• Earthquakes and Structures
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• 제26권1호
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• pp.17-30
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• 2024

Earthquakes can lead to substantial damage to buildings, with long-period ground motion being particularly destructive. The design of high-performance building structures has become a prominent focus of research. The double-story isolated structure is a novel type of isolated structure developed from base isolated structure. To delve deeper into the building performance of double-story isolated structures, the double-story isolated structure was constructed with the upper isolated layer located in different layers, alongside a base isolated structure for comparative analysis. Nonlinear elastoplastic analyses were conducted on these structures using different ground motion inputs, including ordinary ground motion, near-field impulsive ground motion, and far-field harmonic ground motion. The results demonstrate that the double-story isolated structure can extend the structural period further than the base isolated structure under three types of ground motions. The double-story isolated structure exhibits lower base shear, inter-story displacement, base isolated layer displacement, story shear, and maximum acceleration of the top layer, compared to the base isolated structure. In addition, the double-story isolated structure generates fewer plastic hinges in the frame, causes less damage to the core tube, and experiences smaller overturning moments, demonstrating excellent resistance to overturning and a shock-absorbing effect. As the upper isolated layer is positioned higher, the compressive stress on the isolated bearings of the upper isolated layer in the double-story isolated structure gradually decreases. Moreover, the compressive stress on the isolated bearings of the base isolated layer is lower compared to that of the base isolated structure. However, the shock-absorbing capacity of the double-story isolated structure is significantly increased when the upper isolated layer is located in the middle and lower section. Notably, in regions exposed to long-period ground motion, a double-story isolated structure can experience greater seismic response and reduced shock-absorbing capacity, which may be detrimental to the structure.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.637-645
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• 2011

압축강도 50 MPa이 넘는 고강도 콘크리트가 화재에 취약하다는 것은 널리 알려진 사실이다. 그러나 화재 피해를 입은 고강도 콘크리트 구조 부재의 구조 성능 저감 정도를 정확하게 파악하기 위해서는 단순히 열역학적 거동만으로 파악하는 것이 아니라, 구조 거동에 대한 연구가 필요하다. 따라서 이 연구에서는 비재하 상태에서 고온에 일정시간 노출시킨 고강도 콘크리트 단주를 대상으로 하중 재하 실험을 수행하였다. 실험 변수로는 콘크리트 압축강도, 가열시간, 그리고 폴리프로필렌 섬유 혼입을 통한 폭렬 저감 공법 사용 유무가 있었으며, 실험의 결과로는 콘크리트 강도 및 가열 시간이 증가할수록 구조 성능은 저감되는 것으로 나타났다. 특히 폴리프로필렌 섬유를 혼입하여 폭렬이 저감 된 경우에도 구조 성능에는 변화가 없거나 오히려 감소하는 것으로 나타났다. 이 연구를 통하여 알아낸 바를 토대로 보다 안전하고 경제적인 내화 설계를 할 수 있으며, 또한 화재로 인한 고강도 콘크리트 구조물의 구조성능 저감 정도를 예측하는데 유용하게 활용될 수 있을 것이라고 사료된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제28권1호
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• pp.23-34
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• 2016

콘크리트 충전강관 기둥은 강관의 구속효과에 의해 콘크리트의 압축내력 상승과, 콘크리트에 의한 강관의 국부좌굴 보강효과에 의해 부재내력이 상승하고 뛰어난 변형성능을 발휘한다. 하지만, 기둥단면이 커질 경우 합성효과를 발휘하기 위하여 스터드 볼트나 후 시공 앵커 볼트를 사용해야 하는 시공상의 문제점이 발생된다. 이를 극복함과 동시에 합성효과를 증대시키기 위한 방안으로 내부에 리브가 설치된 용접조립 기둥이 소개되었다. 내부 리브는 콘크리트와 맞물려 있어 리브의 변형은 콘크리트의 균열을 촉진시키는 역할을 동반하게 된다. 이러한 잠재적인 문제에 대한 해결책은 강관 리브의 변형에 저항할 수 있도록 콘크리트 인성을 증가시킬 수 있는 방안이 필요하다. 언급된 두 가지의 문제점이 효과적으로 해결될 경우 용접조립 각형강관 기둥은 내화성능 확보가 가능하다고 판단된다. 본 연구에서는 해결방안으로 내부 콘크리트를 강섬유와 혼입하여 기둥 자체의 연성과 인성을 증대시키는 것에 중점을 맞추고 있다. 내화성능 평가를 위한 시험체는 총 8개 로 하중비에 따른 재하가열 실험을 실시하고 화재 전후 거동과 열 변형 능력을 주요변수별로 분석하였다. 실험결과와 선행연구 비교를 통해 열 전달과 열응력 해석 모델의 신뢰성을 확보하였으며, 강섬유 혼입율에 따른 변수해석을 수행하였다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제11권1호
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• pp.51-57
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• 2011

