• Steel and Composite Structures
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• 제31권6호
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• pp.541-558
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• 2019

In Special Concentrically Braced Frames (SCBFs), vertical and horizontal components of the brace force must be resisted by column and beam, respectively but normal force component existing at the gusset plate-to-column and beam interfaces, creates out-of-plane action making distortion in column and beam faces adjacent to the gusset plate. It is a main concern in Hollow Structural Section (HSS) columns and beams where their webs and gusset plate are not in the same plane. In this paper, a new gusset plate passing through the HSS columns and beams, named as through gusset plate, is proposed to study the force transfer mechanism in such gusset plates of SCBFs compared to the case with conventional gusset plates. For this purpose, twelve SCBFs with diagonal brace and HSS columns and twelve SCBFs with chevron brace and HSS columns and beams are considered. For each frame, two cases are considered, one with through gusset plates and the other with conventional ones. Based on numerical results, using through gusset plates prevents distortion and out-of-plane deformation at HSS column and beam faces adjacent to the gusset plate helping the entire column and beam cross-sections to resist respectively vertical and horizontal components of the brace force. Moreover, its application increases energy dissipation, lateral stiffness and strength around 28%, 40% and 32%, respectively, improving connection behavior and raising the resistance of the normal force components at the gusset plate-to-HSS column and beam interfaces to approximately 4 and 3.5 times, respectively. Finally, using such through gusset plates leads to better structural performance particularly for HSS columns and beams with larger width-to-thickness ratio elements.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권5호
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• pp.471-481
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• 2015

모듈러 건축은 사전에 설계 검토된 건물 요소를 공장에서 모듈로 제작하여 현장으로 운송 조립하는 프리패브 건축 시스템이다. 모듈러 건축물의 구조 형식은 공법, 재료, 부재 구성 등에 따라 다양하게 구분될 수 있지만 사용되는 모듈의 구조 형식은 크게 벽식과 가구식으로 나눌 수 있다. 벽식 모듈은 모듈의 입면을 패널을 이용하여 구성하여 수직하중과 수평하중을 전달시키는 방식이다. 가구식 모듈은 기둥과 보를 이용하여 모듈을 구성하고, 용도에 맞춰 입면을 마감하거나 개방시켜 놓는 방식이다. 이 두 가지 모듈 방식은 국내에도 사용된 바 있으나 최근 가구식 모듈이 보편화되고 있다. 가구식 모듈의 기둥 부재로 각형강관이 일반적으로 사용되고 있으며, 보 부재로 C형강 또는 H형강이 사용되고 있다. 각형강관이 기둥 부재로 사용된 가구식 모듈간 접합을 위해 각형강관 기둥 단부에 고력볼트를 채우기 위해 액세스 홀을 가공하는 경우가 있다. 액세스 홀은 볼트체결을 위해 사람의 손이나 공구가 폐쇄형 단면인 각형강관 내부에 접근하기 위한 개구부로 액세스 홀은 기둥-보 접합부의 거동에 영향을 미치는 패널존을 약화시킬 가능성이 높다. 이 연구에서는 가구식 모듈의 기둥-보 접합부 거동에 영향을 미치는 액세스 홀, 기둥 두께, 다이아프램을 변수로 5개의 실험체를 제작하여 실험을 실시하였고 그 결과를 분석하여 제시하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.241-250
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• 1990

본 연구에서는 낙구식 점도계를 이용하여 낮은 농도의 용액을 실험할 때 종말 속도측정의 어려움을 해결하기 위하여 레이저와 특수 타이머를 설치하였으며 정확한 특성시간을 결정하기 위하여 실린더 내부의 시험유체를 교란시키지 않고, 떨어뜨린 구 를 회수하는 장치를 제작하였다. 또한 주로 rheogoniometer에 의존하던 영 전단률 점성계수를 측정하기 위하여 속이 빈 알루미늄 구(hollow aluminium ball)의 밀도를 시험 유체와 거의 같은 정도까지 변화시켜가며 종말 속도를 측정하였으며 점탄성 유체 로써 Separan AP-273의 낮은 농도인 300에서 2000wppm까지의 저농도 용액에 대한 특성 시간을 여러모델에 의하여 실험적으로 결정하고 저농도 폴리머 용액에서 퇴화로 인한 점탄성유체의 특성 변화를 분석하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.125-135
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• 2011

