• Steel and Composite Structures
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• 제42권1호
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• pp.1-22
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• 2022

In cold-formed steel (CFS) structures, such as trusses, transmission towers and portal frames, the use of back-to-back built-up CFS unequal angle sections are becoming increasingly popular. In such an arrangement, intermediate welds or screw fasteners are required at discrete points along the length, preventing the angle sections from buckling independently. Limited research is available in the literature on axial strength of back-to-back built-up CFS unequal angle sections. The issue is addressed herein. This paper presents an experimental investigation reported by the authors on back-to-back built-up CFS unequal angle sections with intermediate stiffeners under axial compression. The load-axial shortening behaviour along with the deformed shapes at failure are reported. A nonlinear finite element (FE) model was then developed, which includes material non-linearity, geometric imperfections and modelling of intermediate fasteners. The FE model was validated against the experimental test results, which showed good agreement, both in terms of failure loads and deformed shapes at failure. The validated finite element model was then used for the purpose of a parametric study comprising 96 models to investigate the effect of longer to shorter leg ratios, stiffener provided in the longer leg, thicknesses and lengths on axial strength of back-to-back built-up CFS unequal angle sections. Four different thicknesses and seven different lengths (stub to slender columns) with three overall widths to the overall depth (B/D) ratios were investigated in the parametric study. Axial strengths obtained from the experimental tests and FE analyses were used to assess the performance of the current design guidelines as per the Direct Strength Method (DSM); obtained comparisons show that the current DSM is conservative by only 7% and 5% on average, while predicting the axial strengths of back-to-back built-up CFS unequal angle sections with and without the stiffener, respectively.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권4A호
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• pp.465-474
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• 2008

일반적으로, 보-기둥 부재로 구성된 강뼈대구조물의 설계는 개별부재의 유효좌굴길이를 고려하여 설계기준에서 제시한 안정성 평가식을 적용하고 있다. 그러나 이 방법은 구조물에서 상대적으로 작은 압축력이 적용되는 부재에서는 유효좌굴길이가 커지는 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제를 극복하고자 본 연구에서는 대상 구조물의 초기결함(initial imperfection)을 고려한 2차 탄성해석법을 제시한다. 이 방법은 탄성좌굴 고유치해석으로 산정된 좌굴모드 및 좌굴고유치, 개별부재의 축력을 이용하여, 가장 작은 무차원 세장비를 가진 부재를 선정하고, 그 부재에 대하여 기하적, 재료적인 효과가 고려된 설계기준의 기준강도곡선으로부터 좌굴모드에 대한 증폭량을 산정한다. 이렇게 결정된 증폭량을 대상 구조물의 좌굴모드에 증폭시켜 2차 탄성해석을 수행하고, 개별부재의 안정성을 평가한다. 본 방법의 타당성을 확인하기 위하여, 8층 및 4층으로 이루어진 평면 강뼈대구조물에 적용시키고, 설계기준에서 제시하는 안정성 평가법과 비교한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권4A호
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• pp.611-620
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• 2006

강합성 플레이트 2-거더교는 피로균열에 의해 한 개의 거더에 심각한 손상이 발생되는 경우 교량의 붕괴가 유발되는 단재 하경로 구조로 인식되고 있다. 본 논문에서는 강합성 2-거더교의 거더 손상시 교량의 여유도를 평가하기 위한 해석적 연구를 수행하였다. 여유도 평가는 단경간 및 3경간 연속교를 대상으로 하였으며, 수직브레이싱은 I-단면 가로보로 적용하고 하부 수평브레이싱이 설치되는 경우와 설치되지 않는 경우를 고려하였다. 정상 상태 및 손상 상태의 교량에 대해 하부 수평브레이싱의 유 무에 따른 내하 성능을 재료 및 기하비선형 해석으로 구하고 각 경우의 여유도를 비교 평가하였다. 해석 결과에 따르면 정상 상태의 2-거더 교량은 단순교와 연속교 모두 수평브레이싱이 없어도 여유도가 충분하며, 손상 상태의 교량에서는 수평브레이싱이 여유도 향상에 중요한 역할을 하는 것으로 분석되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권3A호
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• pp.447-455
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• 2006

순수변위 비선형 4절점 쉘요소의 정식화를 제안하여 철근 콘크리트, 강재및 복합재료등 범용 목적의 구조물의 해석에 적합하도록 하였다. 기하강성의 정식은 2차 운동역학적 관계를 이용하여 쉘이 중립면에서 정의되었고 이러한 기하강성은 면내응력, 휨 모멘트와 수직 전단력의 형태로 구성되어 두꺼운 판 및 쉘의 해석에 효과적이다. 가정된 자연 변형률 방법을 사용하여 전단잠김 문제를 제거한 복합 쉘 요소는 얇은 판및 쉘의 경우에도 정확한 해를 구할 수 있다. 콘크리트 경우 소성이론 및 탄소성 파괴역학에 근거한 비탄성 해석이 가능하며 강재경우 폰미스의 항복이론과 이바노브의 항복이론을 이용한 소성해석이 가능하다. 복합 재료의 수직전단 강성 행렬은 평형방정식으로부터 유도하여 구성하였다. 본 연구에서 제안한 쉘 요소는 해석 예제들이 참고문헌과 잘 일치하여 정확성이 입증되었으며 범용목적의 박판구조 해석에 적합한 것으로 사료 되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권4A호
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• pp.727-734
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• 2006

