• Steel and Composite Structures
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• 제46권6호
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• pp.823-837
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• 2023

This paper presents the seismic performance of seven beam-column joints with an eccentricity between beam depths under cyclic loadings. The failure modes of the panel zone were divided into two types. One was the shear force failure that appeared in the entire panel zone (SFEPZ), the other was the shear force failure that appeared in the partial panel zone (SFPPZ). Seven finite element models were established using multi-scale methods. Compared with the experimental specimens, the hysteretic loops exhibited a similar trend. The multi-scale models could accurately simulate the experimental results. Furthermore, the calculation formulas of yield and plastic shear capacity of unequal-depth joints with outer annular stiffener were proposed.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권8호
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• pp.4048-4057
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• 2013

부모멘트를 받는 합성보 슬래브에서 인장균열 발생과 균열의 진행에 따른 슬래브의 강성저하가 전단연결부의 합성거동에 미치는 영향을 실험적으로 분석하기는 매우 어렵다. 본 논문에서는 부모멘트를 받는 합성보에서 콘크리트 슬래브 및 강재 보, 스터드를 포함한 전단연결부 등의 형상과 물성을 최대한 실제와 유사하게 모델링하는 기법을 이용함으로써, 부재 간 합성작용을 해석할 수 있는 3차원 유한요소모델을 개발하였다. 개발된 3차원 유한요소모델을 이용하여 부모멘트 구간에 설치되는 합성보의 전체 휨거동 및 기존의 1차원 또는 2차원 모델로는 해석이 어려운 전단합성작용을 분석할 수 있었다. 해석결과에 따르면 부모멘트를 받는 합성보에서의 전단연결부 거동은 철근콘크리트 슬래브의 철근비 및 인장 균열거동에 지배를 받게 됨을 알 수 있었다. 전단연결부의 하중-슬립 관계를 검토해 본 결과, 전단연결부의 슬립강성은 슬래브의 초기균열 및 철근의 항복이 발생한 시점을 기준으로 변화됨을 알 수 있었다. 또한, 구간별로 합성율이 100% 미만으로 설계되는 부분합성 설계가 합성설계의 효율성 측면에서 더 유리할 수 있다는 기존의 실험적 연구결과를 간접적으로 확인할 수 있었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제19권3호
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• pp.615-633
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• 2015

Composite steel-concrete beams are used frequently in situations where axial forces are introduced. Some examples include the use in cable-stayed bridges or inclined members in stadia and bridge approach spans. In these situations, the beam may be subjected to any combination of flexure and axial load. However, modern steel and composite construction codes currently do not address the effects of these combined actions. This study presents an analysis of composite beams subjected to combined loadings. An analytical model is developed based on a cross-sectional analysis method using a strategy of successive iterations. Results derived from the model show an excellent agreement with existing experimental results. A parametric study is conducted to investigate the effect of axial load on the flexural strength of composite beams. The parametric study is then extended to a number of section sizes and employs various degrees of shear connection. Design models are proposed for estimating the flexural strength of an axially loaded member with full and partial shear connection.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제76권3호
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• pp.311-324
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• 2020

Until now, a comparative study on fully and partially-connected steel shear walls leading to enhancing strength and stiffness reduction of partially-connected steel plate shear wall structures has not been reported. In this paper a number of 4-story and 8-story steel plate shear walls, are considered with three different connection details of infill plate to surrounding frame. The specimens are modeled using nonlinear finite element method verified excellently with the experimental results and analyzed under monotonic loading. A comparison between initial stiffness and shear strength of models as well as percentage of shear force by model boundary frame and infill plate are performed. Moreover, a comparison between energy dissipation, ductility factor and distribution of Von-Mises stresses of models are presented. According to the results, the initial stiffness, shear resistance, energy dissipation and ductility of the models with beam-only connected infill plates (SSW-BO) is found to be about 53%, 12%, 15% and 48% on average smaller than those of models with fully-connected infill plates (SPSW), respectively. However, performance characteristics of semi-supported steel shear walls (SSSW) containing secondary columns by simultaneously decreasing boundary frame strength and increasing thickness of infill plates are comparable to those of SPSWs. Results show that by using secondary columns as well as increasing thickness of infill plates, the stress demands on boundary frame decreases substantially by as much as 35%. A significant increase in infill plate share on shear capacity by as much as 95% and 72% progress for the 4-story SSW-BO and 8-story SSSW8, respectively, as compared with non-strengthened counterparts. A similar trend is achieved by strengthening secondary columns of 4-story SSSW leading to an increase of 50% in shear force contribution of infill plate.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.461-473
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• 2000

