• Earthquakes and Structures
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• 제19권1호
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• pp.29-44
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• 2020

The effectiveness and the sensitivity of a Wireless impedance/Admittance Monitoring System (WiAMS) for the prompt damage diagnosis of two single-storey single-span Reinforced Concrete (RC) frames under cyclic loading is experimentally investigated. The geometrical and the reinforcement characteristics of the RC structural members of the frames represent typical old RC frame structure without consideration of seismic design criteria. The columns of the frames are vulnerable to shear failure under lateral load due to their low height-to-depth ratio and insufficient transverse reinforcement. The proposed Structural Health Monitoring (SHM) system comprises of specially manufactured autonomous portable devices that acquire the in-situ voltage frequency responses of a network of twenty piezoelectric transducers mounted to the RC frames. Measurements of external and internal small-sized piezoelectric patches are utilized for damage localization and assessment at various and increased damage levels as the magnitude of the imposed lateral cycle deformations increases. A bare RC frame and a strengthened one using a pair of steel crossed tension-ties (X-bracing) have been tested in order to check the sensitivity of the developed WiAMS in different structural conditions since crack propagation, damage locations and failure mode of the examined frames vary. Indeed, the imposed loading caused brittle shear failure to the column of the bare frame and the formation of plastic hinges at the beam ends of the X-braced frame. Test results highlighted the ability of the proposed SHM to identify incipient damages due to concrete cracking and steel yielding since promising early indication of the forthcoming critical failures before any visible sign has been obtained.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.81-92
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• 2008

일반적인 강구조물의 연결은 강절(rigid) 또는 활절(hinge)로 취급되고 있으나 실제 강구조물은 연결부위에서 부재간의 상대적인회전이 허용됨으로 인해 부분강절(semi-rigid)의 특성을 갖게 된다. 본 연구에서는 부분강절을 회전스프링으로 가정하여 부재 단부에 적용시킨 평면 뼈대구조물의 엄밀한 접선강도행렬을 유도하고 이를 다시 탄성강도행렬과 기하학적 강도행렬로 분리 유도함으로써 부분강절을 갖는 평면 뼈대구조물의 안정성해석을 위한 일반화된 해석방법을 제시하고자 한다. 이를 위하여, 보-기둥부재의 좌굴조건을 만족시키는 처짐함수로부터 안정함수(stability function)를 유도하고, 횡변위(sway)를 고려한 힘-변위관계와 적합조건을 고려하여 정확한 접선강도행렬을 제시하였다. 본 연구의 타당성과 실용성 제고를 위해 두 가지 방법에 의한 수치해석프로그램을 개발하였고 다양한 해석예제를 통해, 타 연구자 해석 결과와 비교하고 부분강절이 구조물의 좌굴강도에 미치는 영향에 대하여 조사한다.

• Advances in nano research
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• 제13권3호
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• pp.285-295
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• 2022

Creation of plastic deformation under seismic loads, is one of the most serious subjects in RC structures with steel bars which reduces the life threatening risks and increases dissipation of energy. Shape memory alloy (SMA) is one of the best choice for the relocating plastic hinges. In a challenge to study the seismic response of concrete moment resisting frame (MRF), this article investigates numerically a new type of concrete frames with nano fiber reinforced polymer (NFRP) and shape memory alloy (SMA) hinges, simultaneously. The NFRP layer is containing carbon nanofibers with agglomeration based on Mori-Tanaka model. The tangential shear deformation (TASDT) is applied for modelling of the structure and the continuity boundary conditions are used for coupling of the motion equations. In SMA connections between beam and columns, since there is phase transformation, hence, the motion equations of the structure are coupled with kinetic equations of phase transformation. The Hernandez-Lagoudas theory is applied for demonstrating of pseudoelastic characteristics of SMA. The corresponding motion equations are solved by differential cubature (DC) and Newmark methods in order to obtain the peak ground acceleration (PGA) and residual drift ratio for MRF-2%. The main impact of this paper is to present the influences of the volume percent and agglomeration of nanofibers, thickness and length of the concrete frame, SMA material and NFRP layer on the PGA and drift ratio. The numerical results revealed that the with increasing the volume percent of nanofibers, the PGA is enhanced and the residual drift ratio is reduced. It is also worth to mention that PGA of concrete frame with NFRP layer containing 2% nanofibers is approximately equal to the concrete frame with steel bars.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권6호
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• pp.135-146
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• 2011

