• Structural Engineering and Mechanics
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• 제43권5호
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• pp.637-655
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• 2012

In this study, stochastic responses of a cable-stayed bridge subjected to the spatially varying earthquake ground motion are investigated by the finite element method taking into account soil-structure interaction (SSI) effects. The considered bridge in the analysis is Quincy Bay-view Bridge built on the Mississippi River in between 1983-1987 in Illinois, USA. The bridge is composed of two H-shaped concrete towers, double plane fan type cables and a composite concrete-steel girder deck. In order to determine the stochastic response of the bridge, a two-dimensional lumped masses model is considered. Incoherence, wave-passage and site response effects are taken into account for the spatially varying earthquake ground motion. Depending on variation in the earthquake motion, the response values of the cable-stayed bridge supported on firm, medium and soft foundation soil are obtained, separately. The effects of SSI on the stochastic response of the cable-stayed bridge are also investigated including foundation as a rigidly capped vertical pile groups. In this approach, piles closely grouped together beneath the towers are viewed as a single equivalent upright beam. The soil-pile interaction is linearly idealized as an upright beam on Winkler foundation model which is commonly used to study the response of single piles. A sufficient number of springs on the beam should be used along the length of the piles. The springs near the surface are usually the most important to characterize the response of the piles surrounded by the soil; thus a closer spacing may be used in that region. However, in generally springs are evenly spaced at about half the diameter of the pile. The results of the stochastic analysis with and without the SSI are compared each other while the bridge is under the sway of the spatially varying earthquake ground motion. Specifically, in case of rigid towers and soft soil condition, it is pointed out that the SSI should be significantly taken into account for the design of such bridges.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.49-56
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• 2015

초고성능 콘크리트는 높은 강도와 유동성을 갖는 우수한 재료 특성을 나타내는 콘크리트이다. 그러나 고연성 시멘트 복합체에 비하여 낮은 연성을 나타낸다. 이 연구에서는 강섬유와 마이크로섬유의 조합이 초고성능 콘크리트의 인장거동에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위하여 강섬유와 폴리에틸렌, 폴리비닐알코올, 현무암섬유 조합에 따라 4가지 초고성능 콘크리트 배합을 결정하였고, 인장거동을 평가하기 위하여 직접인장 실험을 수행하였다. 또한 마이크로섬유가 제조과정에서 의도하지 않은 과도한 기포를 생성하는지를 확인하기 위하여 밀도실험을 수행하였다. 실험결과 인장강도가 높은 폴리에틸렌섬유는 초고성능 콘크리트의 인장거동을 향상시키는데 효과적임을 확인하였고, 현무암섬유는 초고성능 콘크리트의 균열강도 및 인장강도를 증가시키는데 효과적임을 확인하였다. 또한 마이크로섬유가 의도하지 않은 기포를 생성하지 않는다는 것도 확인하였다.

• 콘크리트학회지
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• 제4권1호
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• pp.107-118
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• 1992

본 연구는 고강도 고내구성이면서 신뢰성이 높은 폴리머 함침 탄소섬유보강 시멘트복합에의 개발 응용을 위한 여러 가지 특성을 검토하기 위하여, 복합체는 PAN계 및 Pitch계 탄소섬유, 조강포틀랜드 시멘트, Silica Powder 및 폴리머 함침재를 사용하여 제조하였고, 배합조건별, 재령별, 그리고 양생조건별로 역학적특성, 동결융해저항성 및 장기변형특성에 관한 실험연구를 행하였다. 연구결과, CFRC의 Flow값은 CF혼입율 증가에 따라 거의 직선적으로 저하하였고, 폴리머 함침 CFRC의 압축 인장 휨강도는 CF혼입율 증대에 따라 오토클래브 양생 및 기건양생의 경우에 비하여 현저히 증대하였으며, 또한 월등히 높은 강도를 나타내었다. 그리고, 인자응력-변형관계 및 휨응력-처짐관계는 기건양생 및 오토클래브 양생의 경우 연성적인 비선형을 나타낸 데 비하여 폴리머함침의 경우는 거의 직선적 으로 변화하였고, 동결융해저항성, 건조수촉변형특성 및 내크리프 특성도 다른 양생 방법의 경우에 비하여 크게 개선됨을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.121-127
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• 2012

