• Steel and Composite Structures
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• 제47권3호
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• pp.423-436
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• 2023

In this research, we tested 10 simply supported concrete-encased composite columns under monotonic eccentric loads and investigated their shear behaviour. The specimens tested were two reinforced concrete specimens, three steel-reinforced concrete (SRC) specimens with an H-shaped steel section (also called a beam section), and five SRC specimens with a cruciform-shaped steel section (also called a column section). The experimental variables included the transverse steel shape's depth and the longitudinal steel flange's width. Experimental observations indicated the following. (1) The ultimate load-carrying capacity was controlled by web compression failure, defined as a situation where the concrete within the diagonal strut's upper end was crushed. (2) The composite effect was strong before the crushing of the concrete outside the steel shape. (3) We adjusted the softened strut-and-tie SRC (SST-SRC) model to yield more accurate strength predictions than those obtained using the strength superposition method. (4) The MSST-SRC model can more reasonably predict shear strength at an initial concrete softening load point. The rationality of the MSST-SRC model was inferred by experimentally observing shear behaviour, including concrete crushing and the point of sharp variation in the shear strain.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.112-119
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• 2015

본 논문에서는 기둥이 취약한 골조의 내진성능을 향상시키기 위한 공법을 제안하였다. 이를 위하여 기둥을 아라미드 시트로 횡구속하여 취성적인 특성을 개선하였으며, S형 스트럿을 가지는 강재 댐퍼를 설치하여 에너지 소산 능력을 증진시켰다. 비보강 실험체 및 보강 실험체를 실물크기로 제작하여 수평하중 저항 능력을 평가하였다. 파괴 양상, 강도, 강성 저하 및 에너지 소산 능력 등에서 보강 실험체의 효과를 확인할 수 있었다. 또한 ABAQUS를 이용한 FE 해석으로부터, 대상 실험체의 이력 거동을 예측 및 평가하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제22권2호
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• pp.169-184
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• 2006

A close form solution of the maximum deflection for cracked columns with rectangular cross-sections was developed and thus the elastic buckling behavior and ultimate bearing capacity were studied analytically. First, taking into account the effect of the crack in the potential energy of elastic systems, a trigonometric series solution for the elastic deflection equation of an arbitrary crack position was derived by use of the Rayleigh-Ritz energy method and an analytical expression of the maximum deflection was obtained. By comparison with the rotational spring model (Okamura et al. 1969) and the equivalent stiffness method (Sinha et al. 2002), the advantages of the present solution are that there are few assumed conditions and the effect of axial compression on crack closure was considered. Second, based on the above solutions, the equilibrium paths of the elastic buckling were analytically described for cracked columns subjected to both axial and eccentric compressive load. Finally, as examples, the influence of crack depth, load eccentricity and column slenderness on the elastic buckling behavior was investigated in the case of a rectangular column with a single-edge crack. The relationship of the load capacity of the column with respect to crack depth and eccentricity or slenderness was also illustrated. The analytical and numerical results from the examples show that there are three kinds of collapse mechanisms for the various states of cracking, eccentricity and slenderness. These are the bifurcation for axial compression, the limit point instability for the condition of the deeper crack and lighter eccentricity and the fracture for higher eccentricity. As a result, the conception of critical transition eccentricity $(e/h)_c$, from limit-point buckling to fracture failure, was proposed and the critical values of $(e/h)_c$ were numerically determined for various eccentricities, crack depths and slenderness.

• Steel and Composite Structures
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• 제42권4호
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• pp.513-538
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• 2022