국내 강원도 지역에 광범위하게 분포하고 있는 불규칙한 석회암 공동(空洞)은 구조물의 사용성 저하 및 붕괴 등 예기치 못한 사고를 유발할 수 있다. 따라서 석회암 공동분포지역에서는 구조물의 기초지지력 증진을 위한 적절한 지반보강공사가 요구되며, 환경오염 문제를 최소화할 수 있어야 한다. 일반적으로 석회암 공동의 기초지지력 확보를 위해 시공하는 R.J.P(Rod Jet Pile) 공법은 주입재료를 시멘트모르타르를 사용하지만, 석회암 공동의 특성상 공동을 통한 시멘트성분의 유출로 인근지역의 식수오염과 양어장의 송어폐사가 발생하였다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서 국내 외 적용가능한 보강공법들을 비교 검토하였으며, 실내시험을 통해 주입재료를 선정하였다. 또한, 1, 2단계로 구분하여 시공하고 선정된 보강재료 주입을 통해 저유동성 재료를 사용하는 비배출압밀공법을 한단계 향상시킨 몰탈압입공법을 제안하고 시험시공을 하였다. 시험시공 동안 인근지역 양어장의 수질변화가 거의 발생하지 않았으며, 시공위치에서 코어를 채취하여 압축강도를 측정한 결과 기준강도 5 MPa 이상으로 구조물의 기초지반 지지력을 확보하는 것으로 분석되었다. 따라서 몰탈압입공법은 주변 수질환경에 대한 친환경성을 확보함과 동시에 기초지반 지지력을 확보하는 것으로 검토 되었다.

• Earthquakes and Structures
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• 제7권2호
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• pp.179-199
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• 2014

The steel tube-reinforced concrete (ST-RC) composite column is a novel type of composite column, consisting of a steel tube embedded in reinforced concrete. The objective of this paper is to investigate the effect of cumulative damage on the seismic behavior of ST-RC columns through experimental testing. Six large-scale ST-RC column specimens were subjected to high axial forces and cyclic lateral loading. The specimens included two groups, where Group I had a higher amount of transverse reinforcement than Group II. The test results indicate that all specimens failed in a flexural mode, characterized by buckling and yielding of longitudinal rebars, failure of transverse rebars, compressive crushing of concrete, and steel tube buckling at the base of the columns. The number of loading cycles was found to have minimal effect on the strength capacity of the specimens. The number of loading cycles had limited effect on the deformation capacity for the Group I specimens, while an obvious effect on the deformation capacity for the Group II specimens was observed. The Group I specimen showed significantly larger deformation and energy dissipation capacities than the corresponding Group II specimen, for the case where the lateral cyclic loads were repeated ten cycles at each drift level. The ultimate displacement of the Group I specimen was 25% larger than that of the Group II counterpart, and the cumulative energy dissipated by the former was 2.8 times that of the latter. Based on the test results, recommendations are made for the amount of transverse reinforcement required in seismic design of ST-RC columns for ensuring adequate deformation capacity.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권5호
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• pp.85-97
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• 2006

성능보장설계는 교각이 완전한 소성회전성능을 발휘할 때까지 다른 구조요소들과 교각 자체가 취성파괴 되지 않도록 설계하여 교량 전체 시스템의 연성파괴를 보장하기 위한 것으로서, 현행 도로교설계기준에는 명시적으로 규정되어 있지 않으나 대부분의 외국 교량내진설계기준에 채택되어 있다. 성능보장설계에서는 철근콘크리트 교각의 휨 초과강도를 구하고 이를 변환한 전단력을 교각, 기초, 말뚝에 작용하는 횡하중 설계전단력으로 결정하여 교각의 전단설계, 기초설계, 말뚝설계를 수행하도록 규정한다. 이 때 교각의 최대 소성모멘트를 결정하는 방법은 설계기준별로 각기 다른데, 이는 각 국의 재료 시공환경이 다르기 때문이다. 본 연구에서는 국내에서 사용하는 철근의 인장강도 측정치 3,407개와 콘크리트 압축강도 측정치 5,405개의 분석을 통하여 재료 초과강도계수를 제안하였고, 이를 적용하여 휨 초과강도를 결정하는 방법을 제시하였으며, 1,500개의 교각단면에 대한 모멘트-곡률 해석을 수행한 후 통계분석을 통하여 우리나라 실정에 적합한 초과강도계수를 제안하였다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제8권4호
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• pp.31-40
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• 1992

고대 석조아치교량의 아치부분은 암석블릭이 서로 맞물려 있는 불연속면의 특성을 지니고 있다. 이러한 석조아치교량의 내하력을 평가하기 위해서는 역학적으로 취약한 불연속면을 고려하는 것이 요구되나 기존의 해석방법은 아치를 연속된 하나의 일체부재로 보고 해석하였으므로 불연속면의 특성이 고려되지 않았다. 따라서 본 논문에서는 유한요소해석을 이용하여 불연속면을 고려하고 불연속면의 전단강성과 마찰각이 석조아치교량의 내하력에 미치는 영향을 분석함으로써 석조아치교량을 평가하고자 하 였다. 연구결과 고대 석조아치교량의 내하력은 아치블럭을 형성하고 있는 암석 자체의 압축강도보다는 불연속면의 마찰각과 전단강성에 의하여 좌우되며 화강암 교량일 경우에는 전단강성이 더 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었으며 해석대상인 흥국사 홍교는 현재 3등교수준의 내하력을 갖고 있는 것으로 추정된다.

