• Steel and Composite Structures
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• 제20권5호
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• pp.1155-1171
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• 2016

Post-tensioned (PT) steel moment resisting frames (MRFs) with semi-rigid connections (SRC) can be used to control the hysteretic energy demands and to reduce the maximum inter-story drift (${\gamma}$). In this study the seismic behavior of steel MRFs with PT connections is estimated by incremental nonlinear dynamic analysis in terms of dissipated hysteretic energy ($E_H$) demands. For this aim, five PT steel MRFs are subjected to 30 long duration earthquake ground motions recorded on soft soil sites. To assess the energy dissipated in the frames with PT connections, a new expression is proposed for the hysteretic behavior of semi-rigid connections validated by experimental tests. The performance was estimated not only for the global $E_H$ demands in the steel frames; but also for, the distribution and demands of hysteretic energy in beams, columns and connections considering several levels of deformation. The results show that $E_H$ varies with ${\gamma}$, and that most of $E_H$ is dissipated by the connections. It is observed in all the cases a log-normal distribution of $E_H$ through the building height. The largest demand of $E_H$ occurs between 0.25 and 0.5 of the height. Finally, an equation is proposed to calculate the distribution of $E_H$ in terms of the normalized height of the stories (h/H) and the inter-story drift.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제35권6호
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• pp.677-697
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• 2010

This paper focuses on geometrically non-linear static analysis of a simply supported beam made of hyperelastic material subjected to a non-follower transversal uniformly distributed load. As it is known, the line of action of follower forces is affected by the deformation of the elastic system on which they act and therefore such forces are non-conservative. The material of the beam is assumed as isotropic and hyperelastic. Two types of simply supported beams are considered which have the following boundary conditions: 1) There is a pin at left end and a roller at right end of the beam (pinned-rolled beam). 2) Both ends of the beam are supported by pins (pinned-pinned beam). In this study, finite element model of the beam is constructed by using total Lagrangian finite element model of two dimensional continuum for a twelve-node quadratic element. The considered highly non-linear problem is solved by using incremental displacement-based finite element method in conjunction with Newton-Raphson iteration method. In order to use the solution procedures of Newton-Raphson type, there is need to linearized equilibrium equations, which can be achieved through the linearization of the principle of virtual work in its continuum form. In the study, the effect of the large deflections and rotations on the displacements and the normal stress and the shear stress distributions through the thickness of the beam is investigated in detail. It is known that in the failure analysis, the most important quantities are the principal normal stresses and the maximum shear stress. Therefore these stresses are investigated in detail. The convergence studies are performed for various numbers of finite elements. The effects of the geometric non-linearity and pinned-pinned and pinned-rolled support conditions on the displacements and on the stresses are investigated. By using a twelve-node quadratic element, the free boundary conditions are satisfied and very good stress diagrams are obtained. Also, some of the results of the total Lagrangian finite element model of two dimensional continuum for a twelve-node quadratic element are compared with the results of SAP2000 packet program. Numerical results show that geometrical nonlinearity plays very important role in the static responses of the beam.

• Geomechanics and Engineering
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• 제14권2호
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• pp.141-149
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• 2018

In this paper, the creep behavior of bolted rock was analyzed by using the unconfined creep tests and the numerical results. Based on the test results, the Bolted Burgers creep model (B-B model) was proposed to clarify the creep mechanism of rock mass due to rock bolts. As to the simulation of the creep behaviour of bolted rock, a new user-defined incremental iterative format of the B-B model was established and the open-source $FLAC^{3D}$ code was written by using the object-oriented language (C++). To check the reliability of the present B-B creep constitutive model program, a numerical model of a tunnel with buried depth of 1000 m was established to analyze the creep response of the tunnel with the B-B model support, the non-support and the bolt element support. The simulation results show that the present B-B model is consistent with the calculated results of the inherent bolt element in $FLAC^{3D}$, and the convergence deformation can be more effectively controlled when the proposed B-B model is used in the $FLAC^{3D}$ software. The big advantage of the present B-B creep model secondarily developed in the $FLAC^{3D}$ software is the high computational efficiency.

