• Steel and Composite Structures
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• 제38권1호
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• pp.67-78
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• 2021

The use of composite beams with partial interaction, with less shear connectors than those required for full interaction, may be advantageous in many situations. However, these beams tend to show higher deflections compared to beams with full interaction, and codified expressions for the calculation of such deflections are not fully developed and validated. Thus, this paper presents a comprehensive numerical study on the deflections of steel-concrete composite beams with partial interaction. Efficient numerical models of full-scale composite beams considering material nonlinearities and contact between their parts have been developed by means of the advanced software ABAQUS, including a damage model to simulate the concrete slab. The FE models were validated against experimental results, and subsequently parametric studies were developed to investigate the influence of the shear connection degree and the coefficient of friction in the deflection of composite beams. The comparison of predicted deflections using reference codes (AISC, Eurocode-4 and AS-2327.1) against numerical results showed that there are still inaccuracies in the estimation of deflections for the verification of the serviceability limit state, according to some of the analyzed codes.

• Steel and Composite Structures
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• 제38권6호
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• pp.657-670
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• 2021

This paper presents a designing method for enhancing fire resistance of steel box bridge girders (closed steel box bridge girder supporting a thin concrete slab) through taking into account such parameters namely; fire severity, type of longitudinal stiffeners (I, L, and T shaped), and number of longitudinal stiffeners. A validated 3-D finite element model, developed through the computer program ANSYS, is utilized to go over the fire response of a typical steel box bridge girder using the transient thermo-structural analysis method. Results from the numerical analysis show that fire severity and type of longitudinal stiffeners welded on bottom flange have significant influence on fire resistance of steel box bridge girders. T shaped longitudinal stiffeners applied on bottom flange can highly prevent collapse of steel box bridge girders towards the end of fire exposure. Increase of longitudinal stiffeners on bottom flange and web can slightly enhance fire resistance of steel box bridge girders. Rate of deflection-based criterion can be reliable to evaluate fire resistance of steel box bridge girders in most fire exposure cases. Thus, T shaped longitudinal stiffeners on bottom flange incorporated into bridge fire-resistance design can significantly enhance fire resistance of steel box bridge girders.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.245-252
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• 2011

현재 한국에서는 연쇄 붕괴에 대한 설계지침이 적용되고 있지 않으며, 특히 무량판 구조의 연쇄 붕괴 저항 성능에 대한 연구는 초기단계라고 할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 철근콘크리트 무량판 구조의 연쇄 붕괴 저항 성능을 평가하기위하여 3가지 해석법을 수행하였다. 선형 정적 해석을 통하여 GSA의 대체경로법에 의한 DCR 값의 차이를 비교하였고, 선형 동적 해석을 통하여 기둥 제거 이후의 수직 변위를 비교하였으며, 비선형 정적 해석을 통하여 최대 하중 계수를 판단하였다. 유효 보폭 모델과 판 유한 요소 해석 모델의 차이점을 분석하기 위하여 여러 변수들에 따라 유한 요소 해석이 수행되었다. 무량판 구조에서 실무에서 많이 사용되고 있는 유효 보폭으로 모델링하는 방법은 슬래브의 강성 기여도를 반영하고 있지 못해 연쇄 붕괴 성능 평가는 상세 유한 요소 해석이 적절할 것으로 판단된다. 여러 변수들을 종합 모서리 기둥(CC)을 제거할 경우가 가장 불리한 조건이고, 내부 기둥(IC)이 제거될 경우가 가장 유리한 조건으로 나타났다. 이 연구에서 제시된 무량판 구조의 연쇄 붕괴 저항 성능 결과로부터 향후 무량판 구조의 성능을 합리적으로 평가하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제40권4호
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• pp.371-381
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• 2020

FRP로 보강된 콘크리트 부재의 파괴형태는 콘크리트 압괴와 섬유 파단으로 정의되며, 설계방법에 따라 한계상태를 조금씩 다르게 정의하고 있다. FRP 보강재는 섬유에 따라 성능이 상이하기 때문에 사용상태와 극한상태의 성능을 예측하는 것이 상대적으로 까다롭다. 특히 많이 사용되고 있는 ACI 440의 기준은 주로 저탄성계수를 갖는 GFRP를 중심으로 개발되었기 때문에 다른 섬유에 대한 적용성이 충분히 검증되지 않은 상태이다. 또한 ACI440의 휨한계상태는 보강비에 따라 압괴와 파단이 동시에 발생하는 천이영역이 상대적으로 크기 때문에 균형보강비에서의 거동예측이 상대적으로 어렵고, 사용성 예측 방법이 하중조건에 따라 민감하기 때문에 상대적으로 복잡한 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 0.8~1.2 𝜌_b의 보강비를 갖는 슬래브의 실험결과와 문헌고찰을 통하여 설계방법별 거동예측의 신뢰성과 편이성을 고찰하였다. 해석결과 Model Code의 모멘트 곡률식(LIM-MC) 간략식의 경우 FRP 보강구조물에도 충분히 적용할 수 있는 것으로 분석되었으며, EC2에 기반한 한계상태 설계법이 상대적로 극한강도설계법보다 신뢰성 있는 결과를 나타내었다.

