• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권3호
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• pp.249-257
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• 2015

철골보통중심가새골조의 수직불균형력에 대한 설계 요구사항이 KBC2009에서 처음으로 도입하였고, 이를 통하여 설계지진에서의 인명안전성능이라는 목표내진성능을 만족하도록 유도하고 있다. 그러나 수직 불균형력의 영향이 ASCE7-10에서 암시적으로 제시하는 최대고려지진에서의 구조물 붕괴방지성능에 미치는 영향에 대한 연구는 매우 제한적으로 이루어지고 있어 KBC2009를 따라 설계된 철골보통중심가새골조의 붕괴성능을 조사할 필요가 있다. 이를 위하여 본 논문에서는 역V형 철골보통중심가새골조의 최대고려지진에서의 붕괴양상을 조사하였다. 두 가지 지반조건과 세 가지 다른 수직불균형력 조건을 해석변수로 하여 총 6개의 5층 규모의 철골보통중심가새골조 표본건물을 설계하였다. 비선형 정적해석과 비선형 동적해석을 통하여 표본건물들의 내진성능과 붕괴양상을 조사하였다. 해석결과를 통해 수직 불균형력은 철골보통중심가새골조의 내진성능에 지대한 영향을 미쳤고, 바람직한 붕괴양상과 붕괴방지성능을 달성하기 위하여 불균형력에 대한 적절한 고려가 필요한 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제17권1호
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• pp.1-9
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• 2013

철골구조에서 지진력 저항시스템으로 많이 사용되고 있는 가새골조시스템은 중심가새골조(Concentrically Braced Frames, CBF)와 편심가새골조(Eccentrically Braced Frames, EBF)로 구분하여 KBC2009 건축구조기준에서는 서로 다른 반응수정계수를 적용하여 설계하도록 되어있다. 현행 내진설계기준에서 편심가새골조에 대하여 링크 타단 접합부의 종류에 따라 모멘트 저항접합일 경우 반응수정계수는 R=8, 비모멘트 저항접합일 경우 반응수정계수 R=7로 적용하여 설계하도록 규정하고 있을 뿐 편심길이의 영향을 고려하지 않고 있다. 본 연구에서는 편심가새골조 중에서 역V형가새골조를 대상으로 비탄성 거동을 파악한 다음 편심길이에 따른 반응수정계수를 산정하여 내진설계 기준에서 제시한 값과 비교한 결과 편심가새골조에 대하여 동일한 반응수정계수를 적용하는 것은 적절하지 않음을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.523-535
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• 2014

현 내진기준의 근간인 역량설계법(capacity design)에 의할 때, 중심가새골조의 내진설계는 기둥 및 보부재는 탄성부재로, 가새부재는 반복적인 인장과 압축을 통해 지진에너지를 소산하는 비탄성 부재로 설계되어야 한다. 가새부재는 에너지를 소산하는 과정에서 기둥부재에 추가적인 축력을 유입시키므로, 이 추가 축력을 고려하여 기둥부재를 탄성설계해야 한다. 현행 기준은 중심가새골조의 기둥부재 설계시 전층의 가새가 동시에 인장항복 및 좌굴하는 가장 보수적인 상황을 가정하여 기둥의 축력을 산정하거나 특별지진하중에 대해 기둥을 설계하는 방법을 제안하고 있다. 그러나 전층의 가새가 동시에 좌굴할 가능성은 희박하며, 특별지진하중에는 시스템 초과강도라는 경험적이고 우회적인 요소가 도입되었다는 한계가 있다. 이와 같은 문제점을 극복하기 위한 몇몇 선행 관련 연구들 역시 가새의 좌굴을 명시적으로 고려하지 못하였을 뿐더러 역학적 근거도 희박하다. 최근에 행해진 연구 중에서 역 V형 중심 가새골조를 대상으로, 기존의 기둥축력 산정법이 가지는 한계를 극복할 수 있는 새로운 기둥축력 산정법이 제안된 바가 있다. 하지만 역 V형 중심 가새골조와 X형 중심 가새골조의 하중전달 메커니즘은 상이하기 때문에 이 축력산정법을 X형 가새골조에 그대로 적용할 수는 없다. 따라서 본 연구에서는 X형 중심가새골조만의 역학적 특성을 고려한 네 가지의 기둥축력 산정법을 제안하였다. 특히 모달질량을 가중치로 고려하여 고차모드의 영향을 반영할 수 있는 새로운 방안을 제시하였다. 방대한 지진데이터를 입력으로 한 비선형 동적해석을 수행하여 제시된 방안의 타당성을 평가하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권5호
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• pp.371-380
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• 2017