최근 타워형 아파트구조에 많이 사용되고 있는 무량판 구조시스템을 대신해 층고절감 및 장스팬 구현 그리고 내화성능향상을 목적으로 GFRP를 이용한 경량합성바닥을 개발하였다. GFRP를 이용한 경량합성바닥은 웨브에 개구부를 가지는 비대칭 강재보 하부에 GFRP를 부착하고 슬래브에 경량체를 삽입한 중공합성바닥이다. 이에 개발된 합성바닥의 휨성능을 평가하기 위해 GFRP, 중공률, 웨브의 개구부 등을 변수로 실대 실험을 수행하였다. 그 결과 GFRP를 이용한 합성보 실험체는 기준 실험체에 비해 휨내력 및 강성 측면에서 10% 높은 성능을 나타냈으며, 구조물이 항복할 때까지 완전합성거동하였다. 항복 이후 웨브개구부 주변의 응력집중현상에 의해 연성이 감소하는 현상이 나타났으며, 최대내력점까지 미끄러짐의 발생은 미소하였다. 내력설계 측면에서는 안전율을 고려해 해석값의 85%를 설계내력으로 평가하는 것이 타당한 것으로 나타났다.

• Steel and Composite Structures
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• 제44권1호
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• pp.33-47
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• 2022

This paper presents a finite element model for predicting the monotonic behaviour of bolted endplate joints connecting steel-concrete composite walls and steel beams. The demountable Hollo-bolts are utilised to facilitate the quick installation and dismantling for replacement and reuse. In the developed model, material and geometric nonlinearities were included. The accuracy of the developed model was assessed by comparing the numerical results with previous experimental tests on hollow/composite column-to-steel beam joints that incorporated endplates and Hollo-bolts. In particular, the Hollo-bolts were modelled with the expanded sleeves involved, and different material properties of the Hollo-bolt shank and sleeves were considered based on the information provided by the manufacture. The developed models, therefore, can be applied in the present study to simulate the wall-to-beam joints with similar structural components and characteristics. Based on the validated model, the authors herein compared the behaviour of wall-to-beam joints of two commonly utilised composite walling systems (Case 1: flat steel plates with headed studs; Case 2: lipped channel section with partition plates). Considering the ease of manufacturing, onsite erection and the pertinent costs, composite walling system with flat steel plates and conventional headed studs (Case 1) was the focus of present study. Specifically, additional headed studs were pre-welded inside the front wall plates to enhance the joint performance. On this basis, a series of parametric studies were conducted to assess the influences of five design parameters on the behaviour of bolted endplate wall-to-beam joints. The initial stiffness, plastic moment capacity, as well as the rotational capacity of the composite wall-to-beam joints based on the numerical analysis were further compared with the current design provision.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권4호
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• pp.11-22
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• 2023

본 연구에서는 원심성형 기법을 이용하여 구조용 콘크리트 각형보를 개발하였으며, 단면의 휨 강성을 확보하기 위하여 단면의 중 공률은 10 % 이하로 하며 이를 위하여 기존의 빈배합상태의 콘크리트가 아닌 고슬럼프(150~200 mm)의 물성을 가지며 설계강도가 100 MPa 이상인 콘크리트 배합비를 개발하여 적용하고, 원심성형 각형보를 제작하기 위한 특수거푸집을 제작하여 원심성형 각형보를 생산하였다. 생산된 원심성형 각형보는 원심성형 부재의 표준 휨 및 전단 시험기준에 따라 성능시험을 수행하였다. 4개의 시험체에 대한 정적재하시험 결과는 설계기준에서 제시하고 있는 단면의 공칭휨강도, 공칭전단강도 이상으로 나타나 초고강도 원심성형 각형보의 구조적인 신뢰성이 입증되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권6호통권73호
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• pp.747-757
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• 2004

강-콘크리트 합성보에서 강과 콘크리트 사이의 불완전 합성거동은 완전 합성보에 비해서 처짐이 매우 증가하게 된다. 특히, 춤이 깊은 데크 및 속 빈 PC슬래브 등을 사용한 매립형 합성보의 경우, 자체의 형상에 기인하여 처짐에 매우 취약하다. 본 연구에서는 기존 연구에서 유도한 슬립효과를 고려한 처짐 계산법 및 실험으로부터 구한 하중-슬립 관계로부터 매립형 합성보의 전단부착응력 및 슬립에 의한 추가 처짐 값을 제시하였다. 매립형 합성보의 처짐에 미치는 슬립의 영향은 완전 합성보의 강성 값에 비해 약 30%정도 감소함을 알 수 있었다. 또한, 실험 및 예측 값의 비교결과, 6%내외의 오차로 비교적 좋은 결과를 나타내었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제29권1호
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• pp.1-22
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• 2018