강곡선복부판의 전단설계에서 Guide Specifications(AASHTO, 2003)에서는 여전히 후좌굴강도를 반영하고 있지 않다. 그러나 최근 강곡선 복부판의 전단거동에 관한 해석 및 실험연구를 통해서 탄성좌굴 후에 직선교 복부판과 같이 후좌굴강도를 발현하고 있으며, 일반적인 설계범위에서 직선교 복부판과 유사한 크기의 극한전단강도를 나타내고 있는 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 강곡선복부판의 극한전단강도를 조사하기 위하여 유한요소해석과 실험연구를 수행하였다. 연구결과를 통해서 일반적으로 설계가 수행되는 기하학적인 범위 내에서 강곡선복부판은 후좌굴강도를 발현하며, 그 크기는 동일한 재료를 적용한 직선복부판과 유사하다는 것을 알 수 있었다. 그러므로 강도한계상태에서 강곡선복부판도 Lee and Yoo(1998)가 제안한 직선복부판의 극한전단강도를 이용하여 설계할 수 있음을 본 연구를 통해서 제안하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제87권2호
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• pp.151-164
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• 2023

The latest earthquake's costly repairs and economic disruption were brought on by excessive residual drift. Self-centering systems are one of the most efficient ways in the current generation of seismic resistance system to get rid of and reduce residual drift. The mechanics and behavior of the self-centering system in response to seismic forces were impacted by a number of important factors. The amount of post-tensioning (PT) force, which is often employed for the standing posture after an earthquake, is the first important component. The energy dissipater element is another one that has a significant impact on how the self-centering system behaves. Using the damper as a replaceable and affordable tool and fuse in self-centering frames has been recommended to boost energy absorption and dampening of structural systems during earthquakes. In this research, the self-centering steel moment frame connections are equipped with cushion flexural dampers (CFDs) as an energy dissipator system to increase energy absorption, post-yielding stiffness, and ease replacement after an earthquake. Also, it has been carefully considered how to reduce permanent deformations in the self-centering steel moment frames exposed to seismic loads while maintaining adequate stiffness, strength, and ductility. After confirming the FE model's findings with an earlier experimental PT connection, the behavior of the self-centering connection using CFD has been surveyed in this study. The FE modeling takes into account strands preloading as well as geometric and material nonlinearities. In addition to contact and sliding phenomena, gap opening and closing actions are included in the models. According to the findings, self-centering moment-resisting frames (SF-MRF) combined with CFD enhance post-yielding stiffness and energy absorption with the least amount of permeant deformation in a certain CFD thickness. The obtained findings demonstrate that the effective energy dissipation ratio (β), is increased to 0.25% while also lowering the residual drift to less than 0.5%. Also, this enhancement in the self-centering connection with CFD's seismic performance was attained with a respectable moment capacity to beam plastic moment capacity ratio.

• 한국건축시공학회지
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• 제23권6호
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• pp.673-682
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• 2023

본 연구에서는 모르타르 조건하에서 초지연제 혼입률, 양생온도 및 강도수준 변화에 따른 응결지연 특성을 고찰하고자 하였으며, 세티메타를 이용하여 공사현장의 다양한 외기조건 및 재료배합 조건하에서 초지연제를 사용한 콘크리트의 응결시간을 효율적으로 추정할 수 있는 객관적 방법을 제시하고자 하였다. 그 결과, 비선형 회귀모델의 추정식 및 세티메타을 이용하여 초지연 모르타르의 응결시간을 추정할 수 있을 것으로 사료되며, 초결은 45 ST, 종결은 80 ST 전후로 관리하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 또한, 이를 통해 초지연 콘크리트의 응결시관과 관련한 효율적인 품질관리가 가능할 것으로 사료된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권4호
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• pp.371-390
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• 2024

