• Steel and Composite Structures
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• 제17권3호
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• pp.215-236
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• 2014

The flexural behaviour of steel beams significantly affects the structural performance of the steel frame structures. In particular, the flexural overstrength (namely the ratio between the maximum bending moment and the plastic bending strength) that steel beams may experience is the key parameter affecting the seismic design of non-dissipative members in moment resisting frames. The aim of this study is to present a new formulation of flexural overstrength factor for steel beams by means of artificial neural network (NN). To achieve this purpose, a total of 141 experimental data samples from available literature have been collected in order to cover different cross-sectional typologies, namely I-H sections, rectangular and square hollow sections (RHS-SHS). Thus, two different data sets for I-H and RHS-SHS steel beams were formed. Nine critical prediction parameters were selected for the former while eight parameters were considered for the latter. These input variables used for the development of the prediction models are representative of the geometric properties of the sections, the mechanical properties of the material and the shear length of the steel beams. The prediction performance of the proposed NN model was also compared with the results obtained using an existing formulation derived from the gene expression modeling. The analysis of the results indicated that the proposed formulation provided a more reliable and accurate prediction capability of beam overstrength.

• Steel and Composite Structures
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• 제22권1호
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• pp.141-159
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• 2016

Commonly in steel frames, steel beam and concrete slab are connected together by shear keys to work as a unit member which is called composite beam. When a composite beam is subjected to positive bending, flexural strength and stiffness of the beam can be increased due to "composite action". At the same time despite these advantages, composite action increases the strain at the beam bottom flange and it might affect beam plastic rotation capacity. This paper presents results of study on the rotation capacity of composite beam connected to Rectangular Hollow Section (RHS) column in the steel moment resisting frame buildings. Due to out-of-plane deformation of column flange, moment transfer efficiency of web connection is reduced and this results in reduction of beam plastic rotation capacity. In order to investigate the effects of width-to-thickness ratio (B/t) of RHS column on the rotation capacity of composite beam, cyclic loading tests were conducted on three full scale beam-to-column subassemblies. Detailed study on the different steel beam damages and concrete slab damages are presented. Experimental data showed the importance of this parameter of RHS column on the seismic behavior of composite beams. It is found that occurrence of severe concrete bearing crush at the face of RHS column of specimen with smaller width-to-thickness ratio resulted in considerable reduction on the rate of strain increase in the bottom flange. This behavior resulted in considerable improvement of rotation capacity of this specimen compared with composite and even bare steel beam connected to the RHS column with larger width-to-thickness ratio.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제9권4호통권33호
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• pp.557-578
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• 1997

이 연구의 목적은 매우 큰 지진하에 휨 모멘트에 의해서만 항복하는 부재와 휨 모멘트와 축 방향력에 의하여 항복하는 부재를 모델 할 수 있는 보-기둥 요소를 개발하는데 있다. 이 요소는 직렬 힌지 모델 (one-component series hinge model)로 간주 될 수 있으며, 축 방향 강성도 변화와 축 방향 소성 변형을 고려 할 수 있고 또한 단조, 주기, 임의 하중 등을 적절히 모델 할 수 있는 경화 법칙 (hardening rules)을 고려한다. 일반적으로 이 요소는 실험 결과 및 화이버 모델 (fiber model)에 비교하여 볼 때 기존의 이직선 힌지 모델 (bilinear hinge model)보다 우수한 거동을 보였고 모멘트 저항 뼈대 구조물의 강 부재의 보-기둥 거동을 적절하게 모델 할 수 있었다. 개발된 보-기둥 요소는 지진 하중하에서 구조물의 전체적인 거동과 설계에 필요한 국부 변형량을 기존의 이직선 힌지 모델 보다 매우 정확하게 예측 할 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.323-331
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• 2012

이 논문에서는 콘크리트 기둥에 새로운 보강방법을 제시하여 반복하중에 대한 구조적인 성능시험을 하였다. 두 개의 콘크리트 기둥에 고성능 탄소섬유 다발을 이용하여 X자 형태의 보강을 실시하고, 기둥의 내부에 X-브레이싱을 고정하기 위해 기둥 단면을 천공하여 탄소섬유 다발을 기둥에 삽입한 후 탄소섬유로 단부를 감싸주는 새로운 보강방법인 탄소섬유 앵커 X-브레이싱 보강공법을 이용해 콘크리트 기둥의 구조성능과 보강효과를 시험을 통하여 규명하였다. 이를 위해 탄소섬유로 보강된 휨 파괴형 실험체 기둥과 전단 파괴형 실험체 기둥을 축소모형으로 각각 제작하였다. 휨과 전단저항 기둥에 대해 X-브레이스 보강 유, 무 실험체에 반복하중시험을 통해 기둥의 연성과 강도 보강효과를 확인하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.65-75
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• 2006

