• Structural Engineering and Mechanics
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• 제76권6호
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• pp.687-708
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• 2020

Openings in steel plate shear walls (SPSWs) are usually used for decorative designs, crossing locations of multiple utilities and/or structural objectives. However, earlier studies showed that generating an opening in an SPSW has a negative effect on the cyclic performance of the SPSW. Therefore, this study proposes tripling or doubling the steel-sheet-plate (SSP) layer and stiffening the opening of the SPSW to provide a solution to undesirable opening effects, improve the SPSW performance and provide the infill option of potential strengthening measures after the construction stage. The study aims to investigate the impact of SSP doubling with a stiffened opening on the cyclic behaviour, expand the essential data required by structural designers and quantify the SPSW performance factors. Validated numerical models were adopted to identify the influence of the chosen parameters on the cyclic capacity, energy dissipation, ductility, seismic performance factors (SPF) and stiffness of the suggested method. A finite Element (FE) analysis was performed via Abaqus/CAE software on half-scale single-story models of SPSWs exposed to cyclic loading. The key parameters included the number of SSP layers, the opening size ratios corresponding to the net width of the SSP, and the opening shape. The findings showed that the proposed assembly method found a negligible influence in the shear capacity with opening sizes of 10, 15, 20%. However, a deterioration in the wall strength was observed for openings with sizes of 25% and 30%. The circular opening is preferable compared with the square opening. Moreover, for all the models, the average value of the obtained ductility did not show substantial changes and the ultimate shear resistance was achieved after reaching a drift ratio of 4.36%. Additionally, the equivalent sectional area of the SSP in the twin and triple configuration of the SPSWs demonstrated approximately similar results. Compared with the single SSP layer, the proposed configuration of the twin SSP layer with a stiffened opening suggest to more sufficiency create SSP openings in the SPSW compared to that of other configurations. Finally, a tabular SPF quantification is exhibited for SPSWs with openings.

• 한국지진공학회논문집
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• 제5권5호
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• pp.73-83
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• 2001

상부벽식-하부골조구조(복합구조)는 상.하부 구조물의 서로 다른 구조형식으로 인해 전이층 부근에서 질량 및 강성의 큰 차이를 보인다. 이러한 복합구조의 특징은 일반적으로 강성, 질량 및 기하학적 수직 비정형성을 갖게 된다. 본 연구에서는 복합구조물의 상부층수가 변화하는 네 가지 해석모델을 선정하여 탄소성 정적 및 동적 해석을 수행하고 해석결과를 통해 구조물의 탄소성 응답특성을 살펴보고자 한다. 본 연구의 결론은 다음과 같다. 1) 탄소성 정적해석에서는 하부골조 구조의 보와기둥의 항복힌지가 상부벽식구조의 층수 변화에 상관없이 전 모델에 걸쳐 비슷한 크기의 설계용 밑면전단력에서 항복이 발생되었고 그 분포 또한 비슷하였다. 그러나 상부벽식구조의 경우 전단벽이 고층화될수록 coupling beam에서 설계용 밑면전단력 V에 대해서도 휨항복한지가 발생되었다. 2) 탄소성 동적해석으로부터는 하부골조의 일부층의 보는 55gal의 작은 지진동에서 소성이 발생되었고 상부벽식구조의 경우 coupling beam과 전이층 상부의 전단벽에서 소성변형이 집중되었다. 3) 탄소성 해석으로부터 상부벽식구조의 층수가 낮아질수록 하부골조구조의 층강성이 상대적으로 줄어들게 되어 하부골조에서 연약층(soft story) 현상이 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.64-72
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• 2022

본 연구에서는 WFD(Wall Friction Damper)를 보강한 철근콘크리트 골조의 내진성능을 확인하기 위해 2층 철근콘크리트 골조 의 보강방법(무보강, 내부 H- 형철골과 WFD보강)을 주요 변수로 하였다. WFD 내진 보강 공법은 강도 향상과 에너지 소산 공법을 혼합한 것이다. WFD의 충분한 에너지 소산 이전에 보강재와 기존 구조물의 접합부에서 사전 파괴를 방지하기 위해 내부 H형 철골과 보 측면을 관통하는 케미컬 앵커를 사용하여 WFD를 설치하였다. 시험결과 OMF-N 시험체는 최대강도 발현 후 R/C 기둥의 전단력에 의한 취성파괴 양상을 보였다. OMF-ALL(H) 실험체는 핀칭 효과의 감소와 RC 기둥의 파손이 발생함을 보였다. 또한 OMF-ALL(H)의 최대 강도, 누적 에너지 소산 및 연성은 OMF-N의 경우 3.01배, 7.2배 및 1.72배 증가하였다. 그 결과 철근콘크리트 구조물에 시공한 WFD 내진 보강공법이 내진성능을 향상시키고 보강효과가 유효한 것으로 나타났다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제30권6호
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• pp.733-761
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• 2008