Investigating the impact of openings on the structural behavior of ferrocement I-beams with two distinct types of reinforcing metallic and non-metallic meshes is the primary goal of the current study. Up until failure, eight 250x200x2200 mm reinforced concrete I-beams were tested under flexural loadings. Depending on the kind of meshes used for reinforcement, the beams are split into two series. A control I-beam with no openings and three beams with one, two, and three openings, respectively, are found in each series. The two series are reinforced with three layers of welded steel meshes and two layers of tensar meshes, respectively, in order to maintain a constant reinforcement ratio. Structural parameters of investigated beams, including first crack, ultimate load, deflection, ductility index, energy absorption, strain characteristics, crack pattern, and failure mode were reported. The number of mesh layers, the volume fraction of reinforcement, and the kind of reinforcing materials are the primary factors that vary. This article presents the outcomes of a study that examined the experimental and numerical performance of ferrocement reinforced concrete I-beams with and without openings reinforced with welded steel mesh and tensar mesh separately. Utilizing ANSYS-16.0 software, nonlinear finite element analysis (NLFEA) was applied to illustrate how composite RC I-beams with openings behaved. In addition, a parametric study is conducted to explore the variables that can most significantly impact the mechanical behavior of the proposed model, such as the number of openings. The FE simulations produced an acceptable degree of experimental value estimation, as demonstrated by the obtained experimental and numerical results. It is also noteworthy to demonstrate that the strength gained by specimens without openings reinforced with tensar meshes was, on average, 22% less than that of specimens reinforced with welded steel meshes. For specimens with openings, this value is become on average 10%.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권6호
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• pp.659-674
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• 2024

Casting Ultra High-Performance Concrete (UHPC) on an orthotropic steel deck and forming a composite action by connectors could improve the steel deck fatigue performance. This study presents the mechanical performance of a proposed post-combination connection between UHPC and steel, which had a low constraint effect on UHPC shrinkage. A total of 10 push-out tests were conducted for static and fatigue performance investigations. And the test results were compared with evaluation methods in codes to verify the latter's applicability. Meanwhile, nonlinear simulation and parametric works with material damage plasticity models were also conducted for the static and fatigue failure mechanism understanding. The static and fatigue test results both showed that fractures at stud roots and surrounding local UHPC crushes were the main failure appearances. Compared with normally arranged studs, group arrangement could result in reductions of static stud shear stiffness, strength, and fatigue lives, which were about 18%, 12%, and 27%, respectively. Compared with the test results, stud shear capacity and fatigue lives evaluations based on the codes of AASHTO, Eurocode 4, JSCE and JTG D64 could be applicable in general while the safety redundancies tended to be smaller or even insufficient for group studs. The analysis results showed that arranging studs in groups caused obviously uneven strain distributions. The severer stress concentration and larger strain ranges caused the static and fatigue performance degradations of group studs. The research outcome provides a very important basis for establishing a design method of connections in the novel post-combination steel-UHPC composite deck.

• 유변학
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• 제11권1호
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• pp.18-27
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• 1999

본 연구에서는 3차원 열성형 공정 알고리듬과 이에 membrane approximation을 도입한 근사적인 알고리듬을 개발하였고, 이 알고리듬을 이용하여 몇몇 열성형계에 대한 수치모사를 수행하여 그 결과를 비교 분석하였다. 3차원 알고리듬의 경우에는 구성한 유한요소 평형 방정식에 벌칙함수를 도입하여 비압축성 조건을 만족시켜 해를 얻었으며, membrane approximation을 도입한 알고리듬의 경우에는 두께 방향의 응력을 무시하여 구성한 방정식으로부터 해를 얻었다. 구성방정식은 2nd Piola-Kirchhoff 응력 텐서와 Cauchy-Green 변형 텐서를 사용하여 표현하였고 수지의 물질 모델식으로는 2항의 Mooney-Rivlin 모델을 사용하였으며, total Lagrangian coordinate를 도입하여 지배방정식을 유한요소화함으로써 알고리듬을 구성하였다. 대상계로 선정한 사각평판 수지의 자유 부풀림 거동과 금형이 있는 경우에서의 수지의 부풀림 거동을 3차원 알고리듬과 membrane approximation 알고리듬을 각각 이용하여 분석하였으며 3차원 알고리듬의 경우 clamping 부분의 경계조건을 달리하여 결과를 비교하였다. 금형이 있는 계에 대해서는 slip 경계조건과 no-slip 경계조건을 각각 부여하여 수치모사를 수행, 수지의 변형거동과 응력분포를 비교 분석하였으며, 두께를 달리 한 수지에 대해 두께 방향의 응력을 비교 분석함으로써 membrane approximation 알고리듬의 한계에 대하여 논하였다. 한편 수지 온도 변화에 따른 성형품의 두께 분포의 변화를 살펴보기 위하여 ABS 수지를 대상으로 하여 $137.8^{\circ}C$에서 $171.1^{\circ}C$사이의 온도에서 수행한 인장실험 데이터를 수치모사에 사용하였다. 그 결과 수지의 온도가 높을수록 두께의 표준편차가감소하여 균일한 두께 분포를 얻을 수 있음을 확인하였고 이는 수지의 흐름성이 증가함으로써 나타나는 현상으로 해석할 수 있다.