• Steel and Composite Structures
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• 제36권2호
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• pp.163-177
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• 2020

Concentrically Braced Frames (CBFs) are commonly used in the construction of steel structures because of their ease of implementation, rigidity, low lateral displacement, and cost-effectiveness. However, the principal disadvantage of this kind of braced frame is the inability to provide deformation capacity (ductility) and buckling of bracing elements before yielding. This paper aims to present a novel Composite Buckling Restrained Fuse (CBRF) to be utilized as a bracing segment in concentrically braced frames that allows higher ductility and removes premature buckling. The proposed CBRF with relatively small dimensions is an enhancement on the Reduced Length Buckling Restrained Braces (RL-BRBs), consists of steel core and additional tensile elements embedded in a concrete encasement. Employing tensile elements in this composite fuse with a new configuration enhances the energy dissipation efficiency and removes the tensile strength limitations that exist in bracing elements that contain RL-BRBs. Here, the optimal length of the CBRF is computed by considering the anticipated strain demand and the low-cyclic fatigue life of the core under standard loading protocol. An experimental program is conducted to explore the seismic behavior of the suggested CBRF compare with an RL-BRB specimen under gradually increased cyclic loading. Moreover, Hysteretic responses of the specimens are evaluated to calculate the design parameters such as energy dissipation potential, strength adjustment factors, and equivalent viscous damping. The findings show that the suggested fuse possess a ductile behavior with high energy absorption and sufficient resistance and a reasonably stable hysteresis response under compression and tension.

• Steel and Composite Structures
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• 제22권4호
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• pp.797-820
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• 2016

This paper simulates the hysteretic behavior of steel reinforced recycled concrete (SRRC) columns under cyclic loads using OpenSees software. The effective fiber model and displacement-based beam-column element in OpenSees is applied to each SRRC columns. The Concrete01 material model for recycled aggregate concrete (RAC) and Steel02 material model is proposed to perform the numerical simulation of columns. The constitutive models of RAC, profile steel and rebars in columns were assigned to each fiber element. Based on the modelling method, the analytical models of SRRC columns are established. It shows that the calculated hysteresis loops of most SRRC columns agree well with the test curves. In addition, the parameter studies (i.e., strength grade of RAC, stirrups strength, steel strength and steel ratio) on seismic performance of SRRC columns were also investigated in detail by OpenSees. The calculation results of parameter analysis show that SRRC columns suffered from flexural failure has good seismic performance through the reasonable design. The ductility and bearing capacity of columns increases as the increasing magnitude of steel strength, steel ratio and stirrups strength. Although the bearing capacity of columns increases as the strength grade of RAC increases, the ductility and energy dissipation capacity decreases gradually. Based on the test and numerical results, the flexural failure mechanism of SRRC columns were analysed in detail. The computing theories of the normal section of bearing capacity for the eccentrically loaded columns were adopted to calculate the nominal bending strength of SRRC columns subjected to vertical axial force under lateral cyclic loads. The calculation formulas of horizontal bearing capacity for SRRC columns were proposed based on their nominal bending strength.

• 한국지진공학회논문집
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• 제3권2호
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• pp.55-66
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• 1999

본 연구는 철도, 도시고속화도로 및 고속도로 교량의 교각으로 많이 이용디고 있는 철근콘크리트 기둥으 내진성능 평가에 관한 quasi-static 실험으로서 사용된 실험 변수는 축하중 내진설계유무에 따른 띠철근량 변위제어 하중형태 등을 채택하였다 RC 기둥시험체는 수원에 위치한 하갈교의 교각을 1/3.4의 축소모델로 하여 내진설계된 단면과 내진설계되지 않은 시험체를 각각 4개씩 총 8개를 제작하였으며 소성힌지구간에서 띠철근의 간격은 2.2cm 및 4.4cm 이다 실험변수에 따른 내진 및 비내진 시험체의 내진성능검토를 위하여 충진콘크리트 교각의 하중변위 이력특성 연성능력, 강도감소, 에너지 흡수능력, 등가점성계수 등을 실험적으로 분석조사하였다. '96년 개정된 도로교시방서의 RC기둥에 관한 내진설계기준은 AASHTO(1992)와 유사한 것으로서 중.약지진 지역으로 구분되는 국내의 실정에는 다소 과다설계로 판단된다. 실험결과 비내진설계된 콘크리트 교각도 어느 정도의 연성능력을 발휘한 것으로 조사되었으나 추가의 충분한 실험연구가 요구된다. 그러나 비내진설계교각도 적절한 내진보강방안을 강구한다면 우수한 내진성능을 발휘할수 있으리라판단된다.

