• Steel and Composite Structures
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• 제46권6호
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• pp.793-804
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• 2023

In this study, cyclic loading tests were conducted to assess the seismic performance of cast-in-place (CIP) concrete-filled hollow core precast concrete columns (HPCC) constructed using steel ducts and rubber tubes. The outer shells of HPCC, with a hollow ratio of 47%, were fabricated using steel ducts and rubber tubes, respectively. Two combinations of shear studs & long threaded bars or cross-deformed bars & V-ties were employed to ensure the structural integrity of the old concrete (outer shell) and new CIP concrete. Up to a drift ratio of 3.8%, the hysteresis loop, yielding stiffness, dissipated energy, and equivalent damping ratio of the HPCC specimens were largely comparable to those of the solid columns. Besides the similarities in cyclic load-displacement responses, the strain history of the longitudinal bars and the transverse confinement of the three specimens also exhibited similar patterns. The measured maximum moment exceeded the predicted moment according to ACI 318 by more than 1.03 times. However, the load reduction of the HPCC specimen after reaching peak strength was marginally greater than that of the solid specimen. The energy dissipation and equivalent damping ratios of the HPCC specimens were 20% and 25% lower than those of the solid specimen, respectively. Taking into account the overall results, the structural behavior of HPCC specimens fabricated using steel ducts and rubber tubes is deemed comparable to that of solid columns. Furthermore, it was confirmed that the two combinations for securing structural integrity functioned as expected, and that rubber air-tubes can be effectively used to create well-shaped hollow sections.

• Earthquakes and Structures
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• 제25권6호
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• pp.417-427
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• 2023

If the center of mass and center of stiffness or strength of a structure plan do not coincide, the structure is considered asymmetric. During an earthquake, in addition to lateral vibration, the structure experiences torsional vibration as well. Lateraltorsional coupling in asymmetric structures in the plan will increase lateral displacement at the ends of the structure plan and, as a result, uneven deformation demand in seismically resistant frames. The demand for displacement in resistant frames depends on the magnitude of transitional displacement to rotational displacement in the plan and the correlation between these two. With regard to the inability to eliminate the asymmetrical condition due to various reasons, such as architectural issues, this study has attempted to use supplemental viscous dampers to decrease the correlation between lateral and torsional acceleration or displacement in the plan. This results in an almost even demand for lateral deformation and acceleration of seismic resistant frames. On this basis, using the concept of Torsional Balance, adequate distribution of viscous dampers for the decrease of this correlation was determined by transferring the "Empirical Center of Balance" (ECB) to the geometrical center of the structure plan and thus obtaining an equal mean square value of displacement and acceleration of the plan edges. This study analyzed stiff and flexible torsional structures with one-way and two-way mass asymmetry in the Opensees software. By implementing the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, the optimum formation of dampers for controlling lateral displacement and acceleration is determined. The results indicate that with the appropriate distribution of viscous dampers, not only does the lateral displacement and acceleration of structure edges decrease but the lateral displacement or acceleration of the structure edges also become equal. It is also observed that the optimized center of viscous dampers for control of displacement and acceleration of structure depends on the amount of mass eccentricity, the ratio of uncoupled torsional-to-lateral frequency, and the amount of supplemental damping ratio. Accordingly, distributions of viscous dampers in the structure plan are presented to control the structure's torsion based on the parameters mentioned.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권2호
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• pp.111-122
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• 2017