• 한국지진공학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.93-101
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• 2024

Code-compliant seismic design should be essentially applied to realize the so-called emulative performance of precast concrete (PC) lateral force-resisting systems, and this study developed simple procedures to design precast industrial buildings with intermediate precast bearing wall systems considering both the effect of seismic and blast loads. Seismic design provisions specified in ACI 318 and ASCE 7 can be directly adopted, for which the so-called 1.5S_y condition is addressed in PC wall-to-wall and wall-to-base connections. Various coupling options were considered and addressed in the seismic design of wall-to-wall connections for the longitudinal and transverse design directions to secure optimized performance and better economic feasibility. On the other hand, two possible methods were adopted in blast analysis: 1) Equivalent static analysis (ESA) based on the simplified graphic method and 2) Incremental dynamic time-history analysis (IDTHA). The ESA is physically austere to use in practice for a typical industrial PC-bearing wall system. Still, it showed an overestimating trend in terms of the lateral deformation. The coupling action between precast wall segments appears to be inevitably required due to substantially large blast loads compared to seismic loads with increasing blast risk levels. Even with the coupled-precast shear walls, the design outcome obtained from the ESA method might not be entirely satisfactory to the drift criteria presented by the ASCE Blast Design Manual. This drawback can be overcome by addressing the IDTHA method, where all the design criteria were fully satisfied with precast shear walls' non-coupling and group-coupling strength, where each individual or grouped shear fence was designed to possess 1.5S_y for the seismic design.

• 대한토목학회논문집
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• 제7권1호
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• pp.141-150
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• 1987

1973년(年)에 완공(完工)된 소양강댐은 매설계기가 잘 설치되어 그 댐의 응력(應力)과 변형(變形)의 측정결과는 이미 발표된 바 있다. 그러나 이론적(理論的)인 해석은 지금까지 이루어지지 않았다. 본(本)연구(硏究)는 시공시(施工時) 재료의 자중을 받고 또 담수시 물 하중을 받게 되는 댐 본체의 응력(應力)과 변형(變形) 거동을 수치적(數値的)으로 해석하려는데 그 목적(目的)이 있다. 해석(解析)에 사용(使用)된 구성법칙(構成法則)은 Duncan 등(等)이 개발한 hyperbolic 모델이며, 시공단계(施工段階)를 모방한 비선형증가(非線型增加) 유한요소해석(有限要素解析)이 본(本) 연구(硏究)에 적용되었다. hyperbolic 파라미터들은 문헌에서 추정하여 사용(使用)하였다. 이론적(理論的) 해석(解析)으로부터 얻어진 결과는 댐의 임의의 단면에서의 변형특성과 응력벡타를 명확(明確)하게 나타내었다. 해석결과는 최대단면(最大斷面)에서의 변형측정치(變形測定値)와 잘 일치(一致)하였으나 수평변형(水平變形)과 심벽(心壁)에 생긴 응력에 있어서는 약간의 차이를 보였다. 수치해석과 측정치와의 비교(比較)로부터 얻은 본댐의 거동의 특징(特徵)은 심벽에서 비교적(比較的) 큰 시공침하(施工沈下)가 생겼고, 심벽의 토피하중(土被荷重)은 아아칭 효과에 의해 상당히 감소되었고, 또 양안부근(兩岸附近)에서는 수평변위(水平變位)가 커서 인장구역(引張區域)이 생길 수 있다는 것이다.

• 한국정보과학회논문지:소프트웨어및응용
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• 제32권3호
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• pp.181-191
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• 2005