이 논문은 콘크리트의 크리프와 건조수축 현상을 고려한 강재와 콘크리트의 부분 합성보의 거동의 해석을 위한 모델을 제안하고 있다. 부분합성 거동은 선형 부분전단 연결이론을 토대로 합성보를 일정한 수의 요소로 분할한 후 각 절점에서 평형조건과 적합조건을 기초로하여 구성 방정식을 구성하고 경계조건과 각 요소에 대한 구성 방정식을 순차적으로 적용하는 방법으로 해석모델이 구성되었다. 또한 콘크리트의 시간에 따른 현상인 크리프와 건조수축의 영향도 고려되었다. 제안된 해석모델은 다경간 연속 합성보의 슬립거동을 효과적으로 나타낼 수 있다. 제안된 해석 모델의 검증을 위해 기존 연구의 결과와 비교되었으며, 여러 조건에 대한 합성보의 해석을 통해 제안된 모델의 적용성을 입증하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제26권5호
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• pp.595-606
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• 2018

A calculation method was presented to calculate the deflection of GFRP-concrete-steel beams with full or partial shear connections. First, the sectional analysis method was improved by considering concrete nonlinearity and shear connection stiffness variation along the beam direction. Then the equivalent slip strain was used to take into consideration of variable cross-sections. Experiments and nonlinear finite element analysis were performed to validate the calculation method. The experimental results showed the deflection of composite beams could be accurately predicted by using the theoretical model or the finite element simulation. Furthermore, more finite element models were established to verify the accuracy of the theoretical model, which included different GFRP plates and different numbers of shear connectors. The theoretical results agreed well with the numerical results. In addition, parametric studies using theoretical method were also performed to find out the effect of parameters on the deflection. Based on the parametric studies, a simplified calculation formula of GFRP-concrete-steel composite beam was exhibited. In general, the calculation method could provide a more accurate theoretical result without complex finite element simulation, and serve for the further study of continuous GFRP-concrete-steel composite beams.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.231-237
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• 2008

복합 구조 형식인 PSC-강 혼합 거더는 신형식 구조로서 비대칭 경간 구조물이나 장대교량에 적용될 수 있다. 본 연구에서는 매입길이, 보강철근, 스터드, 프리스트레스 힘 등을 변수로 총 14개의 실험체를 제작하여 혼합 거더의 접합부 거동을 분석하고자 하였다. 모든 실험체는 보강철근, 스터드, 강판 등의 순서로 기능을 손실하면서 파괴되었다. 실험 결과에 의하면 접합부의 성능에는 스터드 배치와 보강철근에 비해 프리스트레싱 힘이 상대적으로 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 이와 함께 매입길이에 비하여 스터드의 배치가 접합부 성능에 보다 중요한 역할을 하는 것으로 평가되었다. 실험적 연구와 함께 슬립을 고려한 3차원 비선형해석을 수행하였다. 경계면의 거동은 인터페이스 요소와 슬립 물성을 통하여 완전 합성, 부분합성, 비합성으로 분석할 수 있는데 혼합 거더의 접합부 설계에 따른 경계면 거동을 해석과 실험 결과를 통하여 분석하였다. 특히, 스터드 전단연결재가 적용된 혼합 거더는 극한하중 단계에서 부분합성 거동을 나타내며 보강 철근 또한 혼합 거더의 극한강도 증진에 기여하는 것으로 분석되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권6호통권79호
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• pp.737-747
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• 2005

