• 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.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권5호
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• pp.431-439
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• 2014

콘크리트 충전형 기둥은 두 재료의 상호작용으로 인해 강도와 연성이 증대되어 기둥부재로 많이 사용되고 있다. 부재를 효율적으로 사용하고자 하는 노력에서 얇은 강판을 사용한 폭두께비가 큰 용접조립각형 기둥형상을 제안하였다. 세장비가 큰 용접조립 각형 기둥-보 접합부에 관한 연구로써 구조적 특성을 명료하게 평가하고 접합부의 내진성능을 고찰하고자 한다. 따라서 본 논문에서는 T자형 기둥-보 접합부의 반복가력 실험을 수행하였으며, 주 변수는 다이아프램 설치 유무와 콘크리트 충전유무이다. 모멘트-회전각 관계, 소산에너지, 파괴거동등을 비교하여 변수에 따른 용접조립각형기둥-보 접합부의 응력전달 메커니즘을 평가하고자 한다.

• 콘크리트학회지
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• 제11권2호
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• pp.197-208
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• 1999

고강도 콘크리트는 기둥부재에서 그 사용효과가 극대화될 것이 예상되지만, 아직 고강도 콘크리트를 사용한 기둥의 연성특성과 최대강도효과에 대한 구체적인 자료가 부족한 실정이다. 띠근 보강된 콘크리트 기둥은 삼축압축상태가 되며, 고강도 콘크리트의 연성을 증가시키므로 이에 대한 많은 연구가 필요하다. 본 연구에서는 축하중을 받는 띠근보강 고강도 콘크리트 기둥부재의 횡보강효과에 의한 극한강도와 변형율 특성에 대하여 정성적 평가와 정량적 평가를 수행하는 것을 목적으로, 삼축압축상태하의 콘크리트 파괴이론과 기존의 실험결과들을 활용한 통계적기법을 이용하였다. 그 결과 콘크리트 강도, 띠근의 항복강도 및 간격비, 체적비 등을 변수로 고려하는 띠근의 횡보강응력 산정식, 최대압축강도 추정식 그리고 변형율 특성식을 제안하였다. 또한 제안된 식들은 실험결과를 적절히 예측하고 있음을 확인하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제16권6호
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• pp.37-46
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• 2012

In Korea, most existing school buildings have been constructed with moment frames with un-reinforced infill walls designed only considering gravity loads. Thus, the buildings may not perform satisfactorily during earthquakes expected in Korea. In exterior frames of the building, un-reinforced masonry infill walls with window openings are commonly placed, which may alter the structural behavior of adjacent columns due to the interaction between the wall and column. The objective of this study is to evaluate the seismic performance of existing school buildings according to the procedure specified in ATC 63. Analytical models are proposed to simulate the structural behavior of columns, infill walls and their interaction. The accuracy of the proposed model is verified by comparing the analytical results with the experimental test results for one bay frames with and without infill walls with openings. For seismic performance evaluation, three story buildings are considered as model frames located at sites having different soil conditions ($S_A$, $S_B$, $S_C$, $S_D$, $S_E$) in Korea. It is observed that columns behaves as a short columns governed by shear due to infill masonry walls with openings. The collapse probabilities of the frames under maximum considered earthquake ranges from 62.9 to 99.5 %, which far exceed the allowable value specified in ATC 63.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.159-168
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• 2009

본 연구에서는 기존의 연구방법을 개선한 프리스트레스가 도입된 아라미드 스트랩으로 횡 구속된 RC 원형기둥의 일축압축 거동에 대하여 강도와 변위에 의한 강성 및 구속효과에 대하여 연구하였으며, 그 프리스트레싱 보강방법 및 과정에 대하여 비교적 상세히 소개하였다. 이 방법으로 보강된 기둥의 파괴형태는 초기 능동 구속압의 작용으로 인하여 변위 증가율이 매우 낮으며 이후 최종 파괴시까지도 그 형상이 유지되는 매우 안정적인 파괴형태를 보이게 된다. 파괴하중 비교 결과 일반 RC 기둥과 비교하여 73% 이상 강도증진 효과를 나타내었다. 또한 변형 증가율이 매우 작으며 이로 인한 변위구속효과가 매우 우수함을 확인할 수 있었다. 기존의 보강방법 (CFS, GFS)과의 비교를 통하여, 상대적으로 작은 면적으로 우수한 강도증진을 보이며 강성증가로 인한 구속효과 역시 우수하며 체적 증가율도 팽창하지 않는 결과를 보였다. 특히, 콘크리트 팽창 이후부터 발휘되는 기존 방법의 구속효과와는 달리, 초기부터 도입되는 프리스트레스트 긴장력에 의한 초기변형 구속효과가 매우 탁월하며, 최종 파괴시까지 체적 변형률이 팽창하지 않는 안정적인 결과를 나타낸다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제17권2호
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• pp.71-82
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• 2013

형상비 4.5인 축소모형 원형기둥 실험체 8개를 제작하여 일정한 축력 하에서 반복횡하중을 가력하는 실험을 수행하였다. 실험체의 주요변수는 횡방향철근비, 축방향철근비 (2.017%, 3.161%), 축력비 (0, 0.07, 0.15)이다. 모든 실험체의 횡방향 나선철근 체적비는 소성힌지 구간에서 0.3352~0.8938%의 값을 갖는다. 이 값은 도로교설계기준에서 요구하는 최소 심부구속철근 요구량의 39.7~122.3%에 해당하며, 이는 내진설계가 되지 않은 기존 교각이나 내진설계개념으로 설계되는 교각을 나타낸다. 본 연구의 최종목적은 실험적 기초자료의 제공과 함께 성능단계별 균열, 철근의 항복, 파단 등 정량적 수치와 경향을 제공하기 위한 것이다. 본 논문에서는 실험결과를 통해 분석된 실험변수에 따른 교각의 파괴거동, 강도저감거동, 변위연성도에 대해 중점적으로 기술하였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권2호
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• pp.45-48
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• 2008