본 논문에서는 컴퓨터그래픽으로 구현된 인체에 착용되는 의류의 시뮬레이션을 위한 수치해석알고리즘 및 소프트웨어 개발을 수행하였다. 개발된 알고리즘은 수학적으로 elliptical 흑은 비순차적인 성질을 가지는 두 개의 켤레조화함수(conjugate harmonic functions)들을 사용하여, 지나간 시간단계(time step)에서의 견과에 의존하지 않고 매 순간의 역학적 균형만으로 의류에 형성되는 주름의 형태를 표현한다. Global-local 해석기법을 채택하여 global 스케일에서의 전체적인 변형과 local 스케일에서의 부분적인 변형으로 나누었으며, 이 두 가지 스케일에서의 해석 결과가 선형적으로 중첩될 수 있음을 가정하였다. Global 해석에서는 신체 각 부위의 회전이나 평행이동, 뒤틀림 등의 전반적인 변형에 따른 인체와의 접촉점의 변화와 응력을 고려하였다. Local 해석에서는 국소적인 주름의 형상을 얻기 위해 주름의 진폭등고선과 주름의 방향 사이의 직교성을 가정하여 단순화 시켰다. 본 제안 방법은 불연속적으로 변화하는 두 개의 서로 다른 자세에 대해서도 중간단계 해석을 위한 시간증분의 삽입이 불필요하며, 기존의 방식에서 주로 사용되는 시간적분의 방법을 채택하지 않으므로 연산 시간의 절감과 안정성의 향상이 이루어졌다. 임의의 두 자세 사이의 연속 동작을 시뮬레이션 함에 있어서도 두 정지 자세 사이의 움직임을 보간법으로 구현하여 연속적인 의류의 변형을 구현할 수 있었다.

• Computers and Concrete
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• 제11권2호
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• pp.123-148
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• 2013

The nonlinear finite element method with eight noded isoparametric quadrilateral element for concrete and two noded element for reinforcement is used for the prediction of the behavior of reinforcement concrete structures. The disturbed state concept (DSC) including the hierarchical single surface (HISS) plasticity model with associated flow rule with modifications is used to characterize the constitutive behavior of concrete both in compression and in tension which is named DSC/HISS-CT. The HISS model is applied to shows the plastic behavior of concrete, and DSC for microcracking, fracture and softening simulations of concrete. It should be noted that the DSC expresses the behavior of a material element as a mixture of two interacting components and can include both softening and stiffening, while the classical damage approach assumes that cracks (damage) induced in a material treated acts as a void, with no strength. The DSC/HISS-CT is a unified model with different mechanism, which expresses the observed behavior in terms of interacting behavior of components; thus the mechanism in the DSC is much different than that of the damage model, which is based on physical cracks which has no strength and interaction with the undamaged part. This is the first time the DSC/HISS-CT model, with the capacity to account for both compression and tension yields, is applied for concrete materials. The DSC model allows also for the characterization of non-associative behavior through the use of disturbance. Elastic perfectly plastic behavior is assumed for modeling of steel reinforcement. The DSC model is validated at two levels: (1) specimen and (2) practical boundary value problem. For the specimen level, the predictions are obtained by the integration of the incremental constitutive relations. The FE procedure with DSC/HISS-CT model is used to obtain predictions for practical boundary value problems. Based on the comparisons between DSC/HISS-CT predictions, test data and ANSYS software predictions, it is found that the model provides highly satisfactory predictions. The model allows computation of microcracking during deformation leading to the fracture and failure; in the model, the critical disturbance, Dc, identifies fracture and failure.

• 한국지진공학회논문집
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• 제11권2호
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• pp.81-94
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• 2007

지진시 발생하는 지반 액상화 현상은 지진피해예측시 가장 중용하게 평가해야 하는 항목으로 실내에서 액상화 현상을 시뮬레이션하는 경우, 불규칙성의 지진을 제어하기 어려운 이유로 등가반복형태의 정현파 또는 쐐기파를 이용하는 것이 통상적이었다. 그러나, 90년대 이후 컴퓨터의 발달과 함께한 신호처리 및 제어기술의 급속한 발전은 동역학분야에서의 실험연구에 큰 도움을 주었으며 지반진동분야의 경우, 진동대 및 원심모형기와 같은 대형지진모의시험에서 실지진하중을 이용한 연구사례들이 증가되고 있는 실정이다. 국내에서도 실지진하중재하가 가능한 요소시험결과에 대한 연구사례가 발표되는 등 이에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으며 특히, 실지진하중 시험결과로부터 실지진하중하에서의 과잉간극수압의 변화가 정현하중시험에서의 결과와 큰 차이를 보이고 있다는 분석결과가 발표되어 현재까지 지반동역학분야에서 지진하중의 불규칙성을 크게 고려하지 않았던 통상적 가정사항들이 문제점으로 대두되어 관심을 집중시키고 있다. 본 연구에서는 등가의 정현파 및 쐐기파와 증가형태의 쐐기파, 그리고 실지진파 등 다양한 진동하중을 재하할 수 있는 삼축압축시험기를 이용하여 기존의 유효응력개념에서 사용하는 과잉간극수압관련 매개변수인 소성일, 전단소성 변형률 상각궤도, 그리고 액상화 상태전환선의 기울기를 비교분석하였으며 하중변화에 따른 토립자의 변형과 간극수압의 변화를 상세분석하였다. 연구결과, 토립자의 변형, 간극수의 동적흐름, 동적흐름 속도수두의 압력수두로의 전환, 그리고 과잉간극수압의 증가로 표현되는 새로운 개념의 액상화 발생이론을 제안하였으며 그 타당성 검토를 위해 과잉간극수압과 동적흐름의 압력수두(흐름속도의 제곱값)와의 상관관계를 비교하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.382-391
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• 2002

