• Steel and Composite Structures
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• 제34권5호
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• pp.625-641
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• 2020

The realistic modeling of the beam-column semi-rigid connection in steel frames attracted the attention of many researchers in the past for the seismic analysis of semi-rigid frames. Comparatively less studies have been made to investigate the behavior of steel frames with semi-rigid connections under different types of earthquake. Herein, the seismic behavior of semi-rigid steel frames is investigated under both far and near-field earthquakes. The semi-rigid connection is modeled by the multilinear plastic link element consisting of rotational springs. The kinematic hysteresis model is used to define the dynamic behavior of the rotational spring, describing the nonlinearity of the semi-rigid connection as defined in SAP2000. The nonlinear time history analysis (NTHA) is performed to obtain response time histories of the frame under scaled earthquakes at three PGA levels denoting the low, medium and high-level earthquakes. The other important parameters varied are the stiffness and strength parameters of the connections, defining the degree of semi-rigidity. For studying the behavior of the semi-rigid frame, a large number of seismic demand parameters are considered. The benchmark for comparison is taken as those of the corresponding rigid frame. Two different frames, namely, a five-story frame and a ten-story frame are considered as the numerical examples. It is shown that semi-rigid frames prove to be effective and beneficial in resisting the seismic forces for near-field earthquakes (PGA ≈ 0.2g), especially in reducing the base shear to a considerable extent for the moderate level of earthquake. Further, the semi-rigid frame with a relatively weaker beam and less connection stiffness may withstand a moderately strong earthquake without having much damage in the beams.

• Steel and Composite Structures
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• 제46권2호
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• pp.237-252
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• 2023

The article describes the development of a novel dissipative bracing connection device (identified by the acronym DRBrC) for concentrically braced frames in steel and composite structures. The origins of the device trace back to the seminal work of Kelly, Skinner and Heine (1972), and, more directly related, to the PIN-INERD device, overcoming some of its limitations and greatly improving the replaceability characteristics. The connection device is composed of a rigid housing, connected to both the brace and the beam-column connection (or just the column), in which the axial force transfer is achieved by four-point bending of a dissipative pin. The experimental validation stages, presented in detail, consisted of a preliminary testing campaign, resulting in successive improvements of the original device design, followed by a systematic parametric testing campaign. That final campaign was devised to study the influence of the constituent materials (S235 and Stainless Steel, for the pin, and S355 and High Strength Steel, for the housing), of the geometry (four-point bending intermediate spans) and of the loading history (constant amplitude or increasing cyclic alternate). The main conclusions point to the most promising DRBrC device configurations, also presenting some suggestions in terms of the replaceability requirements.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2009년도 춘계 학술대회 제21권1호
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• pp.69-70
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• 2009

본 논문에서는 교량의 급속시공을 위하여 분절하여 기 제작된 합성기둥을 현장에서 연결하여 완성하는 조립식 합성교각의 내진거동을 조사하였다. 정적반복가력실험 결과, 조립식 합성교각의 내진성능은 내진설계가 된 철근콘크리트 교각에 비해 전반적으로 우수한 것으로 나타났다.

• Steel and Composite Structures
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• 제22권4호
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• pp.915-935
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• 2016

Steel systems composed of Reinforced Concrete column to Steel beam connection (RCS) have been raised as a structural system in the past few years. The optimized combination of steel-concrete structural elements has the advantages of both systems. Through beam and through column connections are two main categories in RCS systems. This study includes finite-element analyses of mentioned connection to investigate the seismic performance of RCS connections. The finite element model using ABAQUS software has been verified with experimental results of a through beam type connection tested in Taiwan in 2005. According to verified finite element model a parametric study has been carried out on five RCS frames with different types of lateral restraint system. The main objective of this study is to investigate the forming of plastic hinges, distribution of stresses, ductility and stiffness of these models. The results of current research showed good performance of composite systems including concrete column-steel beam in combination with steel shear wall and bracing system, are very desirable. The results show that the linear stiffness of models with X bracing and steel shear wall increase remarkably and their ultimate strength increase about three times rather than other RCS frames.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.601-612
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• 2013

