• Steel and Composite Structures
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• 제29권5호
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• pp.623-633
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• 2018

A robust element is essential for successful design of steel frames with Direct analysis (DA) method. To this end, an innovative and efficient curved-quartic-function (CQF) beam-column element using the fourth-order polynomial shape function with end-springs in series is proposed for practical applications of DA. The member initial imperfection is explicitly integrated into the element formulation, and, therefore, the P-${\delta}$ effect can be directly captured in the analysis. The series of zero-length springs are placed at the element ends to model the effects of semi-rigid joints and material yielding. One-element-per-member model is adopted for design bringing considerable savings in computer expense. The incremental secant stiffness method allowing for large deflections is used to describe the kinematic motion. Finally, several problems are studied in this paper for examining and validating the accuracy of the present formulations. The proposed element is believed to make DA simpler to use than existing elements, which is essential for its successful and widespread adoption by engineers.

• Smart Structures and Systems
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• 제30권2호
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• pp.183-193
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• 2022

Structural health monitoring and structural vibration control are multidisciplinary and frontier research directions of civil engineering. As intelligent materials that integrate sensing and actuation capabilities, shape memory alloys (SMAs) exhibit multiple excellent characteristics, such as shape memory effect, superelasticity, corrosion resistance, fatigue resistance, and high energy density. Moreover, SMAs possess excellent resistance sensing properties and large deformation ability. Superfine NiTi SMA wires have potential applications in structural health monitoring and micro-drive system. In this study, the mechanical properties and electrical resistance sensing characteristics of superfine NiTi SMA wires were experimentally investigated. The mechanical parameters such as residual strain, hysteretic energy, secant stiffness, and equivalent damping ratio were analyzed at different training strain amplitudes and numbers of loading-unloading cycles. The results demonstrate that the detwinning process shortened with increasing training amplitude, while austenitic mechanical properties were not affected. In addition, superfine SMA wires showed good strain-resistance linear correlation, and the loading rate had little effect on their mechanical properties and electrical resistance sensing characteristics. This study aims to provide an experimental basis for the application of superfine SMA wires in engineering.

• Geomechanics and Engineering
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• 제32권6호
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• pp.567-581
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• 2023

Enhanced vertical load capacity of the ground reinforced with the stone columns drew great attention by the researchers as it deals with many of the geotechnical difficulties associated with the weak ground. Recently, it has been found that the stone columns are also prone to fail under the shear load when employed beneath the embankments or the foundations susceptible to lateral loads. In this study, the effect of various encasement conditions on the lateral deflection of stone columns is investigated. A method of dual layers of encasement has been introduced and its the effect on lateral load capacity of the stone columns has been compared with those of the single encased stone column and the un-encased stone columns. Large shear box tests were utilised to generate the shear deformation on the soil system under various normal pressure conditions. The stiffness of the soil-stone column combined system has been compared for various cases of encasement conditions with different diameters. When subjected to lateral deformation, the encased columns outperformed the un-encased stone columns installed in loose sand. Shear stress resistance is up to 1.7 times greater in dual-layered, encased columns than in unencased columns. Similarly, the secant modulus increases as the condition changes from an unencased stone column to single-layer encasement and then to dual-layer encasement, indicating an improvement in the overall soil-stone column system.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6A호
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• pp.789-798
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• 2008