This paper reports on experiments addressing the buckling and collapse behavior of an innovative built-up cold-formed steel (CFS) columns. The built-up column consists of four individual CFS lipped channels, two of them placed back-to-back at the web using two self-drilling screw fasteners at specified spacing along the column length, while the other two channels were connected flange-to-flange using one self-drilling screw fastener at specified spacing along the column length. In total, 12 experimental tests are reported, covering a wide range of column lengths from stub to slender columns. The initial geometric imperfections and material properties were determined for all test specimens. The effect of screw spacing, load-versus axial shortening behaviour and buckling modes for different lengths and screw spacing were investigated. Nonlinear finite element (FE) models were also developed, which included material nonlinearities and initial geometric imperfections. The FE models were validated against the experimental results, both in terms of axial capacity and failure modes of built-up CFS columns. Furthermore, using the validated FE models, a parametric study was conducted which comprises 324 models to investigate the effect of screw fastener spacing, thicknesses and wide range of lengths on axial capacity of back-to-back and flange-to-flange built-up CFS channel sections. Using both the experimental and FE results, it is shown that design in accordance with the American Iron and Steel Institute (AISI) and Australia/New Zealand (AS/NZS) standards is slightly conservative by 6% on average, while determining the axial capacity of back-to-back and flange-to-flange built-up CFS channel sections.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제23권4호
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• pp.1-6
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• 2009

고강도 콘크리트는 구조적인 장점에도 불구하고 화재 시 폭렬과 함께 취성적인 파괴를 나타내는 단점으로 인하여 실구조물에 적용 시 주의하여 사용하여야 한다. 고강도 콘크리트의 폭렬제어를 위하여 폴리프로필렌 섬유(PP섬유)의 혼입이 효율적인 것으로 콘크리트 공시체를 대상으로 한 여러 내화실험결과를 통하여 보고되었다. 또한 초고강도 콘크리트의 강도발현을 위하여 필수적으로 사용되는 실리카흄은 콘크리트의 수밀성을 높여 폭렬현상이 더욱 심하게 발생할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 PP섬유의 혼입량과 실리카흄 치환율을 변수로 하는 고강도 철근콘크리트 기둥부재의 내화실험 및 잔존강도 실험을 수행하여 고온 시 각 변수들이 폭렬현상에 미치는 영향 및 잔존강도를 분석하였다. 실험결과 PP섬유 혼입량을 0%에서 0.2%까지 증가 시킬수록 기둥의 폭렬정도가 감소하고, 잔존 압축강도비는 증가하는 것으로 나타났으며, 실리카흄을 7%, 14% 및 21%로 증가시킬수록 기둥의 폭렬정도는 크게 변화하지 않았으나, 잔존 압축강도비는 감소하는 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.18-25
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• 2012

이 연구에서는 횡보강근의 배근형상에 따른 철근콘크리트 기둥의 휨 연성을 평가하였다. 이를 위하여 총 8체의 철근콘크리트 기둥 실험체를 휨 실험하였다. 실험변수는 횡보강근의 배근형상과 항복강도 및 횡보강근량으로 하였다. 실험체는 $250{\times}250mm$ 단면을 가지도록 계획하였으며, 휨 파괴를 유도하기 위하여 전단경간비를 4.1로 계획하였다. 이 실험에서는 일정한 축하중과 함께 반복 횡하중을 실험체에 가력하였다. 실험결과, 제안된 횡보강근 배근형상을 가지는 실험체가 기존 띠철근을 가지는 실험체보다 더 높은 연성과 에너지 소산 능력을 나타냄을 확인할 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.471-479
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• 2002

본 논문에서는 고강도콘크리트충전 각형강관장주에 대한 실험결과와 탄소성해석결과를 비교분석했다. 실험체는 모두 고강도콘크리트 충전 각형강관장주로 18개를 제작하였으며, 편심비에 따라 중심 및 편심가력하였다. 본 연구의 주요 파라메타는 단면폭에 대한 유효좌굴 길이의 비($L_K$/D)= 4, 8, 12, 24, 30와 가력편심비(e)=0, k, 3k이다. 본 논문에서 고강도콘크리트 충전 각형강관장주의 내력에 관한 해석 및 실험을 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다. $L_K$/D=12 이하의 고강도콘크리트충전 각형강관단주는 콘크리트 감소계수 $c{\gamma}u=0.85$를 고려한 전소성내역에 도달했으나, $L_K$/D=18 이상의 장주실험체는 콘크리트 감소계수를 고려한 전소성내력에 도달하지 않았다. 실험에 의한 고강도콘크리트충전 각형강관장주의 탄소성거동은 제안된 해석치의 종국내력$N_{ASSUMED}$과 비교적 양호한 접근을 보여주었다. 콘크리트 압축강도의 감소계수 $c{\gamma}u=0.85$를 고려하지 않은 CFT설계기준과 고강도 콘크리트를 충전한 각형강관기둥의 실험결과치는 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.201-210
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• 2023