강구조물은 주로 도장에 의해 방식처리 되고 있지만, 장기간 사용함에 따라 강재표면에 부식손상이 발생하게 된다. 이러한 부식손상은 단면감소와 이로 인한 좌굴내하력을 저하시킬 우려가 있다. 현재 다양한 등단면형상과 지지조건에 대한 좌굴강도 추정식 및 설계식이 제안되어 있으나, 부식손상으로 인한 불규칙한 변단면 강부재의 축압축 좌굴강도 평가법은 아직 확립되어 있지 않다. 본 연구에서는 부식 손상된 가시설 강부재에서 절취한 강재시편의 축압축 좌굴실험을 실시하여, 부식강재의 좌굴강도 평가에 대한 기초적 연구를 수행하였다. 본 실험에서는 먼저 가시설 주형보의 웨브로부터 시편 지지길이를 200, 300, 400, 500, 600mm로 달리한 5종류 시편을 각각 2개씩 총 10개의 강재시편을 절취하고, 화학적 방법에 의해 녹을 제거하였다. 그리고 3차원 광학 스캐너를 이용하여 $1{\times}1mm$ 간격으로 표면형상을 측정하여, 각 시편의 잔존두께를 산출하였다. 그리고 10개의 부식 손상된 시편과 부식 손상되지 않은 무부식 시편 12개를 양단 완전고정지지 조건하에서 축압축 좌굴실험을 실시하여, 부식두께감소량 및 시편의 표면형상과 축압축 좌굴강도와의 상관관계를 분석하였다. 그 결과, 부식 손상정도에 상관없는 무부식 등단면 강재와 동일하게 좌굴강도를 평가할 수 있는 불규칙 변단면 부식강재의 폭방향평균 최소두께 또는 평균잔존두께와 표준편차의 차로 계산되는 유효두께를 적용하여 축압축 좌굴강도을 추정할 수 있음을 제안하였다. 또한 이러한 결과를 실무에도 적용할 수 있도록 실용적인 부식강재의 잔존두께 측정간격도 제시하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제6권6호
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• pp.459-477
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• 2006

A theoretical research project is undertaken to develop integrated analysis and design tools for long span composite beams in modern high-rise buildings, and it aims to develop non-linear finite element models for practical design of composite beams. As the first paper in the series, this paper presents the development study as well as the calibration exercise of the proposed finite element models for simply supported composite beams. Other practical issues such as continuous composite beams, the provision of web openings for passage of building services, the partial continuity offered by the connections to columns as well as the behaviour of both unprotected and protected composite beams under fires will be reported separately. In this paper, details of the finite elements and the material models for both steel and reinforced concrete are first described, and finite element studies of composite beams with full details of test data are then presented. It should be noted that in the proposed finite element models, both steel beams and concrete slabs are modelled with two dimensional plane stress elements whose widths are assigned to be equal to the widths of concrete flanges, and the flange widths and the web thicknesses of steel beams as appropriate. Moreover, each shear connector is modelled with one horizontal spring and one vertical spring to simulate its longitudinal shear and pull-out actions based on measured load-slippage curves of push-out tests of shear connectors. The numerical results are then carefully analyzed and compared with the corresponding test results in terms of load mid-span deflection curves as well as load end-slippage curves. Other deformation characteristics of the composite beams such as stress and strain distributions across the composite cross-sections as well as distributions of shear forces and slippages in shear connectors along the beam spans are also examined in details. It is shown that the numerical results of the composite beams compare well with the test data in terms of various load-deformation characteristics along the entire deformation ranges. Hence, the proposed analysis and design tools are considered to be simple and yet effective for composite beams with practical geometrical dimensions and arrangements. Structural engineers are strongly encouraged to employ the models in their practical work to exploit the full advantages offered by composite construction.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.67-75
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• 2019