강성도법에서는 평형상태의 해석을 통해 구조물의 변위를 바로 산정할 수 있다. 그러나 변위형상함수를 사용하여 강성행렬과 부재내력의 계산이 근사적으로 수행되므로 유연도법에 비해 정확도가 낮은 단점이 있다. 종래의 유연도법에서는 변위형상 함수를 사용하지 않고 평형방정식을 만족하는 단면력-절점력 관계를 사용하여 단면력을 산정하므로 요소 내의 모든 단면에서 평형방정식을 만족시킬 수 있다. 그러나 유연도법은 강성도법에 비해 요소상태의 결정이 용이하지 않은 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 강성도법과 유연도법의 장점을 활용하여 강-콘크리트 합성구조물의 비선형해석을 위한 새로운 화이버 유한요소 혼합법(mixed method)을 개발하였다. 제안된 방법은 하중제어를 통한 Newton 방법을 사용하고 수치해석적으로 효과적이고 수렴성이 우수한 증분할선탄성계수법에 기반을 두고 있다. 또한 제안된 방법을 사용하여 강-콘크리트 합성구조물을 해석하였고 그 결과를 상용프로그램인 ABAQUS와 비교하였다. 그 결과 제안된 방법은 강-콘크리트 합성구조물의 비선형 거동을 정확하게 평가하였고 경제성이 매우 우수한 방법으로 입증되었다.

• Earthquakes and Structures
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• 제3권2호
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• pp.141-168
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• 2012

The Retrofit Yield Spectrum (RYS) is a new spectrum-based device that relates seismic demand of a retrofitted structure with the fundamental design parameters of the retrofit. This is obtained from superposition of Yield Point Spectra with design charts that summarize in pertinent spectrum-compatible coordinates the attributes of a number of alternative retrofit scenarios. Therefore, once the requirements for upgrading a given structure have been determined, the RYS enable direct insight of the sensitivity of the seismic response of the upgraded structure to the preliminary design decisions made while establishing the retrofit plan. By virtue of their spectrum-based origin, RYS are derived with reference to a single mode of structural vibration; a primary objective is to control the contribution of this mode in the retrofit design so as to produce a desirable distribution of damage at the ultimate limit state by removing soft storey formations and engaging the maximum number of structural members in deformation, in response to the input motion. Calculations are performed with reference to the yield-point, where secant stiffness is proportional to the flexural strength of reinforced concrete members. Derivation and use of the Retrofit Yield Spectra (RYS) refers to the seismic demand expressed either in terms of spectral acceleration, spectral displacement or interstory drift, at yield of the first storey. A reinforced concrete building that has been tested in full scale to a sequence of simulated earthquake excitations is used in the paper as a demonstration case study to examine the effectiveness of the proposed methodology.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권1호통권74호
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• pp.103-113
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• 2005

본 연구에서는 선행 연구에서 개발된 강구조물에 대한 직접비탄성설계 방법을 설계실무의 활용성을 확대할 수 있도록 개선하였다. 그룹부재에 대한 설계, 불연속적인 단면 성능, 축력에 따른 휨재하능력의 변화, 접합방식에 따른 거동특성, 다중하중조건 및 성능기준 등 강구조물 설계실무의 제한조건을 고려하여 비탄성설계를 수행할 수 있는 방법을 개발하였다. 본 연구에서는 제안된 방법의 해석 및 설계절차를 정립하였고, 이를 적용한 컴퓨터 해석/설계 프로그램을 개발하였다. 전통적인 탄성설계와 제안된 직접비탄성설계법을 사용한 설계결과를 비교하였으며, 기존의 비선형해석프로그램을 이용하여 설계결과를 검증하였다. 비탄성 변형을 고려할 수 있는 제안된 설계법은 전통적인 탄성해석을 사용한 한계상태설계에 비하여 강재량을 절감하고, 구조물의 변형능력을 향상하였다. 제안된 설계방법은 비탄성 거동을 구조물의 설계에 직접 반영할 수 있으므로 설계에 편리하고 각 소성힌지의 변형을 제어함으로써 구조안전성을 확보하고 동시에 변형능력을 최대로 활용하는 설계를 수행할 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권6호
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• pp.2804-2811
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• 2012

