• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권4C호
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• pp.221-230
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• 2008

캐나다 서부 밴쿠버 지역의 Fraser강 바닥의 사질토 지반에 위치한 George Massey 침매터널이 지진 시에 어떻게 거동하는 지를 연구하였다. 지진으로 발생하는 간극수압을 계산할 수 있는 유효응력모델인 UBCSAND모델을 이용하여 지진하중으로 인한 지반의 변위와 침매터널의 거동을 예측하였으며, 이를 미국 Rensselaer Polytechnic Institute(RPI)에서 실시한 원심모형실험 결과와 비교하였다. 본 연구에서 해석한 George Massey 침매터널의 원심모형실험은 2개의 모델로 구성되었으며, Model 1은 기본 모델로서 원상태 지반을, Model 2는 다짐공법으로 지반개량을 실시한 지반을 모델링하였다. 원심모형실험 Model 1에서 설계지진으로 인한 주변 지반의 액상화로 모형터널의 변위가 크게 발생하였다. Model 2에서 다짐공법으로 터널 주변 지반을 개량하였을 때 모형터널의 수직 및 수평 변위는 Model 1보다 50% 정도 감소하였다. UBCSAND모델은 원심모형실험에서 계측된 과잉간극수압, 가속도, 변위를 비교적 잘 예측할 수 있었다. 이와 같이 검증된 수치해석방법은 유사한 지반에 설치된 침매터널의 지진 시 변위와 거동을 예측할 수 있으며, 액상화에 대한 지반개량공법과 개량범위를 체적화할 수 있을 것으로 판단된다.

• Smart Structures and Systems
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• 제32권5호
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• pp.281-295
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• 2023

The purpose of this study is to demonstrate and verify the application of phase-control absolute-acceleration-feedback active tuned mass dampers (PCA-ATMD) to multiple-degree-of-freedom (MDOF) building structures. In addition, servo speed control technique has been developed as a replacement for force control in order to mitigate the negative effects caused by friction and inertia. The essence of the proposed PCA-ATMD is to achieve a 90° phase lag for a structure by implementing the desired control force so that the PCA-ATMD can receive the maximum power flow with which to effectively mitigate the structural vibration. An MDOF building structure with a PCA-ATMD and a real-time filter forming a complete system is modeled using a state-space representation and is presented in detail. The feedback measurement for the phase control algorithm of the MDOF structure is compact, with only the absolute acceleration of one structural floor and ATMD's velocity relative to the structure required. A discrete-time direct output-feedback optimization method is introduced to the PCA-ATMD to ensure that the control system is optimized and stable. Numerical simulation and shaking table experiments are conducted on a three-story steel shear building structure to verify the performance of the PCA-ATMD. The results indicate that the absolute acceleration of the structure is well suppressed whether considering peak or root-mean-square responses. The experiment also demonstrates that the control of the PCA-ATMD can be decentralized, so that it is convenient to apply and maintain to real high-rise building structures.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권3호
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• pp.313-323
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• 2024

Most of existing buildings in Mexico City are made of reinforced concrete (RC), however, it has been shown that they are very susceptible to narrow-band long duration ground motions. In recent years, the use of dual systems composed by Buckling Restrained Braces (BRB) has increased due to its high energy dissipation capacity under reversible cyclical loads. Therefore, in this work the behavior of RC buildings with BRB is studied in order to know their performance, specifically, the energy distribution through height and response transformation factors between the RC and simplified systems are estimated. For this propose, seven RC buildings with different heights were designed according to the Mexico City Seismic Design Provisions (MCSDP), in addition, equivalent single degree of freedom (SDOF) systems were obtained. Incremental dynamic analyses on the buildings under 30 narrow-band ground motions in order to compute the relationship between normalized hysteretic energy, maximum inter-story drift and roof displacement demands were performed. The results shown that the entire structural frames participate in energy dissipation and their distribution is independent of the global ductility. The results let propose energy distribution equations through height. Finally, response transformation factors between the SDOF and multi degree of freedom (MDOF) systems were developed aimed to propose a new energy-based approach of BRB reinforced concrete buildings.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.377-387
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• 2014