콘크리트 충전강관(Concrete Filled Steel Tube, 이하 CFT) 기둥에 사용되는 내다이아프램은 사용 강재량은 적으나 강관과 네 면을 용접해야 하므로 용접이 까다롭고 개구부가 필요한 단점을 가지고 있다. 본 연구에서 살펴보고자하는 개선 다이아프램은 콘크리트 충전을 위한 중앙부 홀을 4등분하여 각 코너부위를 절삭했다. 개선 다이아프램은 중앙부 홀의 넓이는 기존 다이아프램과 동일하지만 강관과 접하는 다이아프램의 폭이 감소하여 용접 길이가 기존 다이아프램 대비 약 70%가 감소된다. 개선 다이아프램의 인장성능을 검토하기 위하여 콘크리트 타설 홀의 반지름인 R값을 설계 변수로 3개의 실험체를 제작하였다. 단순 인장 실험을 통하여 내다이아프램에 동일 하중을 받았을 때 각 실험체의 면내 변형률을 분석하였다. 범용유한요소해석 프로그램을(ANSYS 19.2)를 사용하여 실제 단순 인장 실험과 동일한 조건으로 해석을 수행하고 개선 다이아프램과 기존 다이아프램의 하중 전달을 비교하였다. 다이아프램의 폭이 플랜지 폭과 같거나 작을 때는 다이아프램의 단부에서 부터 응력이 집중되고 플랜지 폭이 더 클 때는 중앙부에서 응력이 집중되는 것을 확인하였다.

• 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.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.43-53
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• 2014

단일판접합(Single Plate Connections, 이하 SPC라 함)은 단순전단접합의 일종으로 한 장의 강판을 지지부재인 기둥이나 큰보의 웨브에 공장용접하고 보를 현장고력볼트로 접합하기 때문에 시공이 간편하고, 경제성이 있어 강구조 및 합성구조에서 널리 사용되고 있다. 일반형 단일판접합부의 고력볼트는 수직 1열로 2~12개가 사용되며, 단순보의 단부에서 필요한 회전유연성을 확보하기 위하여 고력볼트직경과 구멍형태에 따라 판의 두께를 제한하여 설계한다. SPC에서 편심전단을 받는 고력볼트군의 강도를 산정할 때, 고력볼트의 전단강도나, 판의 지압강도 또는 찢김(Tear-out)강도 중 최소값에 의해 설계강도가 결정되는데, 만약 연단고력볼트의 수직연단거리에 의한 찢김에 의해 고력볼트군의 강도가 결정될 때에는 매우 보수적으로 설계된다. 따라서 본 연구에서는 고력볼트의 반력각도에 의한 실제 경사연단거리를 구하고 이를 근거로 설계강도를 산정하는 설계절차를 제안하였다. 편심전단을 받는 '약-판/강-고력고력볼트' 설계모델의 일반형 단일판접합부 고력볼트군 해석을 위해 탄성벡터법(EVM)과 소성법인 수간회전중심법(ICM)을 이용해 그 효과를 비교하였다. 또한 실용적이고 편리한 설계를 위하여 경사연단거리를 고려한 일반형 단일판접합부의 설계도표를 제안한다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.418-426
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• 2019

