• Steel and Composite Structures
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• 제43권6호
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• pp.797-808
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• 2022

This paper presents an investigation on the free vibration characteristics of functionally graded nanocomposite double-beams reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs). The double-beams coupled by an interlayer spring, resting on the elastic foundation with a linear layer and shear layer, and is simply supported in thermal environments. The SWCNTs gradient distributed in the thickness direction of the beam forms different reinforcement patterns. The materials properties of the functionally graded carbon nanotube-reinforced composites (FG-CNTRC) are estimated by rule of mixture. The first order shear deformation theory and Euler-Lagrange variational principle are employed to derive the motion equations incorporating the thermal effects. The vibration characteristics under several patterns of reinforcement are presented and discussed. We conducted a series of studies aimed at revealing the effects of the spring stiffness, environment temperature, thickness ratios and carbon nanotube volume fraction on the nature frequency.

• Earthquakes and Structures
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• 제23권1호
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• pp.1-11
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• 2022

This study implements a hybrid Genetic Algorithm to detect, locate, and quantify structural damage for multistory shear buildings using partial modal data. Measuring modal responses at multiple locations on a structure is both challenging and expensive in practice. The proposed method's objective function is based on the building's dynamic properties and can also be employed with partial modal information. This method includes initial residuals between the numerical and experimental model and a damage penalization term to avoid false damages. To test the proposed method, a numerical example of a ten-story shear building with noisy and partial modal information was explored. The obtained results were in agreement with the previously published research. The proposed method's performance was also verified using experimental modal data of an 8-DOF spring-mass system and a five-story shear building. The predicted results for numerical and experimental examples indicated that the proposed method is reliable in identifying the damage for multistory shear buildings.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제40권3호
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• pp.297-313
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• 2011

As bridge conditions in the United States continue to deteriorate, rapid bridge replacement procedures are needed. Decked precast prestressed concrete (DPPC) girders are used for rapid bridge construction because the bridge deck is precast with the girders eliminating the need for a cast-in-place slab. One of the concerns with using DPPC girders as a bridge construction option is the durability of the longitudinal joints between girders. The objectives of this paper were to propose a method to use a spring element modeling procedure for representing welded steel connector assemblies between adjacent girders in DPPC girder bridges, perform a preliminary study of bridge performance under multiple loading scenarios and bridge configurations, and discuss model flexibility for accommodating future field data for model verification. The spring elements have potential to represent the contribution of joint grout materials by altering the spring stiffness.

• 한국지진공학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.29-36
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• 2009

본 연구는 철근콘크리트 내부 보-기둥 접합부의 전단거동 예측에 관한 비선형 모델을 제안한 것이다. 보-기둥 접합부 패널존에서의 전단거동 모델을 위하여 면내전단 예측을 위한 연화트러스모델 이론을 수정한 이론을 적용하였다. 이로부터 접합부에서의 평형조건에 의한 등가 모멘트 및 회전 관계를 이용하여 접합부에서의 전단변형 관계를 접합부의 회전스프링의 특성관계로 변환하여 고려토록 하였다. 소개된 해석모델을 축력 및 전단을 받는 내부 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 실험과 비교하였으며, 제시된 모델은 접합부에서의 전단력 뿐만 아니라 전단변형의 예측에도 유효한 것으로 판단되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.2125-2133
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• 2013

최근 콘크리트궤도 공법이 증가함에 따라 인접한 슬래브를 연결하는 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 슬래브의 연결부는 효과적인 하중전달, 변형 연속화, 응력 분산을 위해서 다웰 시스템이 다수 적용된다. 본 연구에서는 콘크리트 슬래브 다웰연결부를 효율적으로 이상화할 수 있는 연결부의 집중 전단스프링 (Lumped shear spring) 모델을 제안한다. 전단 스프링 모델의 강성은 다웰바의 강성과 유격을 고려하였으며, 강도는 연결부의 전단파괴에 근거한 Concrete Capacity Design(CCD) 방법에 의해 산정되었다. 해석모델의 타당성을 검증하기 위하여 다웰로 연결된 슬래브 실험체를 제작하고 재하실험을 수행하였다. 제안된 해석모델은 다웰과 콘크리트 간의 유격으로 인한 초기 비선형성 및 콘크리트 재료 비선형성을 합리적으로 반영하고 있는 것으로 분석되었다. 따라서 향후 슬래브 다웰 조인트로 연결된 콘크리트궤도의 파괴 시까지의 비선형 거동을 합리적으로 예측함으로써 철도 궤도의 설계 시 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.45-54
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• 2011

경계요소를 가지는 철근콘크리트 전단벽의 비선형 해석을 위한 간편 모델을 제안하였다. 이 간편 모델은 전단벽의 휨 및 전단 거동을 스프링요소로 나타낸 거시적 모델이다. 휨거동은 벽체의 단면해석을 기초로 한 모멘트강도와 회전능력을 벽체 양단의 수직 스프링요소로 나타내었다. 경계요소를 가지는 전단벽은 휨거동에 의해 지배되므로 전단거동은 휨거동에 바탕하여 변수를 계산하였고 중앙부 수평 스프링요소로 나타내었다. 제안된 모델은 전단벽 정적이력시험 결과와 비교한 후 비선형동적해석을 수행하여 사용된 이력법칙 및 변수들의 타당성을 조사하였다. 비선형동적해석을 이용한 변수연구를 통하여 내진성능평가의 주요변수인 요구값과 성능값에 미치는 영향을 검토하였다. 그 결과 전단력-전단변형 관계에서 약간의 차이가 있지만 전단벽의 전체거동은 잘 일치하였으며, 주요 변수의 변화에 대해 요구값과 성능값도 일정하게 변화하므로 제안된 해석모델은 경계요소를 가진 철근콘크리트 전단벽에 알맞은 것으로 판단된다.

