• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권5호
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• pp.497-509
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• 2010

고강도강재 및 고강도콘크리트를 적용한 매입형 합성기둥의 편심압축시 거동특성을 연구하기 위하여, 항복강도 $f_{ys}$=913MPa 강재와 압축강도 $f_{ck}$97.7MPa 콘크리트를 사용하여 실험연구를 실시하였다. 주요변수는 횡철근의 종류, 항복강도, 배근간격, 그리고 편심하중거리이다. 거동특성을 분석하기 위하여 구속효과와 변형률적합조건을 적용한 비선형 단면해석을 실시하였으며, 현행 설계기준들의 적용성을 판단하기 위해 실험결과와 비교하였다. 횡구속효과에 의하여 콘크리트의 연성능력은 증가하였으며, 이에 따라 단면의 휨모멘트강도가 증가하였다. 비선형해석을 통해 합성단면의 축력-모멘트 상관관계를 예측한 결과는 실험결과와 잘 일치한 반면, 강재의 완전소성강도를 사용하는 Eurocode 4는 실험체의 성능을 과대평가하였으며, 콘크리트의 횡구속효과를 고려하지 않은 ACI 318은 과소평가하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권5호
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• pp.473-483
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• 2014

건축구조기준에 따라 HSA800 강재의 합성기둥 적용시에는 실험 또는 해석적 방법을 통하여 적용의 타당성을 검증해야 한다. 이에 본 연구에서는 합성기둥으로 주로 사용되는 H형강 매입형, 각형강관 및 원형강관 충전형 합성기둥 단면을 대상으로 HSA800 강재를 적용한 단주압축실험을 실시하고, 이를 통하여 축방향 내력 및 건축구조기준의 합성기둥 설계압축강도 설계식 적용의 타당성을 평가하였다. 실험결과 매입형 합성기둥의 경우 HSA800 강재의 설계기준항복강도를 저감없이 사용하기 위해서는 건축구조기준의 설계압축강도 산정식의 조정이 필요한 것으로 나타났으며, 이를 위해 띠철근 간격 조정 및 콘크리트의 유효단면적 사용을 제안하였다. 충전형 합성기둥의 경우에는 각형, 원형충전강관 기둥 모두 별도의 강도 저감이나 설계압축강도 산정식의 조정 없이 사용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.209-222
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• 2013

800MPa급 강재와 100MPa급 콘크리트를 적용한 매입형 합성기둥에 대하여 편심압축실험을 수행하였다. 강재단면의 모멘트팔길이와 변형(응력)을 증가시켜 고강도강재의 성능활용을 극대화할 수 있도록, ㄱ형 강재단면을 네 모서리에 집중 배치한 후, 래티스철근, 링크철근, 띠판을 이용하여 일체화하였다. 이 경우 강재단면의 강력한 횡구속효과로 인해 심부콘크리트의 성능도 개선된다. 실험결과 ㄱ형 강재 매입형 기둥은 H형 강재 매입형 기둥에 비하여 최대강도와 유효휨강성이 1.4배 이상 증가하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권2호
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• pp.143-153
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• 2015

본 연구에서는 매립형 합성보와 슬림플로어보의 내화성능평가를 위한 재하가열실험 및 수치해석연구를 수행하였다. 이를 통해 화재 시 합성보의 온도 및 처짐 변화를 분석하고 하중비, 철근, 화재노출면 등의 합성보 설계변수들이 내화성능에 미치는 영향을 비교하였다. 화재실험결과 매립형 합성보와 슬림플로어보의 경우 강재의 온도상승이 일반형 합성보에 비해 상당히 지연됨을 확인하였다. 그리고 매립콘크리트 내에 보강된 철근은 최소 90분까지는 상온강도를 발휘할 수 있는 온도이하를 유지하였다. 무보강 매립형 합성보, 철근을 보강한 매립형 합성보와 슬림플로어보의 경우 처짐량 제한 기준만으로도 2시간 이상의 내화성능을 달성하였다. 이는 무피복 매립형 합성보와 슬림플로어보가 강재보의 내화성능을 증진하는 합리적인 대안이 될 수 있음을 시사한다. 합성보 재하가열실험에 대하여 ABAQUS를 활용한 유한요소해석을 수행한 결과 전체적인 처짐 양상 및 내화시간의 예측에 있어서 해석결과가 실제 실험결과를 신뢰성 있게 구현하고 있음을 확인하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제36권5호
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• pp.533-551
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• 2020

A finite element analysis (FEA) model is established to investigate the concrete-encased concrete-filled steel tubular (CFST) column to reinforced concrete (RC) beam joints under cyclic loading. The feasibility of the FEA model is verified by a set of test results, consisting of the failure modes, the exposed view of connections, the crack distributions and development, and the hysteretic relationships. The full-range analysis is conducted to investigate the stress and strain development process in the composite joint by using this FEA model. The internal force distributions of different components, as well as the deformation distributions, are analyzed under different failure modes. The proposed connections are investigated under dimensional and material parameters, and the proper constructional details of the connections are recommended. Parameters of the beam-column joints, including material strength, confinement factor, reinforcement ratio, diameter of steel tube to sectional width ratio, beam to column linear bending stiffness ratio and beam shear span ratio are evaluated. Furthermore, the key parameters affecting the failure modes and the corresponding parameters ranges are proposed in this paper.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제9권4호통권33호
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• pp.523-533
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• 1997