• Computers and Concrete
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• 제33권5호
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• pp.497-507
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• 2024

In squat reinforced concrete walls, the displacement capacity for lateral deformation is low and the ability to resist the axial load can quickly be lost, generating collapse. This work consists of testing two squat reinforced concrete walls. One of the specimens is built with conventional detailing of reinforced concrete walls, while the second specimen is built applying an alternative design, including stirrups along the diagonal of the wall to improve its ductility. This solution differs from the detailing of beams or coupling elements that suggest building elements equivalent to columns located diagonally in the element. The dimensions of both specimens correspond to a wall with a low aspect ratio (1:1), where the height and length of the specimen are 1.4 m, with a thickness of 120 mm. The alternative wall included stirrups placed diagonally covering approximately 25% of the diagonal strut of the wall with alternative detailing. The walls were tested under a constant axial load of 0.1f'cAg and a cyclic lateral displacement was applied in the upper part of the wall. The results indicate that the lateral strength is almost identical between both specimens. On the other hand, the lateral displacement capacity increased by 25% with the alternative detailing, but it was also able to maintain the 3 complete hysteretic cycles up to a drift of 2.5%, reaching longitudinal reinforcement fracture, while the base specimen only reached the first cycle of 2% with rapid degradation due to failure of the diagonal compression strut. The alternative design also allows 46% more energy dissipation than the conventional design. A model was used to capture the global response, correctly representing the observed behavior. A parametric study with the model, varying the reinforcement amount and aspect ratio, was performed, indicating that the effectiveness of the alternative detailing can double de drift capacity for the case with a low aspect ratio (1.1) and a large longitudinal steel amount (1% in the web, 5% in the boundary), which decreases with lower amounts of longitudinal reinforcement and with the increment of aspect ratio, indicating that the alternative detailing approach is reasonable for walls with an aspect ratio up to 2, especially if the amount of longitudinal reinforcement is high.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.313-324
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• 2010

본 연구에서는 반강접 접합부 배치에 따른 구조물 거동특성을 파악하기 위하여 KBC2005 건축구조설계기준으로 비가새 5층 철골 구조물을 설계하여 모든 접합부를 완전 강접합부와 반강접 접합부로 이상화한 경우 그리고 반강접 접합부를 수직배치 및 수평배치한 경우에 대하여 비탄성 시간이력 구조해석을 실시하였다. 철골 보 및 기둥의 모멘트-곡률 관계는 화이버모델을 이용하여 확인하였으며 반강접 접합부의 모멘트-회전각 관계는 3-매개변수 파워모델 그리고 철골 보, 기둥 및 접합부의 이력거동은 3-매개변수 모델을 이용하여 나타내었다. 4개 지진파에 대한 재현주기 2400년 위험수준에 해당하는 최대지반가속도와 5% 층간변위에 대한 푸쉬오버 구조해석의 최대밑면전단력 발생 최대지반가속도에 대하여 시간이력 구조해석을 실시하여 밑면전단력, 지붕층 변위, 층간변위, 접합부 요구연성도, 기둥, 보 및 접합부의 최대휨모멘트 그리고 소성힌지 분포 등을 확인하였다. 반강접 접합부를 수직적으로 외부에 배치할수록 최대밑면전단력과 층간변위는 감소하며, 수평적으로 상부층에 배치할수록 접합부 요구연성도가 감소하였다. 푸쉬오버 구조해석과 시간이력 구조해석에서 최대층간변위 발생 위치가 다르고 크기는 푸쉬오버 구조해석에서 과대평가되었다. 밑면전단력, 층간변위 및 접합부 요구연성도를 위한 가장 바람직한 반강접 접합부 배치는 수직적으로 외부에 배치하는 것이다.