본 연구에서는 1900mm급의 춤이 깊은 콘크리트 채움 U형 메가 합성보의 합성보통모멘트골조에 대한 적용성을 검토하였다. 대형 합성보의 실물대 내진성능실험에 대한 현실적 제약으로 인하여 작은 규모의 실험체에 대해 수행된 기존 실험결과의 분석과 수치해석연구의 보완을 통해 연구를 수행하였다. 이러한 형태의 합성보는 부모멘트 작용시의 웨브국부좌굴이 가장 중요하므로 선행 실물대 실험결과로부터 웨브의 판폭두께비와 층간변형능력 사이의 관계를 분석하였다. 그 결과, 25mm 두께의 U형 강재단면을 지닌 1900mm급의 대형 합성보라 하더라도 층간변위각 2% 이후 웨브국부좌굴을 경험하고 3% 이후 최대변형에 도달하는 것으로 확인되었다. 이는 합성보통모멘트골조의 요구조건을 상회하는 것으로 AISC 기준에 따른 웨브 판폭두께비 제한이 본 연구의 U형 단면에는 보수적임을 시사하기도 한다. 유한요소해석을 통해서는 합성보의 휨성능 및 웨브국부좌굴에 대한 수평스티프너의 영향을 분석하였다. 대형 합성보는 스티프너 보강과 관련없이 부모멘트 방향으로 공칭소성모멘트 이상의 휨성능을 발휘하였으며, 스티프너를 보강할 경우에는 웨브국부좌굴이 상당히 지연되는 긍정적인 효과가 있었다. 이상의 실험결과 분석 및 해석연구에 의하면 1900mm급의 춤이 깊은 콘크리트 채움 U형 메가 합성보는 합성보통모멘트골조에 보수적으로 적용가능한 것으로 판단된다.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2004년도 정기총회 및 제6최 특별 심포지움
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• pp.70-83
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• 2004

문화유산의 안전진단에 대한 가장 중요한 전제는 비파괴에 있다. 석조문화재에 대하여서도 비파괴진단과 보존을 위한 연구는 필수적이며 주요한 기술적 핵심이다. 비파괴진단 기술로서 지구물리탐사는 석조문화재 지반의 특징을 밝히는 중요한 역할을 하는데, 그 이유는 지반의 특성을 이해하는 것이 안전진단에 필수적이기 때문이다. 탐사사례로 국보급문화재인 경주 불국사의 다보탑(높이 10.4m, 기단폭 7.4m, 하중 123.2 ton)과 석가탑(높이 10.8m, 기단폭 4.4m, 하중 82.3ton)에 대한 지구물리탐사가 이루어졌다. 현재 석탑에서는 풍화는 물론 탑의 기울임 및 지대석의 어긋남 현상들이 관찰된다. 두 탐을 구성하는 석재의 역학적 성질을 위해 초음파 속도 측정을 실시하였고 천부지하구조를 위해 탄성파, 전기비저항, 지하레이더 등의 비파괴 복합 지구물리탐사를 석탑 주변에서 수행하였다. 초음파 속도범위는 석가탑에서는 1217${\~}$4403 m/s이며, 다보탑에서는 584${\~}$5845 m/s이며 이로부터 추정한 일축강도 평균치는 각각 463 kg/$cm^2$, 409 kg/$cm^2$이다. 탄성파 속도 분포에서는 다보탑 지반이 더 큰 속도를 보여 상대적으로 석가탑 지반보다 견고함을 보여준다. 대체로 석탑지반의 전기비저항은 최대 2200 $\Omega$m이며 200 $\Omega$m내외의 외부지반보다 더 높은 값을 보인다. 복합 지구물리탐사 결과를 종합하면 다보탑지반의 형태는 팔각형(한 변은 6 m)으로 그 깊이는 약 4 m 이나, 석가탑지반은 약 8${\times}$10 m의 직사각형 형태로 깊이는 약 3 m 이다. 이는 석탑 건립 당시 약 $8ton/m^2$의 탑 하중을 견디기 위해 구축한 기초구조로 해석한다. 대체로 두 석탑의 북서쪽 부분이 주변지역보다 낮은 탄성파 속도와 낮은 비저항 값이 관찰되는데 이 부분은 연약한 지반으로 판단하며 각 석탑이 북북서쪽 방향으로 기우는 원인으로 판단한다.