이 연구의 목적은 필로티 건축물에서 아라미드 섬유시트의 연성보강 효과를 평가하는데에 있다. 필로티 구조물은 총 2개가 제작되었으며, 반복 횡하중 정적 실험으로 휨 거동을 평가하였다. 연성보강 효과는 횡하중-변위관계, 변위연성비, 일손상지수 및 비틀림 거동으로부터 검증되었다. 실험결과 기둥이 아라미드 섬유시트로 보강된 필로티 건축물은 최대하중 이후 기둥에서 효과적인 구속효과로 전단파괴 방지 및 비틀림이 최소화되었으며, 전반적으로 연성적인 거동을 보였다. 결과적으로 기둥이 아라미드 섬유시트로 보강된 필로티 건축물의 변위연성비 및 일손상지수는 보강되지 않은 필로티 건축물보다 각각 4.63배 및 42.81배 높았다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.55-65
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• 2008

본 연구에서는 주철근의 겹침이음으로 인해 효과적인 내진성능을 충분히 확보하지 못한 RC기둥 보강 기법의 개발을 위해 횡방향외부압력을 도입한 강판으로 RC기둥을 보강하는 기법을 제시하였다. 제시된 기법의 성능 검증을 위해 설계강도를 변수로 하여 콘크리트 공시체 45개를 제작하여 외부압력을 도입하여 강자켓으로 보강하였다. 본 연구에서 소개하는 강자켓팅 기법은 기존의 방법과 달리 강판과 콘크리트 사이에 그라우팅이 필요 없는 기법이다. 보강된 시편과 무보강 시편의 압축실험을 수행하여 각각의 결과를 비교, 분석하였 다. 본 연구를 통해 횡방향 외부압력을 도입한 강판보강은 콘크리트 시편의 강도 및 연성도 증가에 매우효과적인 것으로 나타났고 설계강도가 낮은 시편에서 강도증가현상이 두드러지게 나타났다. 두꺼운 강판은 더 큰 강도 증진효과가 있었다. 본 연구에서는 제시한 보강기법은 RC기둥에 적용하여 강도 및 연성도을 증진시키는 효과가 있을 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.617-624
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• 2021

각형강관 기둥에 콘크리트를 충전하여 사용하는 콘크리트충전 강관구조가 구조부재로 사용되면 기둥 부재의 내력과 변형 능력이 증가되어 높은 효율성을 가진 구조물 구현이 가능해 진다. 콘크리트충전 강관구조에 대한 국내의 설계 기준은 대한건축학회에서 2005년에 제정한 후, 2009년과 2016년에 각각 개정되었다. 연구 목적은 콘크리트충전 각형강관 단주를 대상으로 일축 압축실험을 실시하여 압축내력 및 변형능력에 주는 영향을 파악하고, 국내의 건축구조기준의 기준식을 검증하여 차후 수정 및 보완에 필요한 자료를 제공하는데 있다. 실험에서 강관은 냉간가공으로 제작된 각형강관을 사용하였고, 시험체는 강관의 폭두께비를 변수로 총 26개를 제작하여 중심 압축실험을 실시하였다. 실험결과 콘크리트충전 각형강관 단주의 압축내력과 변위관계 및 파괴모드를 얻었고, 실험결과를 분석하여 콘크리트의 충전효과와 폭두께비의 영향을 파악하였다. 충전된 콘크리트의 압축내력은 일축응력 상태보다 9%정도 증가하였는데, 이것은 차후 건축구조기준에 반영할 필요가 있다. 실험결과를 건축구조기준과 비교한 결과, 냉간가공된 각형강관의 경우 건축구조기준의 콤팩트단면 한계폭두께비 2.26은 다소 과대 평가하고 있기 때문에 수정이 필요하며, 보수적으로 보완한 계수 1.35로 제한하여 보다 더 안정적인 설계식을 제안하였다.