철근콘크리트 구조물은 일반적으로 지진에 연성적으로 거동하도록 설계되며, 연성적인 거동을 위하여 구조부재는 주의 깊게 상세설계 된다. 구조물에 지진하중이 작용하는 경우 수평방향이나 수직방향으로 작용하는 지진하중에 의해 하부층 기둥은 큰 축방향력과 수평력을 받게 된다. 지진발생시 건물에 입력되는 에너지를 부재의 소성변형에 의해 건물전체에 균등하게 분산시키기 위해서는 기둥보다 보에서 소성힌지가 발생되도록 하는 것이 안전하고 경제적이지만, 건물의 2개의 주축방향으로 동시에 작용 시 기둥의 소성힌지 발생은 피할 수 없으며 기둥 단부에는 높은 전단력이 발생되고, 철근콘크리트 기둥은 휨모멘트와 전단력에 의한 갑작스런 취성적 파괴에 이를 수 있다. 이와 같이 수평력에 대한 철근콘크리트 기둥에 구속력을 증진시키기 위하여 전단보강량을 주요 변수로 하여 반복가력 실험을 통하여 일반배근 된 시험체의 구조안전성 및 거동을 비교 분석하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제13권3호
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• pp.51-65
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• 2009

콘크리트 교량의 합리적인 내진설계는 지진이 발생할 때 연성파괴메커니즘이 유도될 수 있도록 적절하게 교각 연성도를 확보하는 것이다. 현행 기준에서는 이를 위해 휨모멘트의 설계지진력을 산정할 때 응답수정계수를 도입하고 있으며, 연성도 확보를 위한 횡방향철근량을 규정하고 있다. 그러나, 이러한 내진규정은 일반적으로 단면이 크게 설계되는 우리나라에서는 횡방향철근이 과다하게 산정되는 비합리적이었다. 이를 개선하기 위해 소요연성도에 기반한 새로운 내진설계법이 제안되었으나 거동특성과 횡방향철근의 유효구속력이 다른 중공단면에 적용하기 위해서는 향후 많은 검증과 보완이 필요하다. 이에 본 연구에서는 축방향철근의 겹침이음과 횡방향철근량을 변수로 한 중공단면기둥을 제작하여 준정적 재하실험을 수행하였으며 다양하게 내진거동특성을 분석하고 내진성능을 확인하였다. 본 연구 결과는 향후 중공단면교각의 연성도(성능)기반 내진설계를 위한 기초자료로 제공될 수 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권1호
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• pp.147-157
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• 2018

철근콘크리트 교량에 대한 대부분의 내진설계기준들은 전체 교량 시스템의 붕괴를 방지하기 위한 성능보장설계를 암시적 또는 명시적으로 적용하고 있다. 이러한 개념 및 규정들을 명시하는 이유는 교량 전체 시스템에 설계지진하중이 작용하는 동안 철근콘크리트 교각들이 완전한 소성회전성능을 발휘할 때까지 구조적인 다른 구성요소들의 취성적인 파괴를 방지하기 위함이다. 이를 위해 철근콘크리트 교량에 대한 내진설계기준들에서는 취성적인 전단파괴를 피하도록 규정하고 있다. 성능보장의 중요한 요소 중의 하나가 교각의 연성거동을 보장하기 위한 전단강도가 충분히 확보되어야 하고 신뢰할 수 있어야 한다. 실험체 8개에 대하여 실험을 수행하였으며 모든 실험체에서 변위비 1.5%에서 다수의 휨-전단 균열이 발생되었고 최종단계까지 균열폭이 증가되었고 균열이 진전되었다. 휨-전단 균열의 각도는 부재 축과 $42^{\circ}{\sim}48^{\circ}$의 범위로 계측되었다. 본 연구에서는 실험에서 계측된 횡방향철근이 부담하는 전단강도에 대한 분석을 중심으로 하였다. 횡방향철근이 부담하는 전단강도, 축력 작용에 의한 전단강도, 콘크리트에 의한 전단강도 등 3요소에 대해 분석하였고 비교하였다. 실험체들의 콘크리트 응력은 도로 교설계기준의 응력한계를 초과하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제26권5호
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• pp.549-556
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• 2018

Progressive building collapse occurs when failure of a structural component leads to the failure and collapse of surrounding members, possibly promoting additional failure. Global system collapse will occur if the damaged system is unable to reach a new static equilibrium configuration. The most common type of primary failure which led to the progressive collapse phenomenon, is the sudden removal of a column by various factors. In this study, a method is proposed to prevent progressive collapse phenomena in structures subjected to removal of a single column. A vierendeel peripheral frame at roof level is used to redistribute the removed column's load on other columns of the structure. For analysis, quasi-static approach is used which considers various load combinations. This method, while economically affordable is easily applicable (also for new structures as well as for existing structures and without causing damage to their architectural requirements). Special emphasis is focused on the evolution of vertical displacements of column removal point. Even though additional stresses and displacements are experienced by removal of a structural load bearing column, the proposed method considerably reduces the displacement at the mentioned point and prevents the collapse of the structural frame.