• 한국철도학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.186-193
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• 2010

철도교에서는 일정한 간격의 축중을 가지는 차량하중이 반복적으로 재하되므로 정적성능과 더불어 동적성능이 매우 중요하다. 또한 철도교의 상부에 부설되는 궤도시스템은 교량의 정 동적 성능에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 실제 궤도시스템을 적용한 거더시험체를 제작하여 궤도시스템에 따른 교량의 정 동적거동을 분석하였다. 정적거동 분석에서는 교량 처짐 및 응력을 검토하고 중립축위치를 분석하였으며, 동적거동 분석에서는 고유진동수, 감쇠비, 하중크기, 하중진폭에 대한 영향을 궤도시스템별로 검토하였다. 궤도부설에 따른 정적처짐 변화검토를 통해 궤도 부설전에 비해 자갈궤도는 약 7%, 콘크리트궤도는 약 50%의 강성 증가 효과가 있음을 확인하였고, 궤도 부설 시 교량의 고유진동수가 낮아졌으나 감쇠비 변화는 없는 것으로 분석되었다. 또한, 최대하중 크기가 증가할수록 철도교량의 동적응답(처짐 및 가속도)이 선형적으로 증가하였으며, 하중진 폭은 공진 시 교량의 동적응답을 크게 증가시키는 것으로 분석되었다. 따라서, 자갈궤도는 교량의 강성을 일정 부분 증가시키고, 콘크리트궤도의 경우 자갈궤도 부설 교량에 비해 상당한 강성기여도를 가지고 있음을 실험적으로 입증하였으나, 정량적인 강성기여도의 크기는 자갈궤도 및 콘크리트궤도의 설계값에 따라 상이할 수 있기 때문에 이를 적용할 수 있는 궤도의 질량 및 강성기여도 분석방법 개발이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.14-22
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• 2022

본 연구에서는 물류창고시설의 개발 증가에 따른 화재사고 증가에 대응하여 실외 환경에서의 PC 슬래브의 화재성능 평가를 위한 실물대 화재실험을 실시하였다. 실외 화재실험에 앞서 고온에서 강연선의 인장 항복 강도를 시험하여 기계적 물성을 분석하였다. 또한, 이전 연구들을 참고하여 강연선의 열적 특성과 콘크리트의 기계적, 열적 특성을 조사하였다. 실외 화재실험은 걸침길이가 50mm, 150mm인 동일한 슬래브 2개의 구조성능 및 내화성능을 분석하기 위해 수행되었다. 걸침길이가 길어질수록 처짐은 감소하였고, 걸침길이에 대한 수평 변위 또한 감소하였다. 200분 가량 진행된 실험에서 슬래브의 탈락이 발생하지 않아 현행 기준이 적절함이 확인되었다. 콘크리트의 폭렬 현상이 발생하여 강연선 일부가 끊어졌으나, 구조성능은 지속되었기 때문에 부착식 공법을 이용한 PSC 슬래브의 실용성을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 물류창고 PC 슬래브의 내화성능 판단을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제6권2호
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• pp.100-107
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• 2018

초고강도 섬유보강 콘크리트 50M 합성 박스거더에 대한 재료적 비선형 및 기하학적 비선형 유한요소해석이 수행되었다. 인장과 압축구역에서 구성방정식을 실험에 근거하여 모델링하였다. 비선형 유한요소해석의 정확성은 UHPFRC 50M 합성거더의 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 1.5% 체적대비 섬유혼입률, 135MPa 압축강도 및 18MPa 휨인장강도 특성을 가진 UHPFRC 50M 합성거더에 대한 휨실험이 수행되었다. 포스트텐션힘으로 결합된 UHPFRC 합성거더는 3개의 UHPFRC 분절 U거더와 고강도 철근콘크리트 슬래브로 구성되었다. Midas FEA를 사용하여 UHPFRC 거더 부분은 8개 절점을 가진 3차원 6면체 모델링을 하였고, 철근와 강연선은 2개 절점을 가진 선형 요소로 모델링하였다. Total strain crack 모델에 기반을 둔 압축 및 인장 다중 선형모델을 사용하여 구성방정식을 설정하였고 균열은 smeared crack model로 구성하였다. 철근과 강연선의 비선형성은 Von Mises 규준을 적용하였다. 비선형 정적해석은 Newton-Rhapson 기법의 수렴치를 사용한 점진적 반복기법을 사용하여 해를 수행하였다. 유한요소해석은 하중-변위관계, 중립축 변화관계 및 균열양상에 대하여 실험 결과와 수치 해석 결과를 비교하여 검증하였다. 하중-변위 관계는 실험 결과와 비교해볼 때 매우 정확한 결과를 보여주고 있다. 본 논문에서 수행한 비선형 유한요소해석법은 철근보강 포스트텐션닝 초고강도 섬유보강 합성 박스거더의 휨거동 해석에 만족한 결과를 보여주고 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권11호
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• pp.259-272
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• 2019