• Steel and Composite Structures
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• 제26권6호
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• pp.719-731
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• 2018

Concrete filled steel tubular (CFST) laced columns have been widely used in high rise buildings in China. Compared to solid-web columns, this type of columns has a larger cross-section with less weight. In this paper, four concrete filled steel tubular laced columns consisting of 4 main steel-concrete tubes were tested under cyclic loading. Hysteresis and failure mechanisms were studied based on the results from the lateral cyclic loading tests. The influence of each design parameter on restoring forces was investigated, including axial compression ratio, slenderness ratio, and the size of lacing tubes. The test results show that all specimens fail in compression-bending-shear and/or compression-bending mode. Overall, the hysteresis curves appear in a full bow shape, indicating that the laced columns have a good seismic performance. The bearing capacity of the columns decreases with the increasing slenderness ratio, while increases with an increasing axial compression ratio. For the columns with a smaller axial compression ratio (< 0.3), their ductility is increased. Furthermore, with the increasing slenderness ratio, the yield displacement increases, the bending failure characteristic is more obvious, and the hysteretic loops become stouter. The results obtained from the numerical analyses were compared with the experimental results. It was found that the numerical analysis results agree well with the experimental results.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.237-240
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• 2008

현재 우리나라 고속도로의 일부 도로와 교량들은 이미 노후화가 진행 중이며, 또한 증가하는 교통량을 소화하기 위해 교량의 보수 및 보강, 신축, 확장이 필요한 구간이 많은 실정이다. 이러한 교량 공사는 공사가 진행되는 동안 야기되는 사회적 민원이나 그 밖의 손실, 교통통제에 따른 우회차량의 경제적 손실등과 밀접하며 점점 중요한 문제로 부각되고 있다. 이러한 영향으로 교량 공사의 현장작업 최소화를 위해 다양한 프리캐스트 부재와 공법 등이 개발되고 있으며 새로운 소재를 적용하기 위한 연구 또한 진행 중이다. 본 연구에서는 프리캐스트형(形) CFFT 개발을 위해 축소모형 실험을 수행하였고, 결과 비교를 위해 동일한 제원의 현장타설형(形) RC교각과 현장타설형(形) CFFT 교각의 축소모형 실험도 수행하였다. 각 실험체의 하중-변위 곡선을 얻어 내하력을 비교하였고, 변위연성도를 구하여 내진성능을 비교해 보았다.

• Advances in concrete construction
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• 제8권3호
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• pp.173-185
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• 2019

This article presents a comparative study of the effect of steel layouts on the seismic behavior of transition steel-concrete composite connections, both experimental and analytical investigations of concrete filled steel tube-reinforced concrete (CFST-RC) and steel reinforecd concrete-reinforced concrete (SRC-RC) structures were conducted. The steel-concrete composite connections were subjected to combined constant axial load and lateral cyclic displacements. Tests were carried out on four full-scale connections extracted from a real project engineering with different levels of axial force. The effect of steel layouts on the mechanical behavior of the transition connections was evaluated by failure modes, hysteretic behavior, backbone curves, displacement ductility, energy dissipation capacity and stiffness degradation. Test results showed that different steel layouts led to significantly different failure modes. For CFST-RC transition specimens, the circular cracks of the concrete at the RC column base was followed by steel yielding at the bottom of the CFST column. While uncoordinated deformation could be observed between SRC and RC columns in SRC-RC transition specimens, the crushing and peeling damage of unconfined concrete at the SRC column base was more serious. The existences of I-shape steel and steel tube avoided the pinching phenomenon on the hysteresis curve, which was different from the hysteresis curve of the general reinforced concrete column. The hysteresis loops were spindle-shaped, indicating excellent seismic performance for these transition composite connections. The average values of equivalent viscous damping coefficients of the four specimens are 0.123, 0.186 and 0.304 corresponding to the yielding point, peak point and ultimate point, respectively. Those values demonstrate that the transition steel-concrete composite connections have great energy dissipating capacity. Based on the experimental research, a high-fidelity ABAQUS model was established to further study the influence of concrete strength, steel grade and longitudinal reinforcement ratio on the mechanical behavior of transition composite connections.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.311-318
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• 2009