본 연구에서는 중간 지진 영역대에서 사용 가능한 TSC 합성보-PSRC 합성기둥 접합부의 내진 상세를 개발하였다. 시공성 향상을 위하여 TSC보의 상하부 플랜지는 조인트를 관통시키지 않고, 웨브만 조인트를 관통하였다. 이에 따라 접합부 공칭강도 평가시 상하부 플랜지의 인장력은 고려하지 않았다. 두 개의 내부 접합부와 한 개의 외부 접합부에 대하여 반복가력 실험을 통하여 내진성능을 검증하였다. 내부 접합부의 실험 변수는 보 춤으로 슬래브 두께를 포함하여 600mm, 700mm이다. 실험결과, 실험체는 KBC 2009로 예측한 접합부의 하중재하능력은 실험결과와 잘 일치하였으며, 변형능력과 에너지 소산에 있어서 중간모멘트 골조 요구조건을 만족하는 우수한 성능을 보여주었다. 3%~4% 층간변위비 이후 보 웨브 강판의 좌굴 및 파단으로 인하여 실험체의 하중 재하능력이 감소하였다. ASCE 합성접합부 설계기준을 수정하여 TSC보-PSRC기둥 접합부의 전단강도를 평가하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.313-322
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• 2007

PCS 구조 시스템은 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보로 이루어진 합성 구조 시스템의 일종이다. 이 시스템은 접합부를 볼트로 연결함으로써 완전건식공법이며 조립식이어서 시공성 및 경제성 면에서 많은 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 실험체를 구성하는 PC 기둥 및 접합부를 개발하였으며, PCS 구조 시스템의 구조적 특성과 내진 성능을 파악하기 위하여 다양한 실험을 수행하였다. 실험 결과 개발된 PC 기둥은 손상 이후에도 강도 성능을 유지하는 우수함을 보였다. 철골보의 스캘럽은 파괴 모드 조절 및 에너지소산 능력에 효율적인 것으로 나타났으며, 단부 평판으로 구속된 접합부는 그 강도 성능이 매우 우수하였다 타설된 슬래브는 파괴 모드 조절 및 에너지소산 능력에 바람직하지 못한 효과를 보였다. 내진 성능 분석 결과 PCS 구조 시스템은 초기 강성을 제외한 강도 및 강성 저하, 에너지소산 성능의 ACI 기준을 모두 만족하는 것으로 나타났으며 매우 우수한 것으로 분석되었다. 초기 강성의 경우 PCS 구조 시스템은 다른 합성 구조와 비슷한 수준이었으며, 일반콘크리트 및 철골조도 ACI의 기준을 만족하지 못하는 것으로 조사되었다. 이러한 이유는 ACI의 초기 강성 평가 기준이 부분 구조 실험체만으로는 만족하는데 한계가 있기 때문이다. 그러므로 본 연구에서 수행된 PCS 구조 시스템은 내진 성능 및 역학적 성능이 매우 우수한 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권1호
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• pp.25-36
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• 2017