강-콘크리트 편개형 방폭문은 외피 구조로서의 강재 박스와 내부의 철근콘크리트 슬래브 부재로 구성된 방호 구조물이다. 국내 방폭문 설계의 경우 폭압의 크기, 철근량 및 강박스의 강판두께와 같은 설계변수의 변화가 구조거동에 미치는 영향에 대해서 연구결과가 많지 않은 관계로 방폭문의 구조가 효율적으로 설계되지 않고 있다. 본 연구에서는 배근 간격 및 강재 박스의 강판 두께, 하중조건 등을 변수로 하여 유한요소 해석에 의한 구조거동 특성을 분석하였으며, 또한 방폭문의 구조성능을 구분하기 위해 산정되는 회전연성도 및 변위연성도를 재검토하고자 하였다. 유한요소해석 결과에 따르면, 배근 간격을 변수로 할 때 보다 강재 박스의 강판 두께가 변할 경우가 처짐과 같은 구조거동에 있어서 더 큰 변화를 나타내고 있음을 알 수 있었다. 이와 같은 결과는 외피의 강재 박스의 강판 두께를 증가시킬 때 방폭문에 흡수된 변형 에너지가 더 큰 폭으로 감소하고, 결과적으로 전체적인 구조거동으로서의 처짐이 더 작게 발생하기 때문인 것으로 분석되었다. 또한, 방폭문의 구조성능을 구분하기 위한 방법으로서 회전 연성도 및 변위 연성도를 비교한 결과, 해석 대상 방폭문들의 성능은 회전 연성도 1도 및 변위 연성도 3을 기준으로 분류될 수 있었다. 폭발압에 대한 방폭문의 손상 수준을 분류하기 위해서는 향후 다수의 폭발시험 및 해석적 연구가 필요할 것으로 사료된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.37-44
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• 2009

철선 트러스데크는 기존의 재래식 슬래브 거푸집이나 일반 데크플레이트 공법을 대체하여 철골조는 물론 철근콘크리트 구조물에도 사용이 점차 증가하고 있다. 현재 사용되고 있는 기존의 트러스 데크는 래티스 철선과 하부 철선의 비연속적인 절점간격에 의한 트러스의 비렌딜거동에 의해 완전한 트러스형상에 비해 처짐이 커지는 문제점이 있다. 본 연구는 이러한 문제점을 해결하기 위해 래티스 철선과 상하부 철선이 연속적으로 연결되어 비렌딜거동이 없는 순수 트러스형태를 구현함으로써 처짐성능이 우수한 새로운 형태의 데크를 고안하였다. 개발된 시스템의 구조적 거동을 평가하고자, 해석 및 성능평가 실험을 수행하였다. 처짐에 영향을 주는 요소를 중심으로 래티스 철선의 길이방향 연결형태, 간격을 해석과 실험의 주요 변수로 설정하였다. 해석과 실험은 실제 시공 시 타설되는 콘크리트 하중이 아연도 철판을 통해 철선에 작용하는 것을 고려하여 아연도 철판에 직접 등분포 하중을 가력하였다. 구조해석 및 실험을 통한 분석결과 철선 트러스데크의 길이방향 형태, 즉 래티스 철선의 길이방향 연결 형태가 구조적 거동에 영향을 주는 주요한 인자로서 작용했으며, 래티스 철선을 길이방향으로 연속적으로 연결함으로써 비렌딜거동에 의한 영향을 감소시킬 수 있었다. 또한 래티스 철선의 연결간격을 증가 시킬 경우에도, 상, 하부 철선에 큰 응력증가 없이 우수한 처짐 성능을 발현 할 수 있었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제4권5호
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• pp.385-402
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• 2004

Nearly 400 composite railway bridge decks of a new kind belonging to the trough type with U-shaped cross section have been constructed in Belgium over the last fifteen years. The construction of these bridge decks is rather complex with the preflexion of precambered steel girders, the prestressing of a concrete slab and the addition of a 2nd phase concrete. Until now, they have been designed with a classical computation method using a pseudo-elastic analysis with modular ratios. Globally, they perform according to the expectations but variability has been observed between the measured and the computed camber of these bridge decks just after the transfer of prestressing and also at long-term. A statistical analysis of the variability of the relative difference between the measured camber and the computed camber is made for a sample of 36 bridge decks using no less than 10 variables. The most significant variables to explain this variability at prestressing are the ratio between the maximum tensile stress reached in the steel girders during the preflexion and the yield strength and the type of steel girder. For the same sample, the long-term camber under permanent loading is computed by two methods and compared with measurements taken one or two years after the construction. The camber computed by the step-by-step method shows a better agreement with the measured camber than the camber computed by the classical method. The purpose of the paper is to report on the statistical analysis which was used to determine the most significant parameters to consider in the modeling in order to improve the prediction of the behaviour of these composite railway bridge decks.