The failure of reinforced concrete structures in recent earthquakes caused concern about the performance of beam column joints. Confinement of joint is one of the ways to improve the performance of beam column joints during earthquakes. This paper describes an experimental study of exterior beam-column joints with two non-conventional reinforcement arrangements. One exterior beam-column joint of a six story building in seismic zone III of India was designed for earthquake loading. The transverse reinforcement of the joint assemblages were detailed as per IS 13920:1993 and IS 456:2000 respectively. The proposed nonconventional reinforcement was provided in the form of diagonal reinforcement on the faces of the joint, as a replacement of stirrups in the joint region for joints detailed as per IS 13920 and as additional reinforcement for joints detailed as per IS 456. These newly proposed detailing have the basic advantage of reducing the reinforcement congestion at the joint region. In order to study and compare the performance of joint with different detailing, four types of one-third scale specimens were cast (two numbers in each type). The main objective of the present study is to investigate the effectiveness of the proposed reinforcement detailing. All the specimens were tested under reverse cyclic loading, with appropriate axial load. From the test results, it was found that the beam-column joint having confining reinforcement as per IS: 456 with nonconventional detailing performed well. Test results indicate that the non-conventionally detailed specimens, Type 2 and Type 4 have an improvement in average ductility of 16% and 119% than their conventionally detailed counter parts (Type1 and Type 3). Further, the joint shear capacity of the Type 2 and Type 4 specimens are improved by 8.4% and 15.6% than the corresponding specimens of Type 1 and Type 3 respectively. The present study proposes a closed form expression to compute the yield and ultimate load of the system. This is accomplished using the theory of statics and the failure pattern observed during testing. Good correlation is found between the theoretical and experimental results.

• Smart Structures and Systems
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• 제21권4호
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• pp.479-491
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• 2018

Shape memory alloys (SMA) exhibit superelasticity which refers to the capability of entirely recovering large deformation upon removal of applied forces and dissipating input energy during the cyclic loading reversals when the environment is above the austenite finish temperature. This property is increasingly favored by the earthquake engineering community, which is currently developing resilient structures with prompt recovery and affordable repair cost after earthquakes. Compared with the other SMAs, NiTi SMAs are widely deemed as the most promising candidate in earthquake engineering. This paper contributes to evaluate the seismic performance of properly designed concentrically braced frames (CBFs) equipped with NiTi SMA braces under earthquake ground motions corresponding to frequently-occurred, design-basis and maximum-considered earthquakes. An ad hoc seismic design approach that was previously developed for structures with idealized SMAs was introduced to size the building members, by explicitly considering the strain hardening characteristics of NiTi SMA particularly. The design procedure was conducted to compliant with a suite of ground motions associated with the hazard level of design-basis earthquake. A total of four six-story CBFs were designed by setting different ductility demands for SMA braces while designating with a same interstory drift target for the structural systems. The analytical results show that all the designed frames successfully met the prescribed seismic performance objectives, including targeted maximum interstory drift, uniform deformation demand over building height, eliminated residual deformation, controlled floor acceleration, and slight damage in the main frame. In addition, this study indicates that the strain hardening behavior does not necessarily impose undesirable impact on the global seismic performance of CBFs with SMA braces.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.11-19
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• 2006

본 연구에서는 4층, 10층, 30층 스태거드 트러스 시스템 (STS)의 비탄성 정적해석에 의한 하중-변위 관계와 비탄성거동을 분석하고, 그 결과를 바탕으로 STS의 내진성능을 평가하였다. 또한 동일한 규모의 모멘트골조 및 가새골조의 거동과 비교함으로써 STS의 횡력 저항 능력을 파악하였다. 해석결과에 따르면, STS는 일반적으로 적용되는 구조시스템에 비하여 비교적 만족할 만한 내진성능을 보유하는 것으로 나타났다. 그러나 중층 이상의 STS에 있어서는 상대적으로 강성이 작은 비렌딜 패널 상.하현재에 소성변형이 발생한 후 인접한 수직 가새가 항복함으로써, 다른 층으로 소성변형이 전이되지 못하여 약층의 형성에 의한 취성적인 거동을 보인다. 그러므로 스태거드 트러스 시스템의 연성능력을 확보하기 위해서는 비렌딜 패널의 수직 가새를 보강하여 비렌딜 패널 상하현재에 발생한 소성변형을 다른 층의 비렌틸 패널로 유도하는 것이 필요하다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.313-322
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• 2007

