• Earthquakes and Structures
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• 제25권5호
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• pp.343-358
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• 2023

The superelastic viscous damper (SVD) is a hybrid passive control device comprising a viscoelastic damper and shape memory alloy (SMA) cables connected in series. The SVD is an innovative damper through which a large amount of seismic energy can dissipate. The current study assessed the seismic collapse induced by steel moment-resisting frames (SMRFs) equipped with SVDs and compared them with the performance of special MRFs and buckling restrained brace frames (BRBFs). For this purpose, nonlinear dynamic and incremental dynamic analysis (IDA) were conducted in OpenSees software. Both 5- and 9-story special MRFs, BRBFs, and MRFs equipped with the SVDs were examined. The results indicated that the annual exceedance rate for maximum residual drifts of 0.2% and 0.5% for the BRBFs and MRFs with SVDs, respectively, were considerably less than for SMRFs with reduced-beam section (RBS) connections and that the seismic performances of these structures were enhanced with the use of the BRB and SVD. The probability of collapse due to residual drift in the SVD, BRB, and RBS frames in the 9-story structure was 1.45, 1.75, and 1.05 times greater than for the 5-story frame.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제9권1호
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• pp.111-119
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• 2005

본 연구는 지진하중을 고려한 브레이스된 강골조 구조물의 연속 및 이산화 최적설계에 관한 내용이다. 구조해석과 연속 및 이산화 최적설계를 동시에 수행할 수 있는 최적설계 프로그램을 개발하여 이를 브레이스가 없는 경우, Z-형(V), Z-형(역V), X-형(A), X-형(B), X-형(C), K-형 등의 다양한 브레이스 배치형태를 사용한 강골조 구조물에 적용하였고, 정하중, 지진하중을 고려하여 해석하였다. AISC-ASD 시방규정과 ATC-3-06에 규정한 사용성, 허용층간변위 및 다양한 제약조건을 모두 만족하는 최소중량, 설계변수 등을 도출하고, 다양한 예들의 해석결과를 비교 분석하여 내진에 적합한 브레이스 배치 형태를 제시하고자 하는데 그 목적이 있다.

• 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.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제5권2호
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• pp.205-229
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• 2018

Energy induced by minor earthquake and micro vibration cannot be dissipated by traditional buckling-restrained braces (BRBs). To solve this problem, a new type of hybrid passive control device, named as VE-BRB, which is configured by a BRB with high-damping viscoelastic (VE) layers, is developed and studied. Theoretical analysis, performance tests, numerical simulation and case analysis are conducted to study the seismic behavior of VE-BRBs. The results indicate that the combination of hysteretic and damping devices lead to a multi-phased nature and good performance. VE-BRB's working state can be divided into three phases: before yielding of the steel core, VE layers provide sufficient damping ratio to mitigate minor vibrations; after yielding of the steel core, the steel's hysteretic deformations provide supplemental dissipative capacity for structures; after rupture of the steel core, VE layers are still able to work normally and provide multiple security assurance for structures. The simulation results agreed well with the experimental results, validating the finite element analysis method, constitutive models and the identified parameters. The comparison of the time history analysis on a 6-story frame with VE-BRBs and BRBs verified the advantages of VE-BRB for seismic protection of structures compared with traditional BRB. In general, VE-BRB had the potential to provide better control effect on structural displacement and shear in all stages than BRB as expected.

• Steel and Composite Structures
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• 제28권3호
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• pp.309-318
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• 2018

Buckling Restrained Braced (BRB) frames have been widely used as an efficient seismic load resisting system in recent years mostly due to their symmetric and stable hysteretic behavior and significant energy dissipation capacity. In this study, to provide a better understanding of the behavior of BRB frames with various beam-column connections, a numerical study using non-linear finite element (FE) analysis is conducted. All models are implemented in the Abaqus software package following an explicit formulation. Initially, the results of the FE model are verified with experimental data. Then, diverse beam-column connections are modeled for the sake of comparison from the shear capacity, energy dissipation and frame hysteresis behavior points of view until appropriate performance is assessed. The considered connections are divided into three different categories: (1) simple beam-column connections including connection by web angle and connection by seat angle; (2) semi-rigid connection including connection by web and seat angles; and (3) rigid beam-column connections by upper-lower beam plates and beam connections with web and flange splices. Results of the non-linear FE analyses show that these types of beam-column connections have little effect on the maximum story drift and shear capacity of BRB frames. However, the connection type has a significant effect on the amount of energy dissipation and hysteresis behavior of BRB frames. Also, changes in length and thickness of the angles in simple and semi-rigid connections and changes in length and thickness of plates in rigid connections have slight effects (less than 4%) on the overall frame behavior.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.445-454
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• 2001

본 연구는 전단변형형 강가새 골조의 탄소성 거동에 관한 연구로서 강가새 골조의 종류로는 X형 및 K형이며, 각 종류별 주 변수는 세장비로 되어있다. 재료의 응력도-변형도 관계는 변형경화현상을 고려한 Tri-linear형 모델을 사용하였다. 또한, 하중-변위 관계는 유한차분법을 이용하여 해석하였다. 하중-변위관계에 관하여 탄성구배 및 최대하중에 관하여 해석결과치와 실험결과치를 비교하였고, 그 비는 약 10%내외의 오차를 보임에 따라 본 논문에서 제안한 해석법은 합리적임을 나타내었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제29권1호
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• pp.23-37
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• 2018