Multi-storey precast concrete skeletal structures are assembled from individual prefabricated components which are erected on-site using various types of connections. In the current design of these structures, beam-to-column connections are assumed to be pin jointed. Welded plate beam to-column connections have been used in the precast concrete industry for many years. They have many advantages over other jointing methods in component production, quality control, transportation and assembly. However, there is at present limited information concerning their detailed structural behaviour under bending and shear loadings. The experimental work has involved the determination of moment-rotation relationships for semi-rigid precast concrete connections in full scale connection tests. The study reported in this paper was undertaken to clarify the behaviour of such connections under symmetrical vertical loadings. A series of full-scale tests was performed on sample column for which the column geometry and weld arrangements conformed with successful commercial practice. Proprietary hollow core slabs were tied to the beams by tensile reinforcing bars, which also provide the in-plane continuity across the connections. The strength of the connections in the double sided tests was at least 0.84 times the predicted moment of resistance of the composite beam and slab. The secant stiffness of the connections ranged from 0.7 to 3.9 times the flexural stiffness of the attached beam. When the connections were tested without the floor slabs and tie steel, the reduced strength and stiffness were approximately a third and half respectively. This remarkable contribution of the floor strength and stiffness to the flexural capacity of the joint is currently neglected in the design process for precast concrete frames. In general, the double sided connections were found to be more suited to a semi-rigid design approach than the single sided ones. The behaviour of double sided welded plate connection test results are presented in this paper. The behaviour of single sided welded plate connection test results is the subject of another paper.

• Steel and Composite Structures
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• 제29권5호
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• pp.603-622
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• 2018

Precast concrete structures are erected from individual prefabricated components, which are assembled on-site using different types of connections. In the present design of these structures, beam-to-column connections are assumed pin jointed. Bolted billet beam to-column connections have been used in the precast concrete industry for many years. They have many advantages over other jointing methods in component production, quality control, transportation and assembly. However, there is currently limited information concerning their detailed structural behaviour under vertical loadings. The experimental work has involved the determination of moment-relative rotation relationships for semi-rigid precast concrete connections in full-scale connection tests. The study reported in this paper was undertaken to clarify the behaviour of such connections under symmetrical vertical loadings. A series of full-scale tests was performed on sample column for which the column geometry and bolt arrangements conformed to successful commercial practice. Proprietary hollow core floor slabs were tied to the beams by 2T25 tensile reinforcing bars, which also provide the in-plane continuity across the connections. The contribution of the floor strength and stiffness to the flexural capacity of the joint is currently neglected in the design process for precast concrete frames. The flexural strength of the connections in the double-sided tests was at least 0.93 times the predicted moment of resistance of the composite beam and slab. The secant stiffness of the connections ranged from 0.94 to 1.94 times the flexural stiffness of the attached beam. In general, the double-sided connections were found to be more suited to a semi-rigid design approach than the single sided ones. The behaviour of double sided bolted billet connection test results are presented in this paper. The behaviour of single sided bolted billet connection test results is the subject of another paper.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권4호
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• pp.67-76
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• 2006

본 논문에서는 철골 각형강관단면(RHS) 기둥-보 접합부에서 웨브의 모멘트 전달효율을 평가하였다. 먼저, 5개의 철골보접합부에 대한 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 이들은 접합부 상세가 다르게 설계되었고, 따라서 휨저항 성능이 각기 다르다. 해석결과 RHS 기둥을 가진 모델은 기둥 플랜지의 면외변형 때문에 WF(Wide Flange) 기둥을 가진 모델에 비해 모멘트 전달효율이 저하함을 보였다. 스캘럽(WAH)과 얇은 강관기둥 두께도 모멘트 전달효율의 저하를 가져오는 원인으로서, 결과적으로 보-기둥 접합부의 파단을 초래할 가능성이 크다. 해석과 이전의 실험결과를 기초로 하면, 응력집중은 모멘트 전달효율과 반비례하고, 접합부의 변형능력은 모멘트 전달효율의 저하에 따라 감소하는 것을 알 수 있다. 더 나아가서 바닥슬래브가 있는 합성보 접합부에 대한 유한요소해석결과는 중립축이 상부플랜지 방향으로 상승함으로써 모멘트 전달효율이 저하했고, 이러한 영향은 접합부의 조기 취성파단을 초래하는 것을 보였다.