본 연구는 지진에 대한 구조물의 손상을 최소화 하기 위하여 슬립 저항력을 활용한 새로운 형태의 마찰 댐퍼형 가새 시스템의 설계와 개발을 주로 다루고자 한다. 가새 부재 내에서 전단력에 의한 마찰 거동으로 상당량의 에너지를 수동적으로 소산하기 위하여 플레이트 전단 이음부 위에 슬롯 형태의 볼트 구멍을 설치한다. 여기에 전단 마찰 거동으로 인해 발생되는 잔류변형을 줄이고자 상온에서 원형복원이 가능한 초탄성 형상합금 와이어를 꼬아서 만든 연선을 설치하여 댐퍼 시스템 내에 복원성을 증진 시켰다. 기존에 주로 사용된 수동적인 변위 제어 장치와 비교하여 본 연구에서 다루고자 하는 자동복원이 가능한 마찰 댐퍼형 가새 시스템은 중심 가새 프레임 구조물에 손쉽게 설치하여 지진발생 후에 구조물에 발생하는 층간 잔류변위를 최소화하여 유지 보수에 소모되는 비용의 대폭적인 절감을 기대할 수 있다. 본 연구에서는 자동복원이 가능한 마찰 댐퍼형 가새 시스템의 역학적인 거동 메커니즘을 살펴보고 실험값으로 보정되어 신뢰성을 확보한 스프링 모델을 사용하여 해석을 실시하였다. 시스템에 다양한 설계 변수를 적용하여 복원성과 에너지 소산 능력 측면에서 제안된 댐퍼의 성능 동향을 분석을 하고 최적의 설계 방식을 제안하고자 한다. 마지막으로 자동복원이 가능한 마찰 댐퍼를 중심 가새 프레임 구조물에 설치하여 비선형 동적 해석을 실시하고 기존의 시스템과 비교하여 성능적인 우수성을 입증하고자 한다.

• 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.

• 한국지진공학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.11-19
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• 2007

이 연구에서는 인접한 두 빌딩의 진동제어를 위한 방법으로 선형 점성 감쇠기의 위치별 용량의 최적설계방법을 제시하고자 한다. 기존 연구들에서는 감쇠기의 균등분포 또는 층별 감쇠비의 민감도에 비례하는 분포의 가정 하에서의 준최적(suboptimal) 설계문제를 다룬 반면, 이 연구에서는 감쇠기의 위치별 용량을 독립적인 설계인자로 고려함으로써 전역 최적해를 결정하는 최적화기법을 다루었다. 이를 위하여 넓은 영역에서 다수의 설계변수를 효율적으로 검색할 수 있는 유전자 알고리즘(genetic algorithm)을 도입하였으며, 제어 성능 및 감쇠용량에 대한 목적함수의 정의를 달리함으로써 얻어지는 여러 최적설계 결과를 상호 비교하여 보다 최적의 해를 구할 수 있는 목적함수를 정립하였다. 기존 연구결과와의 제어성능 및 감쇠용량의 비교를 통하여 제시하는 방법의 효율성을 검증하였다. 아울러 서로 상이한 주파수 성분을 띄는 실제 역사지진에 대한 시간이력해석을 통하여 제시하는 방법이 인접 구조물의 효과적인 제진설계방법이 될 수 있음을 입증하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.361-373
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• 2014