• 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.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.34-45
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• 2017

본 연구에서는 소규모 철골조에 대한 기존 건축물의 접합부 현황조사와 분석을 통해 노출형 주각부에 대한 내진성능을 평가하였다. 총 9개의 주각부에 대한 반복가력 실험을 통해 휨강도, 변형능력, 그리고 초기강성 등이 조사되었다. 실험의 주요 변수는 베이스 플레이트의 두께, 앵커볼트의 개수와 매립깊이, 앵커볼트 후크의 유무, 그리고 리브 플레이트의 유무이다. 본 실험결과에 의하면, 주각부의 휨거동은 앵커볼트의 개수와 매립깊이, 그리고 베이스 플레이트의 두께에 영향을 받는 것으로 나타났다. 반면에, 주각부에 설치된 리브플레이트는 휨강도에 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 종합적으로 노출형 철골 주각부와 기초부 그리고 앵커볼트 등이 모두 현행 구조기준을 만족한다고 할지라도, 앵커볼트와 기초부 콘크리트 사이의 부착력이 충분하지 않을 경우, 슬립형 거동이 관측되어 개선이 필요한 것으로 파악되었다. 앵커볼트의 매립깊이가 현행 구조기준을 만족하고, 앵커볼트에 후크가 설치된 경우, 노출형 주각부의 초기강성은 주각부가 구속되었을 때의 휨강성 하한값의 약 15% 수준인 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.399-407
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• 2010

이 연구에서는 동결융해 사이클을 경험한 2가지 종류의 휨부재의 거동특성을 평가하였다. 이 연구의 목적은 동결융해에 따른 철근콘크리트 보의 거동특성을 검토하는 것이다. 이를 위해 일부 실험체는 동결융해를 경험하기 전, 인장철근이 항복되기까지 손상을 입도록 계획되었다. 또한 반복하중 재하시 강성저하 특성을 평가하기 위하여 단조 및 반복재하 실험을 실시하였다. 재료 실험 결과, 동결융해 300사이클을 경험한 콘크리트의 상대동탄성계수는 86.8%까지 감소되었으나 내동해저항성은 충분히 가지고 있는 것으로 평가되었다. 단조재하 실험 결과, 동결융해 사이클에 따른 휨 강도, 연성 및 강성은 상대적으로 감소하는 것으로 나타났다. 특히, 인위적 균열손상을 경험한 BDF13 시리즈는 현행 콘크리트설계기준에서 요구하는 공칭모멘트를 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 반복재하시 BF75 시리즈에서 동결융해를 경험함에 따라 10% 이상의 반복강성 저하를 나타내었다. 따라서 내진부재와 같이 반복하중을 받게 되는 부재를 설계할 경우, 동결융해로 인한 압축측 콘크리트의 변형 특성도 고려되어야 할 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회지
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• 제10권6호
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• pp.335-343
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• 1998

현재 미국에서는 강한 지진지역에서의 골조구조에 대한 새로운 실험규정이 만들어지고 있으며, 이의 목적은 비교적 신뢰성이 높은 실험결과를 얻고 이들 실험결과를 다른 연구자들이 서로 이용 가능하도록 하는 것이다. 이 실험규정에서는 실험방법 뿐만 아니라, 실험후의 분석방법 특히, 실험체가 최소한 보유하여야 할 층위변각, 에너지 소산성능, 강성, 강도 등이 규정되어 있다. 이러한 지침이 설정됨으로 인하여, 여태까지 주관적으로 평가된 시험결과의 분석들이 비교적 객관적으로 평가될 수 있게 될 것으로 보여진다. 전단벽 구조 역시 지진저항에 매우 효과적인 시스템으로서, 이러한 실험지침이 필요하다. 그러나 전단벽 구조의 주 부재인 전단벽은 횡력에 의해서 발생하는 구조물의 횡변위를 억제시키고, 강성과강도를 증가시키는 역할을 하기 때문에 그 거동 특성이 골조주조와는 다소 다르다. 본 연구에서는 이러한 전단벽의 층변위와 에너지 소산성능에대하여 연구를 하고 구조실험시 요구된느 적정 값들을 제시하고자 하였다. 구조실험시(반복하중실험), 높은 지진지역의 전단벽 구조가 보유해야할 최소변형능력(횡변위)을 구하기 위해 기존 연구자들에 의해 실험된일련의실험자료들을 분석할 뿐만 아니라 전단벽을 켄틸레버로 이상화하여 층변위를 형상비, 변위 연성비로 관계로 나타내고, 현재 각 국가의 내진설계 규정에서 정하고 있는 건물의 층변위각을 고려하여 전단벽의 최소 층변위를 제시하였다. 또한 미국의 NEHRP 규준에서 규정하고 있는 소산에너지와 감쇠의 관계를 이용하고, 변위 연성비를 도입하여 구조실험시 요구되는 전단벽의 최소 소산에너지값을 제시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.5-14
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• 2010