지금까지 연구된 고인성 섬유 복합체의 주요 결합재는 시멘트이다. 이 연구의 목적은 시멘트를 전혀 사용하지 않은 고로슬래그 기반 알칼리 활성 모르타르와 PVA(polyvinyl alcohol) 섬유를 이용하여 고인성을 나타내는 복합체에 대한 가능성을 검토하는 것이다. 이를 위하여 알칼리 활성화제 종류에 따라 균일한 섬유 분산성을 확보하면서 섬유 혼합을 용이하게 하기 위한 적절한 모르타르의 유동성 및 점성을 갖는 두 가지 배합을 결정하였고, 복합체의 기본적인 성능을 평가하기 위하여 슬럼프 플로, 압축강도, 일축인장, 휨 실험을 수행하였다. 실험 결과 두 가지 배합의 슬럼프 플로는 평균 465 mm로 나타났고, 약 2% 정도의 인장 변형 성능과 다중 미세균열을 나타내는 것을 확인하였다. 이를 통하여 시멘트를 전혀 사용하지 않고도 변형률 경화 거동에 의한 고인성을 나타내는 섬유 복합체의 개발 가능성을 입증하였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.917-920
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• 2008

ECC는 섬유가 매트릭스의 균열 면에서 가교작용을 통하여 균열의 폭을 제어함으로써 미세한 다중 균열(multiple cracking)을 발생시키면서 인장변형률 경화 거동을 보이는 섬유복합재료이다. 따라서 다중 균열과 인장변형률 경화 거동을 보일 수 있도록 마이크로역학에 기반하여 재료를 설계한다. 이 연구에서는 ECC의 다중 균열과 변형률 경화 거동을 모사할 수 있는 해석 방법을 제시하고자 한다. 이 과정에서 균열 면에서 이론적으로 유도된 가교응력-개구변위 관계에서 섬유의 방향과 유효 섬유의 개수를 고려하여 수정된 응력-변위 관계를 사용하였으며, 매트릭스 및 섬유-매트릭스 계면의 불확실성을 고려하기 위하여 각 요소의 매트릭스 균열 강도(${\sigma}_{fci}$) 및 탄성계수($E_{ci}$), 균열면 최대응력(${\sigma}_{Bi}$) 및 변위(${\delta}_{Bi}$), 계면의 화학적 부착에 의한 균열면의 초기응력(${\sigma}_{0i}$), 균열 간격(${\alpha}_cX_d$)이 일정 범위 내에서 무작위로 선택되도록 하였다. 해석결과 변형률 경화거동 및 최대 변형률을 충분히 모사할 수 있는 것으로 나타났으며, 균열 개수 및 균열면의 강성이 해석의 중요한 변수임을 확인할 수 있었다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.25-28
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• 2008

교량건설 기간의 단축과 공사비 절감의 효과를 가지고 있는 조립식 교량에 대한 연구가 최근 국내에서 활발히 수행되고 있으며, 선진국에서는 조립식 교량의 부품 부재 및 시공 기술이 이미 개발되어 현장에 보급되고 있다. 프리캐스트 바닥판을 주형에 고장력 볼트로 고정시키고 마찰저항 부재를 이용하여 수평전단에 저항하도록 하는 교량 상부구조의 조립식 공법 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 조립식 교량의 구조해석 모델을 개발하고, 실대형 실험을 통해 조립식 교량의 실제적인 구조 거동을 파악하고 이를 구조해석 모델과 비교하는 데 목적이 있다. 프리캐스트 바닥판과 볼트 접합된 강거더의 설계 개념을 제시하고 이 개념에 의한 18개의 프리캐스트 바닥판과 20m 실대형 시험체를 2가지 Type으로 설계, 제작하여 실험 결과를 이론값, 유한요소 해석값과 비교 분석하였다. 해석 모델은 범용구조해석 프로그램을 이용하여 교량 상부구조의 바닥판과 주형과의 연결부분 특성을 표현하였고, 이와 같이 만들어진 해석모델은 조립식 교량의 거동에 대한 실대형 실험과 비교 분석 하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제18권5호
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• pp.1305-1330
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• 2015

The successful application of the component-based approach - widely used to model structural joints - requires knowledge of the mechanical properties of the constitutive joint components, including an appropriate assembly procedure to derive the joint properties. This paper presents a component-method model for a structural joint component that is located in the tension zone of blind-bolted connections to concrete-filled tubular steel profiles. The model relates to the response of blind-bolts with headed anchors under monotonic loading, and the blind-bolt is termed the "Extended Hollo-bolt". Experimental data is used to develop the model, with the data being collected in a manner such that constitutive models were characterised for the principal elements which contribute to the global deformability of the connector. The model, based on a system of spring elements, incorporates pre-load and deformation from various parts of the blind-bolt: (i) the internal bolt elongation; (ii) the connector's expanding sleeves element; and (iii) the connector's mechanical anchorage element. The characteristics of these elements are determined on the basis of piecewise functions, accounting for basic geometrical and mechanical properties such as the strength of the concrete applied to the tube, the connection clamping length, and the size and class of the blind-bolt's internal bolt. An assembly process is then detailed to establish the model for the elastic and inelastic behaviour of the component. Comparisons of model predictions with experimental data show that the proposed model can predict with sufficient accuracy the response of the component. The model furthers the development of a full and detailed design method for an original connection technology.

