• Structural Engineering and Mechanics
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• 제39권3호
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• pp.427-447
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• 2011

The progressive collapse phenomenon is generally regarded as dynamic. Due to the impracticality of nonlinear dynamic computations for practitioners, an interest arises for the development of equivalent static pushover procedures. The present paper proposes a methodology to identify such a procedure for sudden column removals, using energetic evaluations to determine the pushover loads to apply. In a dynamic context, equality between the cumulated external and internal works indicates a vanishing kinetic energy. If such a state is reached, the structure is sometimes assumed able to withstand the column removal. Approximations of these works can be estimated using a static computation, leading to an estimate of the displacements at the zero kinetic energy configuration. In comparison with other available procedures based on such criteria, the present contribution identifies loading patterns to associate with the zero-kinetic energy criterion to avoid a single-degree-of-freedom idealisation. A parametric study over a family of regular steel structures of varying sizes uses non-linear dynamic computations to assess the proposed pushover loading pattern for the cases of central and lateral ground floor column failure. The identified quasi-static loading schemes are shown to allow detecting nearly all dynamically detected plastic hinges, so that the various beams are provided with sufficient resistance during the design process. A proper accuracy is obtained for the plastic rotations of the most plastified hinges almost independently of the design parameters (loads, geometry, robustness), indicating that the methodology could be extended to provide estimates of the required ductility for the beams, columns, and beam-column connections.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권4호통권77호
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• pp.419-429
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• 2005

본 연구의 목적은 기존의 복합십자형 다이아프램을 사용한 CFT 기둥-보 인장측 접합부에 관한 연구에 이어서 접합부 각 요소의 구조적 특성을 명료하게 하는데 있다. 복합십자형 다이아프램은 기존 접합부의 하중전달 경로 및 다이아프램의 갑작스런 기하학적인 형상 변화에 대한 디테일을 개선함으로서, 보 플랜지 및 다이아프램에 응력을 고르게 분포시키고 접합부의 응력집중이 완화된 접합방식이다. 복합십자형 다이아프램을 접합부에서 중요한 요소 중 하나인 슬리브에서의 응력전달에 관하여 연구를 수행하였다. 슬리브의 두께 및 길이를 변수로 하여 해석한 결과, 슬리브의 길이 및 두께는 접합부의 내력에 큰 영향을 주지 않고 다이아프램으로부터의 하중을 콘크리트로 전달시키는 매개체의 역할을 하였다. 또한 적정 슬리브의 길이 및 두께를 각각 직경의 1배, 슬리브 직경/두께비를 20으로 제안한다. 기존의 내력식을 검토하여 메커니즘을 수정한 후 적용가능한 접합부의 극한내력식 및 항복내력식을 제안하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제1권2호
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• pp.69-78
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• 1997

철골 모멘트 접합부의 보 하부를 헌치로 보강하여 내진성을 크게 향상 시킬 수 있음이 최근의 실물대 보-기둥 "부분골조" 실험을 토하여 확인된 바 있다. 그러나 헌치보강에서 기인할 수 있는 부작용 (side effecs) 또는 보강구조체의 "시스템 레벨"의 거동에 관해서는 현재 잘알려진 것이 없다. 본 연구에서는 헌치보강시 생성되는 이중패널존의 거동을 해석과정에 반영하여 보강구조체의 시스템 레벨의 거동변화를 고찰하였다. 이중패널존의 모델링은 최근에 필자가 제시한 기법을 사용하였으며 1994년 노스리지 지진 당시 접합부 손상을 입은 13층 철골모멘트골조를 대상으로 연구를 수행하였다. 정적/동적 비선형해석에 의해 얻어진 원구조물과 부강구조물의 전체적 응답(global responses)은 큰 차이를 보이지 않았으며 취약층(weak story)의 촉진과 같은 유해한 부작용도 수반되지 않았다.은 유해한 부작용도 수반되지 않았다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권4호
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• pp.503-514
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• 2011