In this paper, seismic provisions related to built-up special concentrically braced frames (BSCBFs) are investigated under cyclic loading using non-linear finite element analysis of a single-bay single-story frame. These braces, which contain double angle and double channel brace sections, are considered in two types of single diagonal and X-braced frames. The results of this study show that current seismic provisions such as observing the 0.4 ratio for slenderness ratio of individual elements between stitch connectors are conservative in BSCBFs, and can be increased according to the type of braces. Furthermore, such increments will lead to decreasing or remaining the current middle protected zone requirements of each BSCBFs. Failure results of BSCBFs, which are related to the plastic equivalent strain growth of members and ductility capacity of the models, show that the behaviors of double channel back-to-back diagonal braces are more desirable than those of similar face-to-face ones. Also, for double angle diagonal braces, results show that the failure of back-to-back BSCBFs occurs faster in comparison with face-to-face similar braces. In X-braced frames, cyclic and failure behaviors of built-up face-to-face models are more desirable than similar back-to-back braces in general.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제6권2호
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• pp.61-68
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• 2006

본 논문에서는 패시브 진돈제어시스템을 설치한 실대물 K형 철골브레이스 골조의 실험결과를 다루었다. 패시브 진동제어시스템은 점탄성물질을 이용하여 새롭게 개발된 댐퍼를 사용하였다. 이 실험모델의 진동제어 효율성을 확인하고 철골조 브레이싱의 진동반응특성을 조사하기 위하여 일련의 실험을 행하였다. 자유진동실험결과 댐퍼를 설치시 설치하지 않은 경우와 비교하여 3배정도의 진동제어능력을 나타냈다. 점탄성물질 난류댐퍼의 효율성은 진동실험에 의하여 확인되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권4호통권65호
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• pp.359-368
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• 2003

철골가새골조는 골조 내 가새 부재의 인장 및 압축의 반목 이력 거동을 통하여 지진하중 작용 시 발생하는 에너지를 흡수하게 된다. 최근 미국 내의 중심가새골조(CBF) 관련 내진 설계 규준은 큰 세장비(KL/r)의 가새 부재를 CBF에 허용하고 있는데, 이는 큰 유효세장비(KL/r)를 갖는 가새 부재가 우수한 내진 성능을 발휘한다는 전제를 기초로 하고 있으나, 최근 연구들 중 가새 부재의 에너지 소산 능력이나 부재의 좌굴 이후 강도저하 등과 관련한 반복 이력 거동 대한 연구를 거의 찾아볼 수 없다. 본 논문에서는, 기존 가재 관련 실험 자료들을 수집하고 이를 바탕으로 부재들의 압축 에너지 소산 능력과 부재의 좌굴 이후 강도저하 등 반복하중 하의 가새 부재들의 반복 이력 거동을 가새 부재의 세장비와 관련하여 검토하였다. 가새 관련 기존 실험 자료들의 분석을 통하여, 가새 부재의 일정 단계의 일반화 된 압축 변위$({\delta}/{\delta}_B)$시의 일반화 된 압축 에너지 소산$(E_C/E_T)$은 변위가 증가할수록 작아짐을 알 수 있었다. 또한 가새 부재의 좌굴 이후 강도저하는 부재의 세장비와 많은 관련이 있었으며, 특히 H형강 부재들이 상대적으로 심한 강도 저하를 보여주고 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권3호
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• pp.1-9
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• 2014

본 연구에서는 기존 강재브레이스 내진보강법이 가지는 좌굴문제 등 단점을 극복할 수 있는 중 저층 철근콘크리트 건축물에 효과적으로 적용할 수 있는 새로운 내진보강법을 개발하였다. Carbon Fiber Composite Cable (CFCC)을 이용하여 건축물 골조 외부에 X자 형태로 내진보강을 실시하고, 상부 및 하부 보 양 단부에 CFCC X-브레이싱을 고정하기 위해서 평판 및 돌출형 나사식 접합으로 내진보강을 실시하는 내진보강법으로서, 반복하중 실험을 통하여 내진보강 효과를 규명하였다. 실험체는 비교용 비보강 골조, 평판형 및 돌출형 CFCC X-브레이싱 내진보강 골조 실험체 총 3개를 제작하였다. 실험결과, 본 연구에서 개발한 CFCC 내진보강법은 강도증진형 내진보강법으로 드러났으며, 기존 강재브레이스 보강법 대비 중량증가가 거의 없으며, 재료자체가 압축에 대한 좌굴이 없으며, 경량이므로 시공성이 매우 우수하고 중량 및 체적대비 우수한 강도가 발휘될 뿐만 아니라 특히, CFCC의 직경을 변경함으로서 내진보강 목적 (강도 보강량)에 대응하여 내진성능을 쉽게 변화시킬 수 있는 장점이 있다.