• Computers and Concrete
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• 제28권6호
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• pp.533-547
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• 2021

Calculating the shear capacity of slender reinforced concrete beams without shear reinforcement was the subject of numerous studies, where the eternal problem of developing a single relationship that will be able to predict the expected shear capacity is still present. Using experimental results to extrapolate formulae was so far the main approach for solving this problem, whereas in the last two decades different research studies attempted to use artificial intelligence algorithms and available data sets of experimentally tested beams to develop new models that would demonstrate improved prediction capabilities. Given the limited number of available experimental databases, these studies were numerically restrained, unable to holistically address this problem. In this manuscript, a new approach is proposed where a numerically generated database is used to train machine-learning algorithms and develop an improved model for predicting the shear capacity of slender concrete beams reinforced only with longitudinal rebars. Finally, the proposed predictive model was validated through the use of an available ACI database that was developed by using experimental results on physical reinforced concrete beam specimens without shear and compressive reinforcement. For the first time, a numerically generated database was used to train a model for computing the shear capacity of slender concrete beams without stirrups and was found to have improved predictive abilities compared to the corresponding ACI equations. According to the analysis performed in this research work, it is deemed necessary to further enrich the current numerically generated database with additional data to further improve the dataset used for training and extrapolation. Finally, future research work foresees the study of beams with stirrups and deep beams for the development of improved predictive models.

• Steel and Composite Structures
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• 제42권5호
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• pp.617-631
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• 2022

To study the eccentric compressive performance of the basalt-fiber reinforced recycled aggregate concrete (BFRRAC)-filled circular steel tubular stub column, 8 specimens with different replacement ratios of recycled coarse aggregate (RCA), basalt fiber (BF) dosage, strength grade of recycled aggregate concrete (RAC) and eccentricity were tested under eccentric static loading. The failure mode of the specimens was observed, and the relationship curves during the entire loading process were obtained. Further, the load-lateral displacement curve was simulated and verified. The influence of the different parameters on the peak bearing capacity of the specimens was analyzed, and the finite element analysis model was established under eccentric compression. Further, the design-calculation method of the eccentric bearing capacity for the specimens was suggested. It was observed that the strength failure is the ultimate point during the eccentric compression of the BFRRAC-filled circular steel tubular stub column. The shape of the load-lateral deflection curves of all specimens was similar. After the peak load was reached, the lateral deflection in the column was rapidly increased. The peak bearing capacity decreased on enhancing the replacement ratio or eccentric distance, while the core RAC strength exhibited the opposite behavior. The ultimate bearing capacity of the BFRRAC-filled circular steel tubular stub column under eccentric compression calculated based on the limit analysis theory was in good agreement with the experimental values. Further, the finite element model of the eccentric compression of the BFRRAC-filled circular steel tubular stub column could effectively analyze the eccentric mechanical properties.

• Steel and Composite Structures
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• 제51권6호
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• pp.661-678
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• 2024

The utilization of geopolymer recycled aggregate concrete (GRAC) as the infilled core of the concrete-filled steel tubular (CFST) columns provides superior economic and environmental benefits. However, limited research exists within the field of geopolymer recycled aggregate concrete considered a green and sustainable material, in addition to the limitation of the design guidelines to predict the behavior of such an innovative new material combination. Moreover, the behavior of high-strength concrete is different from the normal-strength one, especially when there is another material of high-strength properties, such as the steel tube. This paper aims to investigate the behavior of the axially loaded square high-strength GRACFST columns through the nonlinear finite element analysis (NLFEA). A total of thirty-two specimens were simulated using ABAQUS/Standard software with three main variables: recycled aggregate replacement ratio (0, 30, and 50) %, width-to-thickness ratios (52.0, 32.0, 23.4, and 18.7), and length-to-width ratio (3, 5, 9, and 12). During the analysis, the response in terms of the axial load versus the longitudinal strain was recorded and plotted. In addition, various mechanical properties were calculated and analyzed. In view of the results, it has been demonstrated that the mechanical properties of high-strength GRACFST columns such as ultimate load-bearing capacity, compressive stiffness, energy absorption capacity, and ductility increase with the increase of the steel tube thickness owing to the improvement of the confinement effect of the steel tube. In contrast, the incorporation of the recycled aggregate adversely affected the mentioned properties except the ductility, while the increase of the recycled aggregate replacement ratio improved the column's ductility. Moreover, it has been found that the increase in the length-to-width ratio significantly reduced both the failure strain and the energy absorption capacity. Finally, the obtained NLFEA results of the ultimate load-bearing capacity were compared with the corresponding predicted capacities by numerous codes. It has been concluded that AISC, ACI, and EC give conservative predictions for the ultimate load-bearing capacity since the confinement effect was not considered by these codes.