본 연구에서는 콘크리트채움 U형 합성보와 H형강 기둥 십자형 합성접합부의 내진상세를 제시하고, 2개의 실물대 실험체를 설계/제작하여 강구조내진기준의 표준실험절차에 따라 내진성능을 평가하였다. 주요 실험체 구성요소는 춤 450mm(실험체 A) 및 550mm(실험체 B) U형 강재보, 두께 165mm의 골데크플레이트 위에 타설된 콘크리트 바닥슬래브, U형보의 완전합성작용을 하기 위한 전단스터드, 부모멘트 전달을 위한 4개의 주철근 및 H형강 기둥에 정착을 위한 용접커플러 그리고 접합부 보강을 위한 보강판으로 구성된다. 순수 강재 보-기둥 접합부와 상이한 U형 합성접합부의 독특한 특성을 고려하여, 지진하중 하에서 내진성능에 결정적 영향을 미치는 보-기둥 접합부의 용접부 취성파단, 강판의 국부좌굴, 주철근의 휨좌굴, 콘크리트 압괴 등의 한계상태가 적절히 제어되도록 실험체를 설계하였다. 강구조내진기준의 지진하중 가력프로그램에 따른 실험결과, 설계에서 의도한 바와 같이 여러 한계상태가 적절히 제어되어 실험체 A 및 B는 각각 6% 및 6.8% 라디안에 이르는 매우 뛰어난 층간변형능력을 발휘하였다. 이는 특수모멘트골조에 요구되는 4% 라디안 수준을 충분히 상회하는 만족스런 층간변형능력이다. 특히 접합부 강화전략에 의해 제안된 합성접합부 상세는 설계에서 의도한 것과 같이 소성힌지를 보강단부로서 밀어냄으로서 취약할 수 있는 보-기둥 용접접합부를 효과적으로 보호하였다. 실험체 A의 최종 파괴모드는 6.0% 층간변위에서 발생한 보강단부에 인접한 냉간성형 코너부의 점진적 저사이클피로에 의한 하부플랜지의 파단에 의해 발생하였다. 한편, 실험체 B는 8.0%의 높은 수준의 층간변위에서 발생한 볼트이음부 파단에 의해 내력을 상실하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제36권4호
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• pp.383-398
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• 2020

This paper investigates the progressive collapse behavior of 3D steel-framed gravity buildings under fires with a cooling phase. The effect of fire protections and bracing systems on whether, how, and when a gravity building collapses is studied. It is found that whether a building collapses or not depends on the duration of the heating phase, and it may withstand a "short-hot" fire, but collapses under a mild fire or a "long-cool" fire. The collapse time can be conservatively determined by the time when the temperature of steel columns reaches a critical temperature of 550 ℃. It is also found that the application of a higher level of fire protection may prevent the collapse of a building, but may also lead to its collapse in the cooling phase due to the delayed temperature increment in the heated members. The tensile membrane action in a heated slab can be resisted by a tensile ring around its perimeter or by tensile yielding lines extended to the edge of the frame. It is recommended for practical design that hat bracing systems should be arranged on the whole top floor, and a combination of perimeter and internal vertical bracing systems be used to mitigate the fire-induced collapse of gravity buildings. It is also suggested that beam-to-column connections should be designed to resist high tensile forces (up to yielding force) during the cooling phase of a fire.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권2호통권69호
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• pp.275-284
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• 2004

기둥-보 약축 접합 디테일 개발을 위해서 접합부의 거동을 파악하는 것이 선행되어야한다. 약축 접합부의 형식에 따른 강축 접합부의 거동을 파악하기위하여 기존 브라켓타입 용접접합부의 각 요소들 즉 패널존, 수평스티프너의 유무 및 위치를 변수로 고려하였다. 본 연구에서는 접합부에 수평스티프너가 있는 경우는 접합부를 수직스티프너로 보강한 단순보로 치환하여 접합부의 내력을 산정하였으며, 수평스티프너가 없는 경우는 기둥플랜지의 국부휨강도, 기둥 웨브의 국부인장강도, 기둥 웨브의 크립플링강도 및 기둥웨브의 최대 좌굴강도를 고려한 내력 평가식을 사용하였고 이론해석결과와 실험결과를 비교 분석하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.325-334
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• 2010