PCS 구조 시스템은 프리캐스트 콘크리트 기둥과 철골보로 이루어진 합성 구조 시스템의 일종이다. 이 시스템은 접합부를 볼트로 연결함으로써 완전건식공법이며 조립식이어서 시공성 및 경제성 면에서 많은 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 실험체를 구성하는 PC 기둥 및 접합부를 개발하였으며, PCS 구조 시스템의 구조적 특성과 내진 성능을 파악하기 위하여 다양한 실험을 수행하였다. 실험 결과 개발된 PC 기둥은 손상 이후에도 강도 성능을 유지하는 우수함을 보였다. 철골보의 스캘럽은 파괴 모드 조절 및 에너지소산 능력에 효율적인 것으로 나타났으며, 단부 평판으로 구속된 접합부는 그 강도 성능이 매우 우수하였다 타설된 슬래브는 파괴 모드 조절 및 에너지소산 능력에 바람직하지 못한 효과를 보였다. 내진 성능 분석 결과 PCS 구조 시스템은 초기 강성을 제외한 강도 및 강성 저하, 에너지소산 성능의 ACI 기준을 모두 만족하는 것으로 나타났으며 매우 우수한 것으로 분석되었다. 초기 강성의 경우 PCS 구조 시스템은 다른 합성 구조와 비슷한 수준이었으며, 일반콘크리트 및 철골조도 ACI의 기준을 만족하지 못하는 것으로 조사되었다. 이러한 이유는 ACI의 초기 강성 평가 기준이 부분 구조 실험체만으로는 만족하는데 한계가 있기 때문이다. 그러므로 본 연구에서 수행된 PCS 구조 시스템은 내진 성능 및 역학적 성능이 매우 우수한 것으로 판단된다.

• Steel and Composite Structures
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• 제34권6호
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• pp.891-907
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• 2020

Many studies reveal that during destructive earthquakes, most of the structures enter the inelastic phase. The amount of hysteretic energy in a structure is considered as an important criterion in structure design and an important indicator for the degree of its damage or vulnerability. The hysteretic energy value wasted after the structure yields is the most important component of the energy equation that affects the structures system damage thereof. Controlling this value of energy leads to controlling the structure behavior. Here, for the first time, the hysteretic behavior and energy dissipation capacity are assessed at presence of elliptical braced resisting frames (ELBRFs), through an experimental study and numerical analysis of FEM. The ELBRFs are of lateral load systems, when located in the middle bay of the frame and connected properly to the beams and columns, in addition to improving the structural behavior, do not have the problem of architectural space in the bracing systems. The energy dissipation capacity is assessed in four frames of small single-story single-bay ELBRFs at ½ scale with different accessories, and compared with SMRF and X-bracing systems. The frames are analyzed through a nonlinear FEM and a quasi-static cyclic loading. The performance features here consist of hysteresis behavior, plasticity factor, energy dissipation, resistance and stiffness variation, shear strength and Von-Mises stress distribution. The test results indicate that the good behavior of the elliptical bracing resisting frame improves strength, stiffness, ductility and dissipated energy capacity in a significant manner.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권5호통권72호
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• pp.683-694
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• 2004

본 논문에서는 접합부의 비선형을 고려한 공간 강뼈대 구조물의 고등해석과 최적설계를 수행하였다. 고등해석은 접합부의 비선형, 기하학적 비선형 및 재료적 비선형을 고려한다. 접합부의 비선형은 Kishi와 Chen이 제안한 3가지 매개변수를 가지는 파워모델을 사용하여 고려하였다. 기하학적 비선형은 안정함수를 사용하여 고려하였으며, 재료적 비선형은 CRC 접선 탄성계수와 포물선 함수를 사용함으로서 고려하였다. 최적화 기법으로는 Choi와 Kim이 제안한 직접탐색법을 사용하였다. 직접탐색법은 LRFD의 상관방정식으로 계산된 값중에서 최대값을 가지는 부재의 크기를 단계별로 증가시키는 방법이다. 목적함수는 구조물의 중량을 사용하였으며, 제약조건식은 구조시스템의 하중-저항능력, 처짐, 층간 수평변위 및 연성요구 조건을 고려하였다. 제안된 방법에 의한 설계결과를 LRFD방법과 비교하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.183-191
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• 2003

본 연구는 예압 가새로써 내진 보강된 RC 골조의 보강 효과를 3차원적으로 조사함이 그 목적이다. 이를 위해, 먼저 4층 규모의 RC 골조에 극한 하중을 가한 후 예압 가새를 이용하여 보강하되 보강 위치에 따라 3경우로 나누어 해석을 수행해보았다. 해석 방법으로써, 본 연구자가 앞서 행한 연구 결과에 의해 정적 붕괴 해석법이 비선형 동적 시간 이력 해석법의 대안책으로 훌륭히 쓰일 수 있음을 밝힌바 있기 때문에 정적 붕괴 해석만 적용하여 보강 전의 해석 및 보강 후의 영향에 대해서 평가하였다. 그 결과, 외주부에 설치한 가새가 커다란 비틀림 저항을 발휘했으며 예압 가새로 인해 골조에 균등한 강성 변화가 유도되어 급격한 파괴가 발생하지 않는 효과를 보였다.