건물의 지진응답을 평가하기 위하여 비선형 푸시오버 해석을 수행한다. 구조물의 비탄성 지진응답을 정확히 예측하기 위해서는, 비선형해석에 사용되는 층하중분포가 구조물의 시간이력 지진응답 동안 실제로 발생되는 지진하중분포를 나타낼 수 있어야 한다. 본 연구에서는 건축물의 지진하중분포를 예측하기 위하여 새로운 모드조합법을 개발하였다. 개발된 모드조합법에서는 모드조합계수를 곱한 각 모드의 스펙트럼응답을 조합하여 다수의 지진하중분포를 예측한다. 모멘트 골조와 켄틸레버 벽체에 대한 변수연구를 수행하였다. 변수연구 결과를 토대로, 각 고유모드가 구조물의 지진응답에 미치는 영향을 나타내는 모드조합계수를 정의하였다. 다양한 정형 및 수직 비정형 구조물에 대하여 제안된 계수모드조합법을 적용하였다. 그 결과 제안된 모드조합법은 시간이력 응답 동안 구조물에 실제로 발생되는 지진하중분포를 정확히 예측할 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.19-26
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• 2019

조적 끼움벽은 건축물의 건설에 있어서 공간을 나누고 구획하는데 사용되는 가장 흔한 시스템 중의 하나이다. 조적 끼움벽의 많은 장점에도 불구하고, 대상 시스템은 지진하중에 대하여 주의를 가지고 사용되어야 한다. 지진이 작용하는 동안 끼움벽에는 대각 방향의 압축 스트럿이 형성되면서 주변의 RC 골조에 작용하는 요구 하중을 크게 한다. 특히 개구부가 있는 조적 끼움벽의 경우, 하중 전달과정이 매우 복잡하기 때문에 시스템의 설계에 있어서 엔지니어의 주관적인 판단이 필요하게 된다. 본 연구에서는 개구부를 갖는 조적 끼움벽에 대하여 유한요소해석(FEA)를 실시하여 거동을 조사하였고, 그 결과를 현행 설계기준인 ASCE 41을 적용한 경우와 비교하였다. ASCE 41의 기준을 적용할 때, 압축 스트럿의 등가폭이 FEA를 통한 결과에 비하여 32%까지 작게 나타났다. 또한 하중저항 능력은 ASCE 41을 적용한 경우 FEA에 의한 결과에 비하여 28% 작게 나타났다. 따라서 상당한 노력이 필요한 FEA를 대신하여, 조적 끼움벽의 해석과 설계에 ASCE 41을 적용하면 약 25% 수준의 보수적이며 적절한 결과를 얻을 수다고 할 수 있다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제11권2호
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• pp.95-104
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• 2007

세가지 형태의 고층 비정형 철근콘크리트 건물에 대해 OpenSees를 이용하여 비선형정적해석을 수행한 후, 해석결과와 진동대 실험결과를 비교하여 해석방법에 대한 검증을 수행하고, 해석결과 나타난 비정형 건물의 성능과 하부 필로티부분의 파괴양상을 분석하였다. 선정된 모델은 필로티층이 골조로만 이루어진 모델 (모델 1), 필로티층 내부중앙골조에 벽체가 있는 모델 (모델 2), 그리고, 필로티층의 한쪽 골조에 벽체가 있는 모델 (모델 3)이다. 철근과 콘크리트의 응력-변형률 관계를 섬유모델에 이식하여 비선형부분의 거동을 묘사하고, 벽체도 비선형모델을 이식한 트러스로 이루어진 MVLEM을 적용하였다. 그 결과 축력이 작용함에 따른 기둥의 전단강성변화, 벽체의 들뜸현상 등과 같이 진동대 실험에서 나타난 거동특성을 비교적 정확하게 묘사하였다. 초과강도 측면에서 하부골조에 벽체를 포함하고 있는 모델 2와 모델 3은 모델 1보다 2배 가까이 크다. 이와 같이 모델 2와 모델 3의 초과강도와 연성이 큰 이유는 모델 2와 모델 3의 경우 모델 1로 설계된 골조에 벽체가 낀 벽의 형태로 설계되었기 때문으로 보인다. 그리고, 연성의 측면에서 모델 1과 모델 3은 모델 2의 보다 1.17배 큰 것으로 나타났다. 모델 1과 모델 3의 경우 골조부분에 과도한 모멘트가 작용하여 파괴에 이른 반면, 모델 2는 하부전단벽의 전단파괴에 의해 파괴되었으며, 모델 1과 모델 3에 비하여 크게 작용한 전도모멘트로 인해 기둥에 작용하는 축력의 변화가 크게 발생하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권4호
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• pp.399-406
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• 2012