현존하는 매립형 합성기둥의 한계상태설계법은 합성재로서의 단면과 재료의 성능을 정의하는 설계식에 비논리적이며 모호한 부분을 내포하고 있다. 본 연구는 기존의 설계식을 제정하는데 사용한 과거의 연구자료를 조사하며 비논리적이며 모호한 점들을 분석하였다. 즉, 합성단면으로서의 항복강도와 탄성계수의 환산, 좌굴강도를 산정하는데 영향을 주는 설계식에서 단면2차모멘트 대신에 단면적의 사용. 강재 단면과 콘크리트 단면의 단면2차반경 중에서 큰 값의 적용등을 분석하였다. 본 연구는 기존의 설계식을 개선하며 두 가지 방법의 설계식을 제안하였으며 이 방법들은 실무 설계에 곧바로 적용될 수가 있다.

• Steel and Composite Structures
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• 제20권2호
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• pp.251-266
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• 2016

The paper combines two distinct parts. First the behavior of welded headed studs with small diameters of 10 and 13 mm acting as shear connectors (which are not embraced in current standards) is studied. Based on standard push tests the load-slip relationships and strengths are evaluated. While the current standard (Eurocode 4 and AISC) formulas used for such studs give reasonable but too conservative strengths, less conservative and full load-slip rigidities are evaluated and recommended for a subsequent investigation or design. In the second part of the paper the partially encased beams under bending are analyzed. Following former experiments showing rather indistinct role of studs used for shear connection in such beams their role is studied. Numerical model employing ANSYS software is presented and validated using former experimental data. Subsequent parametric studies investigate the longitudinal shear between steel and concrete parts of the beams with respect to friction at the steel and concrete interface and contribution of studs with small diameters required predominantly for assembly stages (concreting). Substantial influence of the friction and effect of concrete confinement was observed with rather less noticeable contribution of the studs. Distribution of the longitudinal shear and its sharing between friction and studs is presented with concluding remarks.

• Steel and Composite Structures
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• 제47권1호
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• pp.121-134
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• 2023

This paper tested 11 concrete-encased concrete-filled steel tube (CFST) composite columns and one reinforced concrete column under combined axial compression and lateral loads. The primary parameters, including the loading system, axial compression ratio, volume stirrup ratio, diameter-to-thickness ratio of the steel tube, and stirrup form, were varied. The influence of the parameters on the failure mode, strength, ductility, energy dissipation, strength degradation, and damage evolution of the composite columns were revealed. Moreover, a two-parameter nonlinear seismic damage model for composite columns was established, which can reflect the degree and development process of the seismic damage. In addition, the relationships among the inter-story drift ratio, damage index and seismic performance level of composite columns were established to provide a theoretical basis for seismic performance design and damage assessments.

• Computers and Concrete
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• 제31권3호
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• pp.253-265
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• 2023

In this research, the gene expression programming (GEP) technique was employed to provide a new model for predicting the maximum loading capacity of concrete-encased steel (CES) columns. This model was developed based on 96 CES column specimens available in the literature. The six main parameters used in the model were the compressive strength of concrete (f_c), yield stress of structural steel (f_ys), yield stress of steel rebar (f_yr), and cross-sectional areas of concrete, structural steel, and steel rebar (A_c, A_s and A_r respectively). The performance of the prediction model for the ultimate load-carrying capacity was investigated using different statistical indicators such as root mean square error (RMSE), correlation coefficient (R), mean absolute error (MAE), and relative square error (RSE), the corresponding values of which for the proposed model were 620.28, 0.99, 411.8, and 0.01, respectively. Here, the predictions of the model and those of available codes including ACI ITG, AS 3600, CSA-A23, EN 1994, JGJ 138, and NZS 3101 were compared for further model assessment. The obtained results showed that the proposed model had the highest correlation with the experimental data and the lowest error. In addition, to see if the developed model matched engineering realities and corresponded to the previously developed models, a parametric study and sensitivity analysis were carried out. The sensitivity analysis results indicated that the concrete cross-sectional area (A_c) has the greatest effect on the model, while parameter (f_yr) has a negligible effect.

• Steel and Composite Structures
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• 제45권1호
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• pp.51-66
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• 2022

This paper presents the axial compression behavior of partially encased composite (PEC) columns using H-shaped structural steel. In the experimental program, a total of eight PEC columns with H-shaped steel sections of different flange and web slenderness ratios were tested to investigate the interactive mechanism between steel and concrete. The test results showed that the PEC columns could sustain the load well beyond the peak load provided that the flange slenderness ratio was not greater than five. In addition, the previous analytical model was extended to predict the axial load-strain relationships of the PEC columns with H-shaped steel sections. A good agreement between the predicted load-strain relationships and test data was observed. Using the analytical model, the effects of compressive strength of concrete (21 to 69 MPa), yield strength of steel (245 to 525 MPa), slenderness ratio of flange (4 to 10), and slenderness ratio of web (10 to 25) on the interactive mechanism (K_h = confinement factor for highly confined concrete and K_w = reduction factor for steel web) and ductility index (DI = ratio between strain at peak load and strain at proportional load) were assessed. The numerical results showed that the slenderness of steel flange and yield strength of steel significantly influenced the compression behavior of the PEC columns.