미국의 내진설계기준인 ASCE/SEI 7-10은 구조물 붕괴성능에 대한 불확실성을 고려하지 않는 등재해도 기반 내진설계의 문제점을 해결하기 위해 위험도 기반 내진설계 개념을 도입하였다. 하지만 현행 국내 내진설계기준의 경우 한반도 내에서 발생한 큰 규모의 지진기록과 구조물의 붕괴성능과 관련된 연구의 부족으로 위험도 기반 내진설계 개념을 반영하지 않고 있다. 본 연구에서는 철골 보통중심가새골조를 표본건물로 선정하여 위험도 기반 내진성능평가를 수행하였다. 건물이 위치한 지역, 높이, 지반조건을 변수로 바탕으로 표본건물에 대한 붕괴성능 평가를 수행하였으며, 국내 지진기록의 특성을 반영할 수 있는 경험적 스펙트럴 형상 예측 모델을 활용하여 지진재해도 곡선을 작성하였다. 이를 활용하여 국내 주요 도시에 위치한 철골 보통중심가새골조의 붕괴확률을 위험도 적분 개념에 따라 평가하였다. 국내 주요 도시에 위치한 철골 보통중심가새골조의 붕괴확률을 평가한 결과, 현행 건축구조기준에 따라 설계된 표본건물은 본 연구에서 고려한 해석 변수에 따라 붕괴확률에 상당한 차이를 보였다. 특히 국내 건축구조기준의 경우 철골 보통중심가새골조에 대한 높이제한이 없어 일부 고층표본건물에서 목표 위험도인 50년간 1%의 붕괴확률을 초과하는 것으로 평가되었다.

• 한국안전학회지
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• 제6권3호
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• pp.35-39
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• 1991

Concentrically braced frames are limited in their ability to absorb energy during an earthquake However by placing the bracing members eccentric to the beam column joints, an energy absorbing link unit is produced. The energy is absorbed by the link and / or columns deforming inelastically. Three models of a multistorey structure were analyzed using DRAIN-2D computer program .Three link lengths were used in the analyses, 7, 11 and 15 inches. The yield patterns are produced. However it is interesting to note the relative valuses of force and moment obtained.

• Steel and Composite Structures
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• 제18권6호
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• pp.1569-1582
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• 2015

This study explores the lateral deflections of diagonal braces in concentrically-braced earthquake-resisting frames. The performance of this widely-used system is often compromised by the flexural buckling of slender braces in compression. In addition to reducing the compressive resistance, buckling may also cause these members to undergo sizeable lateral deflections which could damage surrounding structural components. Different approaches have been used in the past to predict the mid-length lateral deflections of cyclically loaded steel braces based on their theoretical deformed geometry or by using experimental data. Expressions have been proposed relating the mid-length lateral deflection to the axial displacement ductility of the member. Recent experiments were conducted on hollow and concrete-filled circular hollow section (CHS) braces of different lengths under cyclic loading. Very slender, concrete-filled tubular braces exhibited a highly ductile response, undergoing large axial displacements prior to failure. The presence of concrete infill did not influence the magnitude of lateral deflection in relation to the axial displacement, but did increase the number of cycles endured and the maximum axial displacement achieved. The corresponding lateral deflections exceeded the deflections observed in the majority of the previous experiments that were considered. Consequently, predictive expressions from previous research did not accurately predict the mid-height lateral deflections of these CHS members. Mid-length lateral deflections were found to be influenced by the member non-dimensional slenderness (${\bar{\lambda}}$) and hence a new expression was proposed for the lateral deflection in terms of member slenderness and axial displacement ductility.

• 한국지진공학회논문집
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• 제16권6호
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• pp.1-12
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• 2012

The researches related to active control systems utilizing superelastic shape memory alloys (SMA) have been recently conducted to reduce critical damage due to lateral deformation after severe earthquakes. Although Superelastic SMAs undergo considerable inelastic deformation, they can return to original conditions without heat treatment only after stress removal. We can expect the mitigation of residual deformation owing to inherent recentering characteristics when these smart materials are installed at the part where large deformation is likely to occur. Therefore, the primary purpose of this research is to develop concentrically braced frames (CBFs) with superelastic SMA bracing systems and to evaluate the seismic performance of such frame structures. In order to investigate the inter-story drift response of CBF structures, 3- and 6-story buildings were design according to current design specifications, and then nonlinear time-history analyses were performed on numerical 2D frame models. Based on the numerical analysis results, it can be comparatively verified that the CBFs with superelastic SMA bracing systems have more structural advantages in terms of energy dissipation and recentering behavior than those with conventional steel bracing systems.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.63-70
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• 2009