철근콘크리트 보-기둥 접합부는 구조물 전체의 거동에 가장 크게 영향을 주는 부재 중 하나이다. 보와 기둥의 상대적인 강도 차이가 줄어들면서 지진에 의한 피해가 접합부에도 발생하고 있다. 지진하중과 같은 횡방향 반복하중이 작용하게 되면 접합부는 휨보다는 수직 혹은 수평방향 전단이나 부착에 대한 저항력이 중요하다. 따라서 접합부에 대한 내진설계는 설계자가 의도한 연성에 만족할 때까지 전단이나 부착에 대한 내력이 크게 감소하지 않는 수준의 설계가 요구된다. 하지만 인접보 소성힌지의 변형률 침투와 침투한 변형률의 영향으로 인해서 접합부의 변형이 발생하게 되고 접합부의 내력은 설계자의 요구 수준을 만족하지 못할 수도 있다. 이 논문에서는 부재 각 요소가 내부 접합부에 미치는 변형과 감소하는 전단내력을 파악하고 연성을 계산하는 모델을 제시하였다. 힘의 평형과 변형률 적합조건, 다른 연구자들의 이론을 참고하여 구축하였으며 모델을 실제 실험에 적용하였을 경우 타당한 범위 내에서 평가하였다. 다른 실험 데이터에 대한 추가적인 분석으로 불완전한 부분을 파악하고 개선하여 결과에 대한 오차를 줄이는 연구가 필요하다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제13권1호
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• pp.35-43
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• 2009

강한 지진에 대한 필로티형 고층 철근콘크리트 건물의 거동을 묘사하기 위한 해석기법의 개발과 성능평가를 위해, 상부벽식 하부 골조형식인 필로티형 건물에 대한 1/12축소 진동대 실험결과와 OpenSees를 이용하여 실험모델에 대한 비선형 시간이력해석을 수행한 결과를 비교하였다. 하부골조 형식은 모두 골조로 이루어진 형태(BF)와 전단벽이 한쪽 외부골조에 치우쳐 비틀림이 발생하는 형태(ESW)의 실험체에 대해 해석연구를 수행하였다. 철근과 콘크리트의 응력-변형률관계를 정의한 후 이를 단면에 이식시킨 섬유모델을 통해 비선형거동을 나타내도록 하였으며, 벽체는 MVLEM모델을 이용하였다. 해석결과 본 논문에서 제시한 비선형 모델은 필로티층의 거동(예를 들면 필로티층의 항복강도와 강성 상부구조물의 흔들림, 거동, 그리고 축력의 변화에 따른 축강성과 전단강성의 변화)을 비교적 정확하게 묘사하였다. 그러나 MVLEM으로 벽체의 비선형거동을 구성한 결과 거시거동은 실제 모델을 잘 따랐으나, 비틀림이 주된 진동주기일 때 발생하는 벽체 횡강성의 급격한 증가와 Warping현상으로 인해 코너기둥에 발생하는 과도한 인장력은 제대로 반영하지 못하였다. 비선형 해석으로 설계부재력을 구할 경우 실제보다 약 $20{\sim}30%$ 작게 나타났는데, 이는 실험과 해석방법의 차이때문에 발생한 것으로 보이며, 비선형 거동이 과도하게 발생한 수준의 지진에 대해서는 필로티형 건물의 거동특성을 충실히 나타내었다.