• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제2권3호
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• pp.269-282
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• 2015

Civil structures should be designed with the lowest cost and longest lifetime possible and without service failure. The efficient and sustainable use of materials in building design and construction has always been at the forefront for civil engineers and environmentalists. Timber is one of the best contenders for these purposes particularly in terms of aesthetics; fire protection; strength-to-weight ratio; acoustic properties and seismic resistance. In recent years, timber has been used in commercial and taller buildings due to these significant advantages. It should be noted that, since the launch of the modern building standards and codes, a number of different structural systems have been developed to stabilise steel or concrete multistorey buildings, however, structural analysis of high-rise and multi-storey timber frame buildings subjected to lateral loads has not yet been fully understood. Additionally, timber degradation can occur as a result of biological decay of the elements and overloading that can result in structural damage. In such structures, the deficient members and joints require strengthening in order to satisfy new code requirements; determine acceptable level of safety; and avoid brittle failure following earthquake actions. This paper investigates performance assessment and damage assessment of older multi-storey timber buildings. One approach is to retrofit the beams in order to increase the ductility of the frame. Experimental studies indicate that Sprayed Fibre Reinforced Polymer (SFRP) repairing/retrofitting not only updates the integrity of the joint, but also increases its strength; stiffness; and ductility in such a way that the joint remains elastic. Non-linear finite element analysis ('pushover') is carried out to study the behaviour of the structure subjected to simulated gravity and lateral loads. A new global index is re-assessed for damage assessment of the plain and SFRP-retrofitted frames using capacity curves obtained from pushover analysis. This study shows that the proposed method is suitable for structural damage assessment of aged timber buildings. Also SFRP retrofitting can potentially improve the performance and load carrying capacity of the structure.

• Earthquakes and Structures
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• 제17권1호
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• pp.115-129
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• 2019

The effectiveness of an innovative method for the earthquake-resistant rehabilitation of existing poorly detailed reinforced concrete (RC) structures is experimentally investigated herein. Eight column subassemblages were subjected to earthquake-type loading and their hysteretic behaviour was evaluated. Four of the specimens were identical and representative of columns found in RC structures designed in the 1950s-70s period for gravity load only. These original specimens were subjected to cyclic lateral deformations and developed brittle failure mechanisms. Three of the damaged specimens were subsequently retrofitted with innovative high-strength steel fiber-reinforced concrete (HSSFC) jackets. The main variables examined were the jacket width and the contribution of mesh steel reinforcement in the seismic performance of the enhanced columns. The influence of steel fiber volume fraction was also examined using test results of a previous work of Tsonos et al. (2017). The fourth earthquake damaged subassemblage was strengthened with a conventional RC jacket and was subjected to the same lateral displacement history as the other three retrofitted columns. The seismic behaviour of the subassemblages strengthened according to the proposed retrofit scheme was evaluated with respect to that of the original specimens and that of the column strengthened with the conventional RC jacket. Test results clearly demonstrated that the HSSFC jackets effectively prevented the development of shear failure mechanisms, while ensuring a ductile seismic response similar to that of the subassemblage retrofitted with the conventional RC jacket. Ultimately, an indisputable superiority in the overall seismic performance of the strengthened columns was achieved with respect to the original specimens.

• Steel and Composite Structures
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• 제31권1호
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• pp.99-112
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• 2019

Semi-rigid joints have been widely studied in literature in recent decades because they affect greatly the structural response of frames. In literature, the behavior of semi-rigid joints is commonly assumed to be identical under positive and negative moments which are obviously incorrect in many cases where joint details such as bolt arrangement or placement of haunch are vertically asymmetrical. This paper evaluates two common types of steel frames with asymmetrical beam-to-column joints by Direct Analysis allowing for plasticity. A refined design method of steel frames using a proposed simple forth order curved-quartic element with an integrated joint model allowing for asymmetrical geometric joint properties is presented. Furthermore, the ultimate behavior of six types of asymmetrical end-plate connections under positive and negative moment is examined by the Finite Element Method (FEM). The FEM results are further applied to the proposed design method with the curved-quartic element for Direct Analysis of two types of steel frames under dominant gravity or wind load. The ultimate frame behavior under the two different scenarios are examined with respect to their failure modes and considerably different structural performances of the frames were observed when compared with the identical frames designed with the traditional method where symmetrical joints characteristics were assumed. The finding of this research contributes to the design of steel frames as their asymmetrical beam-to-column joints lead to different frame behavior when under positive and negative moment and this aspect should be incorporated in the design and analysis of steel frames. This consideration of asymmetrical joint behavior is recommended to be highlighted in future design codes.