본 연구에서 초기재령 콘크리트의 크리프 특성을 고려한 단면 내 온도 및 수축응력을 구하는 3차원 유한요소 해석 프로그램을 개발하기 위한 수치해석 절차에 관하여 정립하였다. 최근 들어 구조물의 노후화에 따른 콘크리트의 내구성에 대한 관심이 고조되고 있고, 초기재령에서 발생하는 균열은 구조물의 내구성 및 사용성과 같은 장기적인 성능에 큰 영향을 미친다. 많은 토목 기술자들이 초기재령 콘크리트의 체적변화에 의한 응력 및 균열 문제를 심도 깊게 다루지 않는 데는 장기적인 내구성과 사용성에 대한 인식이 부족하고, 경화가 진행되는 콘크리트의 체적변화는 매우 복잡한 영향인자를 고려해야 되기 때문이다. 또한 초기재령 콘크리트의 체적변화로 인한 응력을 예측하는 기존 프로그램들은 주로 수화열에 의한 온도 및 열응력 해석에 국한되거나, 수화과정과 연계되지 않은 습도분포에 의한 수축 응력해석을 대상으로 한다. 따라서 본 연구에서는 초기재령 콘크리트의 체적 변화에 의한 모든 응력 요소를 하나의 통합적인 해석 시스템으로 구성하여, 초기재령 콘크리트의 균열 제어 수단으로 활용하고자 한다. 본 연구는 초기재령 콘크리트의 온도 및 수분에 관련된 재료 물성 뿐 만 아니라 역학적 특성 등 모든 재료 물성을 수화도에 기초하여 모델링하였다. 또한 콘크리트가 강성을 가지는 시점부터의 초기재령 크리프 실험을 수행하고, 그 결과로부터 수화도에 따른 크리프 거동을 모델링하여 해석 프로그램에 반영하였다. 개발된 해석프로그램을 이용하여 수치해석 결과와 실험결과를 비교하여 그 타당성을 검증하고, 해석 예제를 통하여 각 변형률 성분에 의한 잔류 응력의 변화 양상을 비교, 분석하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.523-530
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• 2017

본 연구에서는 역량스펙트럼법을 이용해 얻어진 구조물의 성능점을 확률적으로 평가하는 방법을 제시하였다. ATC-40에 따라 역량스펙트럼법을 이용하여 4층 1경간 철골구조물의 성능점을 산정하였다. 요구스펙트럼을 이용하여 구조물의 성능한계를 초과하는지 여부를 분석하기 위해 구조부재의 소성변형각으로부터 정의되는 구조물의 성능한계에 대해 한계변위를 도출하였다. 또한 설계응답스펙트럼과 유사한 응답스펙트럼을 가지는 인공지진파 30개를 선정하여 스펙트럼 가속도에 따른 각 성능한계의 초과여부를 통해 fragility curve를 도출하였다. 관측된 초과확률을 이용하여 fragility curve를 도출하기 위해 maximum likelihood method를 사용하였다. 각 성능한계점에 대응하는 설계응답스펙트럼의 응답가속도값에서 성능한계점을 초과할 확률은 존재하는 것으로 확인되었다. 본 방식은 구조물의 성능점에 대해 지진파의 불확실성을 고려한 확률적 평가가 가능하고, 시간증분해석이 필요하지 않아 해석시간을 상당부분 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.