 2024

Thirteen self-compacting recycled concrete filled aluminium tubular (SCRCFAT) columns were tested under concentric compression loads. The effects of the replacement ratio of the recycled concrete aggregate (RCA) and steel fibre (SF) reinforcement on the structural performance of the SCRCFAT columns were studied. A control specimen (C000) was cast with normal concrete without SF to be reference for comparison. Twelve columns were cast using RCA, six columns were cast using concrete incorporating 2% SF while the rest of columns were cast without SF. Failure mode, ductility, ultimate load capacity, axial deformation, ultimate strains, stress-strain response, and stiffness of the SCRCFAT columns were studied. The results showed that, the peak load of tested SCRCFAT columns incorporating 5-100 % RCA without SF reduced by 2.33-11.28 % compared to that of C000. Conversely, the peak load of tested SCRCFAT columns incorporating 5-100% RCA in addition to 2% SF increased by 21.1-40.25%, compared to C000. Consequently, the ultimate axial deformation (Δ) of column C100 (RCA=100% and SF 0%) increased by about 118.9 % compared to C000. The addition of 2% SF to the concrete mix decreased the axial deformation of SCRCFAT columns compared to those cast with 0% SF. Moreover, the stiffness of the columns cast without SF decreased as the RCA % increased. In contrast, the columns stiffness cast with 2% SF increased by 26.28-89.7 % over that of C000. Finally, a theoretical model was proposed to predict the ultimate loads tested SCRCFAT columns and the obtained theoretical results agreed well with the experimental results.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권6호
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• pp.675-688
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• 2024

Cold-formed steel (CFS) is prone to buckling failure under loading. Lightweight concrete (LC) made of lightweight aggregate has light weight and excellent thermal insulation performance. However, concrete is brittle in nature which is why different materials have been used to improve this inherent behavior of concrete. The distortional buckling (DB) performance of cold-formed steel-lightweight concrete (CFS-LC) composite columns was investigated in this paper. Firstly, the compressive strength test of foam concrete (FC) and ceramsite concrete (CC) was carried out. The performance of the CFS-LC members was investigated. The test results indicated that the concrete-filled can effectively control the DB of the members. Secondly, finite element (FE) models of each test specimen were developed and validated with the experimental tests followed by extensive parametric studies using numerical analysis based on the validated FE models. The results show that the thickness of the steel and the strength of the concrete-filled were the main factors on the DB and bearing capacity of the members. Finally, the bearing capacity of the test specimens was calculated by using current codes. The results showed that the design results of the AIJ-1997 specification were closer to the experimental and FE values, while other results of specifications were conservative.

• 한국토양비료학회지
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• 제13권2호
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• pp.57-63
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• 1980