본 연구에서는 직접변위기반 설계법에 의하여 철근콘크리트 기둥이 목표변위에 도달하도록 하는 보강설계를 수행하였다. 철근콘크리트 기둥의 비선형 거동은 등가 선형 시스템으로 단순화하여 해석한다. 먼저 목표변위를 결정하고, 단자유도 시스템의 등가고유주기를 추정하기 위하여 탄성 변위스펙트럼을 작성하였다. 고유주기가 결정되면 시스템의 질량을 근거로 강성을 이용하여 요구강도를 계산한다. 이후 비선형 층상화 단면해석을 통해 얻어진 하중-변위관계에 따라 요구강도를 만족하는 보강설계를 수행하였다. 비선형 층상화 단면해석 프로그램을 개발하고 보강설계 절차를 제안하였으며 이를 적용한 결과, 보강설계를 통해 보강한 철근콘크리트 기둥은 보강하지 않은 기둥과 비교하여 내진 성능이 향상 된 것을 확인 할 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.599-609
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• 2009

2층 규모의 철근콘트리트조 및 포스트텐션조 무량판구조를 1/3 스케일로 축소하여 제작한 실험체의 진동대 실험 결과를 바탕으로 무량판구조의 모델링 기법을 향상하고자 하는 연구를 수행하였다. 이 연구에서 적용한 모델링 방법은 슬래브의 휨모멘트에 의한 휨파괴, 불균형모멘트의 전달에 의한 휨파괴 및 펀칭전단파괴에 의한 슬래브-기둥 접합부의 모멘트 전달능력 상실등의 영향을 반영하는 매우 포괄적인 구조해석 방식이다. 펀칭전단파괴에 대해서는 중력비와 층간변위각에 기초한 한계상태 모델이 적용되었다. 이 논문에서 제안된 비선형 모델은 무량판구조의 진동대 실험 결과와 잘 부합하는 것으로 나타났다.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제11권1호
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• pp.135-149
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• 2017

The prediction of the actual ultimate capacity of confined concrete columns requires partial confinement utilization under eccentric loading. This is attributed to the reduction in compression zone compared to columns under pure axial compression. Modern codes and standards are introducing the need to perform extreme event analysis under static loads. There has been a number of studies that focused on the analysis and testing of concentric columns. On the other hand, the augmentation of compressive strength due to partial confinement has not been treated before. The higher eccentricity causes smaller confined concrete region in compression yielding smaller increase in strength of concrete. Accordingly, the ultimate eccentric confined strength is gradually reduced from the fully confined value $f_{cc}$ (at zero eccentricity) to the unconfined value $f^{\prime}_c$ (at infinite eccentricity) as a function of the ratio of compression area to total area of each eccentricity. This approach is used to implement an adaptive Mander model for analyzing eccentrically loaded columns. Generalization of the 3D moment of area approach is implemented based on proportional loading, fiber model and the secant stiffness approach, in an incremental-iterative numerical procedure to achieve the equilibrium path of $P-{\varepsilon}$ and $M-{\varphi}$ response up to failure. This numerical analysis is adapted to assess the confining effect in rectangular columns confined with conventional lateral steel. This analysis is validated against experimental data found in the literature showing good correlation to the partial confinement model while rendering the full confinement treatment unsafe.

• 한국지진공학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.1-12
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• 2010

본 연구에서는 얕은 연약지반에서 구조물-지반 상호작용의 영향을 받는 구조물의 비탄성거동을 정확히 나타낼 수 있는 유한요소해석 방법을 연구하였다. 이를 위하여, 국내의 지반특성을 반영한 얕은 연약지반과 단자유도 구조물로 2차원 유한요소모델을 구성하고, 다양한 지진파와 지반에 대해 OpenSees 해석프로그램을 이용한 비선형 시간이력해석을 수행하였다. 연약지반의 비선형거동을 반영하기 위하여 일반적으로 흔히 사용되는 등가선형 주파수영역 해석 결과와 비선형 시간이력 유한요소해석 결과의 차이를 검토하였다. 그 비교결과는 등가선형강성을 사용하고 지반-구조물 상호작용을 고려하지 않는 주파수영역해석은 단주기영역의 구조물의 응답스펙트럼을 과대평가할 수 있음을 보여주었다. 응답스펙트럼에 대한 지반-구조물 상호작용의 영향은 기초크기와 구조물의 질량의 변화와 큰 관계 없이 일정하게 나타났다.