파괴모드는 저항력과 비탄성 변형 능력의 저하를 일으키는 균열이나 파단으로 귀결된다. 특수중심가새골조의 잠재적 파괴모드는 가새의 균열이나 파단, 가새나 거싯 플레이트의 순단면 파단, 거싯 플레이트용접의 균열, 볼트의 전단균열, 블록전단파단, 그리고 거싯 플레이트의 좌굴 등을 포함하고 있다. HSS 튜브가새는 특수중심가새골조에 자주 사용되고, 가새의 순단면 파단은 거싯 플레이트가 가새로 삽입되는 홈의 끝부분에 가새의 순단면을 통해 발생한다. 이 파괴모드는 인장파괴모드로 분류되고 급격한 강도저하와 취성적인 거동을 보인다. AISC 디자인 규준에선 순단면 보강을 요구하고 있다 (AISC 2001). 이 논문에서, 순단면 보강의 필요성에 대해 논의한다. 먼저, 미국 버클리대학교에서 수행됐던 순단면 파단실험을 유한요소모델을 이용한 이 실험의 모델링을 통해 소개한다. 실제 골조에서의 순단면 파단의 가능성을 조사하기 위해, 홈이 있는 중심가새골조를 유한요소법을 이용 모델링 하고, 인장지배의 근거리지진 이력을 적용시킨다. 이는 이력이 순단면 파단의 가장 중요한 인자라는 이전 해석 결과에서 기인한 것이다. 순단면 보강의 필요성과 인장지배의 근거리지진 이력의 영향에 대해 조사한다.

• Steel and Composite Structures
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• 제42권4호
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• pp.539-552
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• 2022

Concentrically braced frames (CBFs) possess high stiffness and strength against lateral loads; however, they suffer from low energy absorption capacity against seismic loads due to the susceptibility of CBF diagonal elements to bucking under compression loading. To address this problem, in this study, an innovative damper was proposed and investigated experimentally and numerically. The proposed damper comprises main plates and includes a flange plate angled at θ and a trapezius-shaped web plate surrounded by the plate at the top and bottom sections. To investigate the damper behaviour, dampers with θ = 0°, 30°, 45°, 60°, and 90° were evaluated with different flange plate thicknesses of 10, 15, 20, 25 and 30 mm. Dampers with θ = 0° and 90° create rectangular-shaped and I-shaped shear links, respectively. The results indicate that the damper with θ = 30° exhibits better performance in terms of ultimate strength, stiffness, overstrength, and distribution stress over the damper as compared to dampers with other angles. The hysteresis curves of the dampers confirm that the proposed damper acts as a ductile fuse. Furthermore, the web and flange plates contribute to the shear resistance, with the flange carrying approximately 80% and 10% of the shear force for dampers with θ = 30° and 90°, respectively. Moreover, dampers that have a larger flange-plate shear strength than the shear strength of the web exhibit behaviours in linear and nonlinear zones. In addition, the over-strength obtained for the damper was greater than 1.5 (proposed by AISC for shear links). Relevant relationships are determined to predict and design the damper and the elements outside it.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권4호통권65호
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• pp.359-368
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• 2003

철골가새골조는 골조 내 가새 부재의 인장 및 압축의 반목 이력 거동을 통하여 지진하중 작용 시 발생하는 에너지를 흡수하게 된다. 최근 미국 내의 중심가새골조(CBF) 관련 내진 설계 규준은 큰 세장비(KL/r)의 가새 부재를 CBF에 허용하고 있는데, 이는 큰 유효세장비(KL/r)를 갖는 가새 부재가 우수한 내진 성능을 발휘한다는 전제를 기초로 하고 있으나, 최근 연구들 중 가새 부재의 에너지 소산 능력이나 부재의 좌굴 이후 강도저하 등과 관련한 반복 이력 거동 대한 연구를 거의 찾아볼 수 없다. 본 논문에서는, 기존 가재 관련 실험 자료들을 수집하고 이를 바탕으로 부재들의 압축 에너지 소산 능력과 부재의 좌굴 이후 강도저하 등 반복하중 하의 가새 부재들의 반복 이력 거동을 가새 부재의 세장비와 관련하여 검토하였다. 가새 관련 기존 실험 자료들의 분석을 통하여, 가새 부재의 일정 단계의 일반화 된 압축 변위$({\delta}/{\delta}_B)$시의 일반화 된 압축 에너지 소산$(E_C/E_T)$은 변위가 증가할수록 작아짐을 알 수 있었다. 또한 가새 부재의 좌굴 이후 강도저하는 부재의 세장비와 많은 관련이 있었으며, 특히 H형강 부재들이 상대적으로 심한 강도 저하를 보여주고 있다.