시판(市販)되고 있는 광재규산질비료를 사별(篩別)하여 10목이하(目以下) 20-35목(目) 및 100목이상(目以上)의 3개입자군(個粒子群)으로 분리(分離)하고 그들을 토양(土壤)에 처리했을 때 토양용액(土壤溶液)의 규산함량변화(珪酸含量變化), 토양(土壤)에서의 이동성(移動性) 등을 조사(調査)한바 다음과 같은 결과(結果)를 얻었다. 1. 규산질비료(珪酸質肥料) 20mg을 증류수50ml로 침출(浸出) 했을 때 용액(溶液)의 규산농도(珪酸濃度)는 10목이하(目以下), 20-35목(目), 100목이상(目以上) 입자(粒子)에 처하여 각각 0.3, 1.0, 3.2ppm 이었으며 1N-Na-acetate용액(溶液)으로 침출(浸出)했을 때의 농도(濃度)는 각각 24.5, 126.2, 225.5ppm 이었다. 2. 규산질비료(珪酸質肥料) 20mg을 첨가(添加)한 상양(上壤)20g을 증류수 50ml로 침출(浸出)했을 때 10목이하(目以下), 20-35목(目), 100목이상(目以上) 입자(粒子)의 규산질비료(珪酸質肥料)를 처리한 토양용액중(土壤溶液中)의 규산농도(珪酸濃度)는 규산(珪酸)을 첨가(添加)하지 않았을 때 보다 각각 0.25, 0.97, 3.28ppm 증가하였다. 3. 토양용액(土壤溶液)의 pH는 규산질비료(珪酸質肥料)의 첨가(添加) 여부와 관계(關係)없이 담수일수(湛水日數)와 함께 2~4주(週)까지는 상승(上昇)하고 그 후(後) 6~10주(週)까지 하강(下降)하였다. 이때 수용액중(水溶液中)의 규산농도(珪酸濃度)는 pH와 역상관(逆相關)을 냐타내었으나 담수(湛水) 6~10주이후(週以後)에는 pH와 관계(關係)없이 수용액중(水溶液中)의 규산농도(珪酸濃度)는 증가하였다. 4. 토양투하수(土壤透下水)의 분액별(分液別) 규산농도(珪酸濃度)는 규산질비료(珪酸質肥料)를 첨가(添加)하지 않았을 경우 투과수(透過水)의 양(量)이 0.88 pore volume에 달(達)했을 때 최고치(最高値)를 나타내었으며 20-35목(目), 100목이상(目以上)의 규산질비료(珪酸質肥料)를 첨가(添加)하였을 때에는 각 각 0.94, 1.03pore volume에서 최고농도(最高濃度)를 나타내었다. 5. 1.5pore volume의 증류수를 투하(透下)시킨 후(後) 토양(土壤) column의 부위별(部位別) 규산함량(珪酸含量)을 분석(分析)한 바 수용성(水溶性) 규산(珪酸) 함량(含量)은 6~9cm이하에서는 깊이에 관계없이 일정(一定)하나 그 위 부위(部位)에서는 위로 갈수록 낮은 함량(含量)을 나타내었다. 그러나 1N-Na-acetate 가용규산(可溶珪酸)은 이동(移動)되지 않고 규산(珪酸) 처리부위에 집적(集積)되어 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.357-366
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• 2010

이 연구에서는 경계부재내에 다양한 형태의 횡보강근 상세를 가진 전단벽에 대한 실험연구를 다루고자 한다. 연구의 주요 내용은 시공성 개선을 위해 사각나선 횡보강근과 헤드가 있는 크로스타이로 전단벽의 경계부재내 콘크리트를 구속함에 따른 거동을 실험적으로 관찰하는 것이다. 이 두 가지 상세는 공장에서 제작된 후 현장에서 조립만 할 경우, 현장작업량을 줄일 수 있는 상세로 고려될 수 있으며, 이 연구에서는 이 두 가지 상세를 가진 전단벽에 대한 구조성능을 구명하고자 한다. 실험의 주요변수는 경계부재내 횡보강근의 형태로서 기존의 띠철근, 사각나선근, 그리고 기존 크로스타이와 헤드가 있는 크로스타이를 사용한 경우로서, 총 4개의 바벨형상의 전단벽 실험체를 제작하고 일정 축력 아래에서 반복하중 실험을 통하여 그 성능을 평가한다. 콘크리트 공칭강도의 10%의 일정축력 작용상태에서 횡방향 반복가력을 실시하여 구조성능을 평가한다. 실험 결과 전단벽의 경계부재내 시공성 개선을 위해 제안된 사각나선근과 기계적 정착장치를 사용함으로써 재래의 보강방법과 거의 동등한 구조성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 띠철근의 직경이 크고 횡보강근의 체적비가 다소 높은 SW-Hh시험체가 항복 이후 균열이 닫힌 다음 강성이 높아짐으로 인하여 전체적인 소산에너지 면적이 다른 시험체에 비하여 높게 나타났으나 최대강도 도달 이후 내력이 다소 급격히 저하되는 것으로 나타나 강도와 연성의 확보측면에서 횡보강근의 체적비와 함께 간격에 대한 고려가 필요한 것으로 판단된다.