본 연구는 고축력과 반복횡력을 받는 초고강도 RC 띠철근 기둥의 실험적 연구를 수행하였다. 콘크리트 압축강도 100 MPa 초고강도 RC 띠철근 기둥의 횡보강근의 양을 제안하는 것이다. 철근콘크리트 구조물의 실제 보를 스터브로 이상화한 1/2개 층의 기둥 실험체를 계획하여 1/3 크기의 19개 실험체를 제작하였다. 주요 변수는 축력비, 횡보강근의 형상 및 체적비로 하였다. 실험 결과, 띠철근 기둥의 강도와 연성은 횡보강근의 형상과 체적비의 영향을 받는 것으로 나타났으나, 무엇보다 축력비에 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타나 초고강도 콘크리트 기둥의 횡보강근량 설계를 위해서는 축력비에 따른 적절한 횡보강근의 형상으로 보다 합리적인 설계가 이루어져야 할 것으로 판단된다. 또한, 초고강도 철근콘크리트 기둥의 충분한 연성확보를 위하여 최소한의 변위연성능력 4이상을 확보할 수 있도록 설계식을 제안하였다. 따라서 이는 축력비와 함께 횡보강근의 형상, 간격 및 주근의 개수 등을 고려한 유효횡구속감소계수 (${\lambda}^c$)를 적용한 것이므로 횡보강근량 산정시 보다 합리적일 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회지
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• 제11권2호
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• pp.147-156
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• 1999

본 연구는 철근콘크리트 기둥에 탄소섬유쉬트를 보강하고 일정축력(0.35$P_o$)을 가한 상태에서 정, 부반복 횡가력을 실시하여 탄소섬유쉬트의 보강효과를 검증하기 위한 것으로, 탄소섬유쉬트의 보강배수에 따른 보강효과의 차이, 손상을 받은 시둥을 보수후 탄소섬유쉬트를 보강한 경우와 손상을 받지 않은 기둥에 탄소섬유쉬트를 보강한 경우의 거동의 차이를 실험을 통해 검증하였다. 탄소섬유쉬트의 보강매수는 2매와 3매 2종류에 관해 검토하였으며 보강매수에 따른 차이는 에너지 흡수능력에서 약간의 차이를 보일뿐 최대내력, 강성저하율 등에 있어서는 비슷한 거동을 나타내었다. 최대내력의 80% 수준까지 내력저하가 발생하도록 사전가력하여 탄소섬유쉬트를 보강한 기둥과 전혀 손상을 주지 않은 기둥에 탄소섬유쉬트를 보강한 기둥의 거동은, 손상을 준 기둥의 초기강성만이 탄소섬유 쉬트를 보강하지 않은 기둥에 비해 저하하나, 최대내격, 에너지 흡수능력, 연성등에 있어서는 무보강실험체에 비해 우수한 성능을 나타내었으며, 따라서 전체적으로 지진등으로 상당한 손상을 입은 기둥이라도 손상부 보수 후 탄소섬유쉬트로 보강하면 상당한 성능의 향상을 기할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 보강매수에 따라 내력증진효과는 2매보강(${\rho}_{cf}$=0.44%)과 3매 보강(${\rho}_{cf}$=0.66%)의 경우 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.