1994년 노스리지 지진 당시 발생한 용접모멘트 접합부의 취성파괴는 주로 보 하부 플랜지에서 발생하였다. 특히 국내 기존 용접철골모멘트 접합부의 경우 과다한 전단스터드 배치에 따른 의도치 않은 합성작용로 인해 지진 내습 시 보 하부 플랜지의 취성파단이 더욱 우려되는 실정이다. 본 논문에서는 합성효과로 인한 접합부 성능저하를 개선하기 위한 목적으로 중량전단탭/수평헌치/삼각헌치로 보강된 접합부 및 RBS가 도입된 접합부에 대한 실험을 실시하였다. 통상 기존 접합부 상부 플랜지의 수정이 불가하다는 점을 고려하여, 본 연구에서는 보 하부 플랜지에만 수평/삼각헌치를 보강하거나 RBS를 도입하여 이 때의 내진성능을 평가하였다. 실물대 실험 결과 수평/삼각헌치 혹은 중량전단탭으로 보강한 실험체는 모두 합성작용으로 인한 부작용을 극복하고 특수모멘트접합부가 요구하는 수준 이상의 소성회전각 5%이상을 발현함을 확인하였다. 또한 SRC 기둥에 RBS를 도입할 경우 접합부에 소요되는 변형의 대부분을 RBS측에서 일어나도록 유도함으로써 SRC기둥에 발생하는 손상을 방지하는 효과가 있음을 규명하였다. 이 중 중량전단탭 보강에 따른 접합부의 거동을 분석하기 위하여 추가의 수치해석 연구를 실시하였으며, 제시한 각각의 보강안에 대한 권장상세를 제시하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제16권2호
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• pp.221-231
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• 2014

The purpose of this study was to evaluate the cyclic behavior of steel column-tree moment connections used in steel moment resisting frames. These connections are composed of shop-welded stub beam-to-column connection and field bolted beam-to-beam splice. In this study, the effects of beam splice length on the seismic performance of column-tree connections were experimentally investigated. The change of the beam splice location alters the bending moment and shear force at the splice, and this may affect the seismic performance of column-tree connections. Three full-scale test specimens of column-tree connections with the splice lengths of 900 mm, 1,100 mm, and 1,300 mm were fabricated and tested. The splice lengths were roughly 1/6, 1/7, 1/8 of the beam span length of 7,500 mm, respectively. The test results showed that all the specimens successfully developed ductile behavior without brittle fracture until 5% radians story drift angle. The maximum moment resisting capacity of the specimens showed little differences. The specimen with the splice length of 1,300 mm showed better bolt slip resistance than the other specimens due to the smallest bending moment at the beam splice.

• Steel and Composite Structures
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• 제26권5호
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• pp.621-634
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• 2018

Flush end-plate (FEP) beam-to-column joints are commonly used for gravity load resisting parts in steel multi-storey buildings. However, in seismic resisting structures FEP joints should also provide rotation capacity consistent with the global structural displacements. The current version of EN1993-1-8 recommends a criterion aiming at controlling the thickness of the end-plate in order to avoid brittle failure of the connection, which has been developed for monotonic loading conditions assuming elastic-perfectly plastic behaviour of the connection's components in line with the theory of the component method. Hence, contrary to the design philosophy of the hierarchy of resistances implemented in EN1998-1, the over strength and the hardening of the plastic components are not directly accounted for. In light of these considerations, this paper describes and discusses the results obtained from parametric finite element simulations aiming at investigating the moment-rotation response of FEP joints under cyclic actions. The influence of bolt diameter, thickness of end-plate, number of bolt rows and shape of beam profile on the joint response is discussed and design requirements are proposed to enhance the ductility of the joints.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.83-97
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• 2011

본 논문에서는 콘크리트 채움 U형 강재보와 철근콘크리트 기둥으로 구성된 접합부의 내진 상세를 개발하였다. 접합부 내진성능을 평가하기 위하여 세 개의 보-기둥 접합부 실험체를 반복주기하중에 대하여 실험하였다. 보춤과 기둥 단면 형상을 실험 변수로 하였다. 합성보의 춤은 슬래브 두께를 포함하여 610mm, 710mm이며, 철근콘크리트 기둥은 사각단면과 원형단면이 사용되었다. 접합부를 보강시키기 위하여 사각단면 기둥과 원형단면 기둥에 각각 대각 철근과 외다이어프램 강판을 사용한 특수 상세가 사용되었다. 실험 결과 실험체는 강도와 변형능력, 에너지 소산에 있어서 우수한 성능을 보여주었다. 변형능력은 특수모멘트골조 기준인 4% 이상의 층간변위각을 발휘하였다.