본 연구에서는 반강접 접합부 배치에 따른 구조물 거동특성을 파악하기 위하여 KBC2005 건축구조설계기준으로 비가새 5층 철골 구조물을 설계하여 모든 접합부를 완전 강접합부과 반강접 접합부로 이상화한 경우 그리고 반강접 접합부를 수직배치 및 수평배치한 경우에 대하여 푸쉬오버 구조해석을 실시하였다. 철골 보 및 기둥의 모멘트-곡률관계는 화이버모델을 이용하여 확인하였으며 반강접 접합부의 모멘트-회전각 관계는 3-매개변수 파워모델을 이용하여 나타내었다. KBC2005 등가정적횡하중을 받는 2차원 구조물에 대한 푸쉬오버 구조해석을 실시하여 지붕충변위, 밑면전단력, 접합부 요구연성도, 소성힌지 발생순서 그리고 초과강도계수, 연성계수, 반응수정계수와 같은 설계계수 등을 확인하였다. 반강접 접합부를 부분적으로 사용하면 모든 접합부에 반강접 접합부를 사용한 골조 보다 큰 강도 및 강성도를 확보 할 수 있었고 모든 접합부에 강접 접합부를 사용한 골조 보다 큰 연성능력을 확보할 수 있었다. 초과강도계수는 기준과 비슷하였지만 반응수정계수는 기준 보다 훨씬 큰 값을 보였다. TSD 접합부는 예제 구조물에서 경제성과 안전성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제67권1호
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• pp.1-8
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• 2018

Shake table tests performed on five 1:3 reduced scale two story RC moment resisting frames having construction defects, have shown severe joint damageability in deficient RC frames, resulting in joint panels' cover spalling and core concrete crushing. Haunch retrofitting technique was adopted herein to upgrade the seismic resistance of the deficient RC frames. Additional four deficient RC frames were built and retrofitted with steel haunch; both axially stiffer and deformable with energy dissipation, fixed to the beam-column connections to reduce shear demand on joint panels. The as-built and retrofitted frames' seismic response parameters are calculated and compared to evaluate the viability of haunch retrofitting technique. The haunch retrofitting technique increased the lateral stiffness and strength of the structure, resulting in the increase of structure's overstrength. The retrofitting increased response modification factor R by 60% to 100%. Further, the input excitation PGA was correlated with the lateral roof displacement to derive structure response curve that have shown significant resistance of retrofitted models against input excitations. The technique can significantly enhance the seismic performance of deficient RC frames, particularly against the frequent and rare earthquake events, hence, promising for seismic risk mitigation.

• Smart Structures and Systems
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• 제26권1호
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• pp.103-115
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• 2020

The cold-formed steel storage racks are extensively employed in various industries applications such as storing products in reliable places and storehouses before distribution to the market. Racking systems lose their stability under lateral loads, such as seismic actions due to the slenderness of elements and low ductility. This justifies a need for more investigation on methods to improve their behavior and increase their capacity to survive medium to severe loads. A standardized connection could be obtained through investigation on the moment resistance, value of original rotational stiffness, ductility, and failure mode of the connection. A total of six monotonic tests were carried out to determine the behavior of the connection of straight 2.0 mm, and 2.6 mm thickness connects to 5 lug end connectors. Then, the obtained results are benched mark as the original data. Furthermore, an extreme learning machine (ELM) technique has been employed to verify and predict both moment and rotation results. Out of 4 connections, increase the ultimate moment resistance of connection by 13% and 18% for 2.0 mm and 2.6 mm upright connection, respectively.

• 대한건축학회논문집:구조계
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• 제33권12호
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• pp.37-44
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• 2017

Due to structural characteristics, construction costs and duration of a modular system would be saved by minimizing the schedule on the job site. As such, it is crucial to develop a connection that can guarantee stiffness while allowing for simple assembling. Particularly, the mid- to high-rise construction of the modular system necessitates the securing of the structural stability and seismic performance of multi-unit frames and connections, and thus, the stiffness of unit-assembled structures needs to be re-evaluated and designed. However, evaluating a frame consisting of slender members and reinforcing materials is a complicated process. Therefore, the present study aims to examine the structural characteristics of a modular unit connection based a method for reinforcing connection brackets and hinges while minimizing the loss of the cross section. Toward this end, the study modeled the beam-to-column connection of a modular system with the proposed connection, and produced a specimen which was used to perform a cycling loading test. The study compared the initial stiffness, the attributes of the hysteretic behavior, and the maximum flexural moment, and observed whether the model acquired the seismic performance, compared to the flexural strength of the steel moment frame connection that is required by the Korean Building Code. The test results showed that the proposed connection produced a similar initial stiffness value to that of the theoretical equation, and its maximum strength exceeded the theoretical strength. Furthermore, the model with a larger ceiling bracket showed higher seismic performance, which was further increased by the reinforcement of the plate.