• 한국기계가공학회지
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• 제20권3호
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• pp.53-59
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• 2021

In vibration-free vehicles such as limousine buses, the vibration is minimized by installing an air spring instead of the leaf spring used in the existing freight cars to prevent the damage to the loaded cargo from shocks generated during movement. In the existing vehicles, steel structures support the air spring system. This study was aimed at replacing the steel structures used in the Z-spring by carbon fiber and glass fiber reinforced plastics. In addition, the mechanical properties (elastic modulus, tensile strength, and shear strength) of carbon fiber and glass fiber prepreg were derived using specimens molded with the corresponding prepreg. The final goal was to develop a material lighter than the conventional steel material but with enhanced mechanical properties. Although the CF prepreg exhibited excellent mechanical properties, the production cost was extremely high. To overcome this limitation, hybrid composites with GF prepreg were examined, which are expected to be promising future materials.

• Geomechanics and Engineering
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• 제25권3호
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• pp.221-231
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• 2021

A two dimensional model of linearly elastic soil spring used for the settlement analysis of the flexible mat foundation is suggested in this study. The spring constants of the soils underneath the foundation were modeled assuming uniformly vertical load applied onto the foundation. The soil spring constants were back calculated using the three-dimensional finite element analysis with Midas GTS NX program. Variation of the soil spring constants was modeled as a two-dimensional polynomial function in terms of the normalized spatial distances between the center of foundation and the analytical points. The Lysmer's analog spring for soils underneath the rigid foundation was adopted and calibrated for the flexible foundation. For validations, the newly proposed soil spring model was incorporated into a two dimensional finite difference analysis for a square mat foundation at the surface of an elastic half-space consisting of soft clays. Comparative study was made for elastic soils where the shear wave velocity is 120~180 m/s and the Poisson's ratio varies at 0.3~0.5. The resulting foundation settlements from the two dimensional finite difference analysis with the proposed soil springs were found in good agreement with those obtained directly from three dimensional finite element analyses. Details of the applications and limitations of the modified Lysmer's analog springs were discussed in this study.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.59-66
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• 2013

현재 해상풍력시스템의 거동 해석은 지반을 고정단으로 가정한 채로 수행하는 것이 일반적이라고 알려져 있다. 지반의 연성이 고려될 경우 해상풍력시스템의 고유 주파수뿐만 아니라 기초구조물 설계를 위한 하중 또한 변화할 것이라고 예상되나, 이에 대한 연구는 아직 미미한 실정이다. 이에 따라, 본 연구는 기초구조물의 연성을 고려하여 시스템 해석을 수행할 경우 시스템의 고유 주파수와 하중의 변화를 살펴보기 위한 목적으로 수행되었다. 해상풍력시스템의 해석을 위하여 풍력발전기 해석프로그램인 GH-Bladed를 활용하였으며, 해석 시에는 coupled spring 모델과 winkler spring 모델을 활용하여 기초구조물의 연성효과를 고려하였다. 해석결과 지반의 연성 고려방안 중 winkler spring 모델을 적용하여 산정한 시스템 1차모드 및 하중이 지반을 고정단으로 가정한 해석결과와 비교하여 감소하는 것을 확인하였으며, 이를 통하여 지반의 연성이 시스템의 거동에 미치는 영향을 관찰하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.189-196
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• 2000

본 연구에서는 반복하중을 받는 프리캐스 콘크리트 판구조의 비선형 거동을 예측할 수 있는 해석방법을 제시하고자 한다. 프리캐스트 콘크리트 판은 탄성유한요소로 이상화하고, 벽판이 교차하는 접합부는 비선형 스프링요소로 모델링한다. 특히, 접합부에서 발생하는 전단, 압축과 인장거동을 묘사할 수 있도록 압축-인장 요소와 전단요소를 개발하고 각 스프링 요소의 강도와 강성은 기존연구자들에 의해 제시된 연구결과를 이용하여 구축한다. 구축된 모델을 비선형 해석프로그램인 DRAIN-2DX에 적용시켜 프리캐스트 콘크리트 판구조의 비선형 이력특성을 예측한다. 제안된 방법의 적합성을 평가하기 위하여 기존에 실험된 실험체를 대상으로 비선형 해석을 실시하고 그 결과를 비교하였으며, 그 결과 강도, 강성, 에너지 소산성능 및 횡변위 등에 대하여 실험결과와 해석결과가 좋은 대응을 보이는 것으로 나타났다. 이로부터 제안된 방법을 이용하여 대형콘크리트 판구조체의 비선형 이력특성을 적절히 예측할 수 있는 것으로 보여진다.