• 콘크리트학회지
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• 제10권6호
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• pp.241-252
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• 1998

이 연구의목적은 여러 수준의 지진에 대한 비내진 상세를 가진 저층 모멘트 저항 골조의 실제 반응을 관찰하기 위한 것이다. 우선 모델에 대한 축소율은 사용된 진동대의 용량을 고려하여 1 : 5 로 결정하였으며 상사성의 법칙에 따라 모델을 제작하였다. 그 다음에 이 모델에 대해 Taft N21E 지진가속도 기록의 최대 지진가속도를 0.12g. 0.2g, 0.4g로 조정하여 진동대를 이용한 지진모의실험을 수행하였다. 각 층별 횡방향 가속도와 변위, 그리고 구조물의 취약부위에서 국부변형이 측정되었다. 밑면 전단력은 손수 만든 로드셀을 이용하여 측정하엿다. 각 지진모의실험 전과 후에는 고유주기와 감쇠비의 변화를 살펴보기 위해 자유진동실험을 수행하였다. 전체거동과 국부거동에 대한 실험결과를 분석한 결과, 이 모델은 우리나라의 현행 내진 설계 기준에서의 설계지진 즉, 0.12g의 최대 지진가속에 대해서는 선형탄성으로 거동하였다. 최대 밑면 전단력은 1.8tf 로 설계 밑면 전단력의 약 4.7배로나타났다.이 실험모델은 높은 수준의 지진모의실험에서도 양호한 성능을 나타내었다. 높은 수준의지진에 대한 저항의 주요요소는 1)높은 초과강도, 2)기본주기의 증가, 그리고 3)비탄성 변형에 의한 얼마간의 에너지소산이다. 이 실험에서 모델의 층간변위는 대략 허용한계 내에 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제28권2호
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• pp.43-52
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• 2024

내진설계 되지 아니한 조적조 건축물의 내진성능을 평가하고 건축물의 외부에 내진 보강 공법을 채택하여 내진성능을 향상시키고자 하였다. 내진성능을 평가하기 위해 건축물 내진설계 기준 및 해설(KDS 41 17 00 : 2019)과 기존 시설물(건축물) 내진성능 평가요령을 적용하였으며 비선형 정적해석으로 pushover해석을 수행하였다. 해석결과, 우리나라 주택의 내진설계 보급 비율이 낮고 주택의 많은 비중을 차지하고 있는 것이 조적조 건축물임을 고려하면 내진보강이 시급한 것으로 판단되었다. 조적조 건축물에 철골 보-기등+가새 프레임을 보강할 경우 층간 변형각은 X방향 0.043%이며 Y방향 0.047%로 나타나 규정을 만족하였다. 성능 수준별 중력하중 저항능력은 X, Y방향 모두 거주가능으로 판정되어 안전한 것으로 판단되었다. 건축물의 외부에 보강함으로써 주택의 거주성과 편의성을 확보하면서 공사가 가능할 것으로 보여지며 지진성능과 구조물의 거동을 보다 명확하게 예측할 수 있을 것으로 사료 되었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.152-161
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• 2023

일반적으로 대용량의 수소를 저장하기 위해 사용되는 수직형 원통 용기는 강재로 제작되며, 사용 환경을 고려하여 제작된 받침 콘크리트 상부에 기초 슬래브에 선 설치된 앵커로 고정하는 방식이 사용된다. 이와 같은 방식은 지진과 같은 외력이 작용될 시 정착부에 응력이 집중될 수 있으며, 앵커 및 콘크리트 손상으로 인한 구조물의 전도 피해가 발생할 수 있다. 본 연구는 현장 조사를 통한 실제 운용중인 수직형 수소 저장용기를 특정하여 3차원 유한요소로 모델링하였고, 비 구조 요소의 내진 성능 검토에 사용되는 ICC - ES AC 156의 인공 지진 및 규모 5.0 이상의 국내 기록지진을 적용하여 거동 특성을 분석하였다. 실제 규모로 제작된 구조물을 대상으로 실험을 진행하는 것이 타당하지만 현실적 제약으로 수행하기에 어려움이 있어 해석적 접근 방식을 통하여 대상 구조물의 안전성을 검토하였다. 거동 특성의 경우 지진동에 의해 발생된 구조물의 응답 가속도는 검토되는 지진 하중 대비 평균적으로 10 배 이상 크게 증폭이 되는 것으로 나타났으며, 무게 중심이 위치되는 지점으로 전달될수록 감소되는 경향을 보였다. 취약 부위로 예상되는 하부 시스템(지지 기둥 및 앵커 정착부)의 경우 허용 응력을 만족하는 것으로 나타났지만, 정착을 위한 받침 콘크리트의 쪼갬 및 인장 강도는 허용 응력 대비 약 5 % 정도의 여유만이 있어 이에 대한 대처 방안이 요구된다. 본 논문에서 제시된 연구 결과를 바탕으로 향후 진동대 시험을 통하여 수행이 되는 수소저장 용기 제작에 필요한 설계 하중 및 조건 등의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.