• Steel and Composite Structures
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• 제18권5호
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• pp.1083-1101
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• 2015

Previous theoretical equations for the shear capacity of steel beam to concrete filled steel tube (CFT) column connections vary in the assumptions for the shear deformation mechanisms and adopt different equations for calculating shear strength of each component (steel tube webs, steel tube flanges, diaphragms, and concrete etc.); thus result in different equations for calculating shear strength of the joint. Besides, shear force-deformation relations of the joint, needed for estimating building drift, are not well developed at the present. This paper compares previously proposed equations for joint shear capacity, discusses the shear deformation mechanism of the joint, and suggests recommendations for obtaining more accurate predictions. Finite element analyses of internal diaphragm connections to CFT columns were carried out in ABAQUS. ABAQUS results and theoretical estimations of the shear capacities were then used to calibrate rotational springs in joint elements in OpenSEES simulating the shear deformation behavior of the joint. The ABAQUS and OpenSEES results were validated with experimental results available. Results show that: (1) shear deformation of the steel tube dominates the deformation of the joint; while the thickness of the diaphragms has a negligible effect; (2) in OpenSEES simulation, the joint behavior is highly dependent on the yielding strength given to the rotational spring; and (3) axial force ratio has a significant effect on the joint deformation of the specimen analyzed. Finally, modified joint shear force-deformation relations are proposed based on previous theory.

• Steel and Composite Structures
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• 제34권1호
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• pp.123-139
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• 2020

The tube outward local buckling of Concrete-Filled Steel Tube (CFST) beam under high compression stress is still considered a critical problem, especially for steel tubes with a slender section compared to semi-compact and compact sections. In this study, the flexural performance of stiffened slender cold-formed square tube beams filled with normal concrete was investigated. Fourteen (14) simply supported CFST specimens were tested under static bending loads, stiffened with different shapes and numbers of steel stiffeners that were provided at the inner sides of the tubes. Additional finite element (FE) CFST models were developed to further investigate the influence of using internal stiffeners with varied thickness. The results of tests and FE analyses indicated that the onset of local buckling, that occurs at the top half of the stiffened CFST beam's cross-section at mid-span was substantially restricted to a smaller region. Generally, it was also observed that, due to increased steel area provided by the stiffeners, the bending capacity, flexural stiffness and energy absorption index of the stiffened beams were significantly improved. The average bending capacity and the initial flexural stiffness of the stiffened specimens for the various shapes, single stiffener situations have increased of about 25% and 39%, respectively. These improvements went up to 45% and 60%, for the double stiffeners situations. Moreover, the bending capacity and the flexural stiffness values obtained from the experimental tests and FE analyses validated well with the values computed from equations of the existing standards.

• Steel and Composite Structures
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• 제20권2호
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• pp.379-397
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• 2016

Due to creep and shrinkage of the concrete core, concrete-filled steel tubular (CFST) arches continue to deform in the long-term under sustained loads. This paper presents analytical investigations of the effects of geometric nonlinearity on the long-term in-plane structural performance and stability of three-pinned CFST circular arches under a sustained uniform radial load. Non-linear long-term analysis is conducted and compared with its linear counterpart. It is found that the linear analysis predicts long-term increases of deformations of the CFST arches, but does not predict any long-term changes of the internal actions. However, non-linear analysis predicts not only more significant long-term increases of deformations, but also significant long-term increases of internal actions under the same sustained load. As a result, a three-pinned CFST arch satisfying the serviceability limit state predicted by the linear analysis may violate the serviceability requirement when its geometric nonlinearity is considered. It is also shown that the geometric nonlinearity greatly reduces the long-term in-plane stability of three-pinned CFST arches under the sustained load. A three-pinned CFST arch satisfying the stability limit state predicted by linear analysis in the long-term may lose its stability because of its geometric nonlinearity. Hence, non-linear analysis is needed for correctly predicting the long-term structural behaviour and stability of three-pinned CFST arches under the sustained load. The non-linear long-term behaviour and stability of three-pinned CFST arches are compared with those of two-pinned counterparts. The linear and non-linear analyses for the long-term behaviour and stability are validated by the finite element method.