건설시장이 보다 고층화 장스팬화되어감에 따라 건설재료 또한 고성능화되어가고 있다. 이러한 추세에 따라 국내에서도 건축용 인장강도 800MPa급 강이 개발되었다. 현재 고강도강을 대상으로 한 휨재, 압축재, 접합부의 적용실험이 지속적으로 이루어지고 있으나 아직까지 고강도강 적용에 대한 설계지침이 마련되어 있지 않은 실정이다. 이 중 고강도강 기둥-보 접합부의 경우 고강도강의 특성이라고 할 수 있는 높은 항복비에 의해 연성접합부 구현에 대한 평가가 비관적이며 연구자료 또한 미비하다. 따라서 본 연구에서는 고강도강 기둥-보 접합부의 변형능력 향상을 위하여 접합상세를 변수로 하고 연성접합부 구현을 위한 연구를 수행하였다. 접합상세로는 논스캘럽 공법과 개량 수평스티프너 공법을 적용하였다. 적용한 접합상세를 가지는 접합부 모델들을 대상으로 실물대 반복재하실험과 비선형 유한요소해석을 실시하였다. 연구결과, 제시한 접합상세를 가지는 고강도강 기둥-보 접합부의 구조성능은 KBC기준의 특수모멘트골조의 요구성능을 만족하는 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.299-309
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• 2014

HSA800은 건축구조용 고성능 강재로서 KS규격에 항복강도 650MPa-770MPa, 인장강도 800MPa-950MPa를 가지며 항복비(항복강도/인장강도) 또한 0.85이하로 제한되어있으며 TMCP 기법으로 제조되어 뛰어난 용접성을 나타내는 특징이 있다. 본 연구에서는 국내 최초의 초고층 빌딩인 롯데월드타워의 메가 구조부재를 대상으로 고강도 강재 적용시 구조물 안전성의 변동사항 및 시공성 개선 등을 검토하여 경제적 설계를 위한 대안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 대상 부재로는 아웃리거 코어월 매립부 상/하현재, 벨트트러스, 외곽 철골기둥이 선정되었다. 원설계 단면을 등가 도강도 강재 단면으로 환산하여 두께를 결정한 후 중력저항모델, 횡력저항모델, 연쇄붕괴 모델을 구조해 석시뮬레이션을 통하여 성능을 비교 평가하였다. 그 결과 횡강성에 영향을 주지 않는 부재는 고강도 강재 적용이 가능하며 원설계 대비 약 1100톤의 물량 절감 효과가 있었다. 따라서, 고강도 강재를 사용하면 부재 두께를 줄일 수 있으므로 부재 제작성 및 시공성이 향상될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.465-474
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• 2008

실시간 하이브리드 실험법(real-time hybrid testing method)은 구조물의 수치해석부와 실험부 부분구조를 운동방정식으로 통합하여 실시 간으로 동시에 계산과 실험을 수행하는 방법이다 본 연구는 실시간 하이브리드 실험법을 사용하여 수동 및 준능동 MR감쇠기가 설치된 건축구조물의 내진성능을 정량적으로 평가한다. 건물 모델은 실물 크기 5층 건물을 강제진동실험 결과를 통해 식별한 수치모델로 사용하였고, MR감쇠기는 실험적 부분구조르 UTM에 설치되었다. 본 연구에서 수행되는 실시간 하이브리드 실험은 사인파 및 지진파 가진을 통하여 얻은 결과와 전류에 따른 MR감쇠기의 제어력을 이용하여 얻은 Bouc-Wen모델을 사용하여 얻은 해석모델과 일치함으로 그 유효성을 입증하였다. 또한 예비연구로써 구조물의 응답을 최적으로 제어하기 위한 clipped-optimal 제어알고리즘과 modulated homogeneous friction 준능동 제어알고리즘을 MR감쇠기에 적용하였다. 각 전류별 Bouc-Wen모델을 곡선맞춤하여 각각의 Bouc-Wen모델 파라미터를 식별하였으며 그 결과를 준능동 제어알고리즘 수치해석에 적용하였다. 또한 실시간 하이브리드 실험법을 이용한 준능동 제어 실험결과와 해석결과를 비교하여 준능동 제어알고리즘의 성능을 평가함에 있어 실시간 하이브리드 실험이 합리적임을 보여준다.