본 연구에서는 지반의 응력상태와 동하중을 실제 지반 및 지진하중과 가장 가깝게 모사하기 위하여 여러 압밀 응력비(K) 조건으로 시료를 구속시킨 후 실지진 하중을 이용해 진동삼축시험을 수행하였다. 시험시 시료는 액상화가 발생 가능한 상대밀도 50%의 주문진 표준사를 사용하였다. 시험은 K를 0.5~1.0까지 변화 시키며 구속된 시료에 Ofunato 지진파와 Hachinohe 지진파를 사용하여 축하중을 변화 시키며 진동삼축시험을 수행하여 과잉간극수압비의 발현 정도에 따라 액상화 저항강도를 판단하였다. 연구 결과 K값이 클수록 과잉간극수압비의 발현이 크게 되었고, 다른 조건이 같을 때 등방구속된 시료에서 과잉간극수압비의 발현이 가장 잘되었다. 즉, 등방 구속된 시료가 이방 구속된 시료보다 동일 조건에서 액상화 저항강도가 더 크다는 사실에 반하는 것을 알 수 있었다. 시험 결과 값을 이용하여 K에 따른 최대과잉간극수압비를 유도할 수 있었고, 그것을 유효구속압과 축차 하중을 이용하여 선형으로 정규화 하였으며, 등방 구속된 시료의 액상화 저항강도로부터 이방 구속된 시료의 액상화 저항강도를 구할 수 있는 보정계수를 제안하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.73-80
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• 2022

본 연구에서는 공장에서 L형강을 이용하여 선조립한 NRC 보와 NRC 기둥을 현장에서 볼트 조립하는 NRC 보-기둥접합부 상세를 개발하였다. 개발된 접합부 상세는 NRC-J형과 NRC-JD형이다. NRC-J형은 NRC 기둥 측면의 강재 플레이트와 NRC 보의 엔드플레이트의 측면과 하부면에 TS볼트로 인장접합하는 방식이다. NRC-JD형은 전단에 대해서 NRC 보와 NRC 기둥의 측면을 고력볼트접합하고, 휨에 대해서 접합부를 관통하는 철근연결재와 보의 보강재를 겹침이음하도록하는 강접합 방식이다. 접합부 내진성능평가를 위하여, 두 가지 NRC 보-기둥 접합부 상세를 가지는 NRC-J 실험체, NRC-JD 실험체와 RC 보-기둥 접합부 상세를 가지는 RC-J 실험체 등 3개의 실험체를 제작하였다. 반복횡하중가력 실험결과, 모든 실험체의 최종 파괴형상은 보-기둥 접합면에서 보의 휨파괴로 나타났다. 정가력에 의한 실험체 최대내력은 RC-J 실험체에 비하여 NRC-J 실험체와 NRC-JD 실험체가 각각 10.1%, 29.6% 크게 나타났다. 두가지 NRC 접합부 상세 모두 KDS 기준(KDS 41 3100)의 합성중간모멘트골조 모멘트접합부에서 요구되는 최소 총층간변위각 0.03 rad 이상의 연성능력을 확보는 것으로 평가되었다. 부재각 5.7%에서 NRC-J실험체, NRC-JD 실험체가 RC실험체에 비해 약 34.8%, 61.1% 큰 누적 에너지 소산능력을 보유하고 있었다. NRC 보-기둥 접합부의 실험내력이 KDS 기준식에 의한 이론내력에 비하여 30%~53% 큰 것으로 평가되어, 기준식이 보유성능을 안전측으로 평가하였다.