연구목적: 내진성능이 부족한 중 저층의 RC 격자 구조물의 내진능력을 해석한 후, 보와 기둥의 내진성능 개선을 위해 강재 슬래브 이력형 댐퍼(SSHD)를 설치하고, 지진이 발생할 때 구조물의 손상 및 인적피해를 최소화 하는 방안을 제시하는 데 그 목적이 있다. 연구방법: 내진설계가 되지 않은 격자 형태의 전철 역사를 대상으로 내진성능을 파악하고, 내진성능이 부족할 경우 공기를 최소화 할 수 있는 방법인 SSHD 시스템을 설치하는 것으로 가정하여 구조물의 내진성능 평가 및 보강을 검토한다. 연구결과: SSHD를 적용하여 구조물을 보강한 후, 고유치 해석을 수행한 결과 장변방향으로는 0.548s의 고유주기를 나타내었으며, 단변방향으로는 0.593s의 고유주기를 가지고 있는 것으로 나타났다. 결론: SSHD에 대하여 반복하중 실험을 수행 한 결과, 댐퍼의 전단강성은 103%, 에너지소산량은 111% 및 109%로 나타나고, 모든 기둥과 보 부재의 소성회전각은 $I_o$수준을 만족하는 것으로 나타나 보강효과가 충분할 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권1호
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• pp.1-12
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• 2010

현행 강구조내진설계철학의 근거인 역량설계법(capacity design method)에 의할 때 중심가새골조의 에너지 소산요소인 가새가 인장항복하고 압축좌굴 할 때 보와 기둥은 탄성상태를 유지해야 한다. 중심가새골조의 대표적 형식인 역V형 가새골조의 경우 가새가 좌굴하면 인장가새와 압축가새 사이에 수직불균형력이 발생하여 보와 기둥에 추가적인 하중이 가해지므로 이를 반영하여 보 및 기둥 부재를 탄성설계해야 한다. 지진하중 발생시에 모든 가새가 동시에 좌굴하지 않는다는 것은 잘 알려져 있지만, 특정층의 좌굴발생 유무를 정확히 예견하는 방법은 아직 존재하지 않는다. 따라서 현행 설계기준에서는 모든 층에서의 동시 좌굴을 가정하여 보수적으로 설계하거나 시스템초과강도계수로 증폭된 특별지진하중에 대해 기둥부재를 탄성설계하는 경험적이고 우회적인 방법을 제시하고 있다. 이를 개선하기 위한 첫 번째 단계는 우선 지진 내습시에 좌굴발생이 예견되는 층을 정확히 예측하는 것이다. 본 논문에서는 1차모드 푸쉬오버해석, 고차모드 푸쉬오버해석, 선형고유치해석에 의해 좌굴층을 예측한 후 이를 토대로 가새좌굴이 기둥에 가하는 축력을 산정하는 세 가지의 새로운 방법, 즉 FMPM(First Mode Pushover Method), MMPM (Multi-Mode Pushover Method), MSBM(Mode Shape Based Method)을 제안하였다. 이 세 가지 방안의 핵심은 좌굴 포텐셜이 높은 것으로 감지된 층의 수직불균형력은 선형합산하고 그렇지 않은 층의 수직불균형력은 SRSS(square root of sum of squares)법에 의해 조합하여 기둥에 가해지는 축력을 산정하는 것이다. 3층에서 15층에 이르는 5개의 골조모델에 대해 20개 지진가속도기록을 입력으로 한 방대한 비선형동적해석을 수행하여 제시한 방안의 타탕성을 검증하였다. 세 방법에 의한 기둥설계 결과는 모두 현행 설계기준의 방법보다 기둥의 물량을 대폭 줄이면서도 기둥부재가 탄성상태를 유지하여 역량설계법의 철학을 만족시켰다. 특히 MSBM은 간단한 선형 고유치해석결과만을 이용하지만 본 연구에서 가장 정확한 축력산정법인 MMPM과 큰 차이를 보이지 않을 정도로 정확하다. 실무 여건에서도 사용 가능한 방법으로 MSBM을 추천한다.