강재 보와 콘크리트 슬래브로 구성되어 지는 합성보에서 두 부재는 일반적으로 전단연결재에 의해 서로 합성되어져 일체적인 구조거동을 하게 된다. 현재까지 전단연결재로서는 스터드(stud)가 널리 사용되어지고 있다. 합성보의 구조적 거동은 사용된 부재의 재료적 특성 외에도 스터드에 의한 전단합성작용에 의해 많은 영향을 받게 된다. 합성보 전단연결부에서의 전단합성거동은 합성보에서가 아닌 단순화된 Push-Out 시험체(Push-Out Test Specimen)에 의해 실험적으로 결정되고 있다. 최근의 연구결과에 따르면, Push-Out 실험에서 얻은 전단 스터드의 합성거동과 실제 합성보에서의 전단합성거동에는 분명한 차이점이 존재하며, 특히 부분합성된 합성보에서는 그 차이가 매우 크다는 것이 밝혀지고 있다. 본 연구에서는 표준 Push-Out 시험체 및 합성보의 구조거동 해석을 위해, Push-Out 실험으로부터 결정되는 스터드에 대한 하중-상대변위 곡선의 도입이 필요 없는 3차원 유한요소모델을 개발하였다. 해석결과의 비교 분석으로부터 합성보 전단연결부에서의 합성거동을 평가할 수 있었고, 이를 Push-Out 실험결과와 비교하여 보았으며 전단합성거동의 차이점에 대한 구체적 원인을 찾을 수 있었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제34권5호
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• pp.563-580
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• 2010

Composite beams using bolts to attach steel plates to the side faces of existing reinforced concrete (RC) coupling beams can enhance both their strength and deformability. The behavior of those composite beams differs substantially from the behavior of typical composite beams made up of steel beams and concrete slabs. The former are subjected to longitudinal, vertical and rotational slips, while the latter only involve longitudinal slip. In this study, a mixed analysis method was adopted to develop the fundamental equations for accurate prediction of the load-carrying capacity of steel plate strengthened RC coupling beams. Then, a rigid plastic analysis technique was used to cope with the full composite effect of the bolt group connections. Two theoretical models for the determination of the strength of medium-length plate strengthened coupling beams based on mixed analysis and rigid plastic methods are presented. The strength of the strengthened coupling beams is derived. The vertical and longitudinal slips of the steel plates and the shear strength of the anchor-bolt connection group is considered. The theoretical models are validated by the available experimental results presented in a companion paper. The strength of the specimens predicted from the mixed analysis model is found to be in good agreement with that from the experimental results.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.325-334
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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 강접합부과 반강접 접합부로 이상화한 경우 그리고 반강접 접합부를 수직배치 및 수평배치한 경우에 대하여 푸쉬오버 구조해석을 실시하였다. 철골 보 및 기둥의 모멘트-곡률관계는 화이버모델을 이용하여 확인하였으며 반강접 접합부의 모멘트-회전각 관계는 3-매개변수 파워모델을 이용하여 나타내었다. KBC2005 등가정적횡하중을 받는 2차원 구조물에 대한 푸쉬오버 구조해석을 실시하여 지붕충변위, 밑면전단력, 접합부 요구연성도, 소성힌지 발생순서 그리고 초과강도계수, 연성계수, 반응수정계수와 같은 설계계수 등을 확인하였다. 반강접 접합부를 부분적으로 사용하면 모든 접합부에 반강접 접합부를 사용한 골조 보다 큰 강도 및 강성도를 확보 할 수 있었고 모든 접합부에 강접 접합부를 사용한 골조 보다 큰 연성능력을 확보할 수 있었다. 초과강도계수는 기준과 비슷하였지만 반응수정계수는 기준 보다 훨씬 큰 값을 보였다. TSD 접합부는 예제 구조물에서 경제성과 안전성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.