• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제11권5호
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• pp.181-188
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• 2007

본 연구에서는 원형강관 가새의 국부좌굴에 의한 내력감소를 배제하기 위하여, 가새의 국부좌굴 거동을 파악하고 좌굴제어 방법을 찾고자 한다. 좌굴을 제어하기 위한 방법으로, 하나는 좌굴 영역에 커버플레이트를 설치하여 좌굴을 구속함으로써 변형능력을 확보하고자 하는 것이며, 다른 하나는 가새 중앙부에 강봉과 스프링을 이용한 수축장치를 삽입하여 압축 시 좌굴의 위험을 배제하는 것이다. 본 연구의 목적은 국부좌굴을 구속하거나 배제하기 위한 좌굴제어시스템을 제안하고, 실험을 통하여 제안한 방법의 적용성을 조사, 검토하는 것이다. 또한 좌굴제어에 따른 성능향상을 정량적으로 평가하는 것이다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권1호통권74호
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• pp.53-62
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• 2005

본 연구의 목적은 가새 골조에서 사용되는 가새 부재를 보강하여 가새 골조의 이력 거동을 향상시키는 것이다. HSS(Hollow Structural Section) 가새 부재는 국부 좌굴의 발생으로 인하여 인장측 성능에 비해 압축측 성능이 취약한 단점이 있다. 국부 좌굴의 심각성을 감소시키기 위하여 가새 부재에 콘크리트를 충전하는 방법이 사용되었다. Lee and Goel(1987)의 연구 결과에 따르면 콘크리트 충전은 HSS 가새 부재의 국부좌굴의 심각성을 감소시켜 파괴 수명을 증가시켰으나, 가새 부재 중앙부의 국부좌굴을 방지하지 못하여 지속적인 압축 강도의 저감이 나타났다. 따라서 본 연구에서는 가새 부재의 압축 강도를 증가시키고 중앙부의 국부 좌굴을 방지하기 위하여 콘크리트 충전 HSS 가새 부재의 중앙부를 리브로 보강한 실험체를 제작하여 실험하였다. 이를 위하여 리브 보강길이를 변수로 한 총 4개의 실물 크기의 가새 부재를 제작하였다. 하중은 압축과 인장이 대칭인 하중이력을 사용하였다. 본 실험에서 좌굴 모드, 사이클 최대 압축강도와 에너지 소산능력에서 나타난 리브 보강 가새 부재의 성능은 리브 보강길이에 따라 다르게 나타났으며, 63%의 길이로 보강한 실험체가 가장 우수한 성능을 나타내었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.549-558
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• 2014

내진 보강용 이력 댐퍼로 활용하기 위해 개발된 좌굴방지가새는 일본과 미국을 중심으로 활발히 연구되어 왔다. 좌굴방지가새는 일반적으로 심재와 외피 사이를 콘크리트 등으로 채워 제작된다. 좌굴방지가새에 콘크리트를 채우는 일은 습식 공정으로 제작 효율을 떨어뜨릴 수 있는 하나의 원인으로 심재와 콘크리트의 비부착 처리는 쉽지 않은 작업이다. 이를 개선하기 위해 반원형 스프링으로 심재를 횡지지하는 건식형 좌굴방지가새를 제안하였다. 건식형 좌굴방지가새를 실용화하기 위해 적절한 거동을 갖는 반원형 스프링의 형상을 해석적으로 조사하였다. 심재가 압축을 받아 고차모드로 좌굴하기 위해 필요로 하는 횡지지 강성과 강도를 이론적으로 평가하였다. 또한 실제 적용 조건을 반영하여 반원형 스프링의 실용적 소요강성와 강도를 계산하였다. 이 값을 기준으로 5가지 높이를 변수로 한 반원형 스프링의 비선형 좌굴해석을 통해 적절한 강종과 두께를 선정하였다. 끝으로 최종 선정된 반원형 스프링의 거동을 반영하여 이차원으로 모델링한 건식형 좌굴방지가새의 비선형 좌굴해석을 통해 건식형 좌굴방지가새의 좌굴강도는 반원형 스프링 사이의 거리를 좌굴 길이로 갖는 심재의 좌굴하중과 유사함을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.106-114
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• 2006

본 논문에서는 역강성법을 비좌굴 가새골조시스템의 내진설계에 적용하여 목표 변위를 만족시키는 비좌굴 가새의 단면적을 산정하였으며, 기존 연구와 비교하여 타당성을 검토하였다. 본 설계 방법은 개념이 직관적이고 적용이 간편하며, 고차모드 고려가 가능하고 각 층의 연성도를 개별적으로 조절할 수 있는 장점이 있다. 각 모델에 본 설계법을 적용한 결과, 전반적으로 목표변위 증가에 따라 가새 단면적이 감소하지만 층수와 연성도의 증가에 따라 일부층에서 오히려 가새 단면적이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 항복 후 강성비의 변화가 단면적에 끼치는 영향은 가새의 항복 후 강성비가 작은 경우 더 민감한 차이를 보이는 것으로 나타났다.

• 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.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.583-586
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• 2011

가새골조의 정확한 내진성능평가를 위해서는 실험과 유사한 이력거동과 파단 시점을 잘 예측할 수 있는 해석적 모델이 필요하다. 가새의 이력거동을 모사히기 위해 본 연구에서는 이전 연구자들에 의해 제안된 물리적 이론 모델을 사용하였다. 또한, 가새부재의 국부좌굴에 의한 파단 예측을 위해 피로변수의 보정계수를 도입한 손상 지표를 개선하였다. 결과적으로 실험과 해석 결과를 비교하여 콘크리트충전 각형 강관가새부재의 국부좌굴 효과를 반영한 피로 보정계수를 판폭두께비에 따라 회귀분석을 통해 결정하고, 본 연구에서 제안한 해석 모델의 결과와 이전 연구의 결과를 비교하여 검증하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.523-535
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• 2014

현 내진기준의 근간인 역량설계법(capacity design)에 의할 때, 중심가새골조의 내진설계는 기둥 및 보부재는 탄성부재로, 가새부재는 반복적인 인장과 압축을 통해 지진에너지를 소산하는 비탄성 부재로 설계되어야 한다. 가새부재는 에너지를 소산하는 과정에서 기둥부재에 추가적인 축력을 유입시키므로, 이 추가 축력을 고려하여 기둥부재를 탄성설계해야 한다. 현행 기준은 중심가새골조의 기둥부재 설계시 전층의 가새가 동시에 인장항복 및 좌굴하는 가장 보수적인 상황을 가정하여 기둥의 축력을 산정하거나 특별지진하중에 대해 기둥을 설계하는 방법을 제안하고 있다. 그러나 전층의 가새가 동시에 좌굴할 가능성은 희박하며, 특별지진하중에는 시스템 초과강도라는 경험적이고 우회적인 요소가 도입되었다는 한계가 있다. 이와 같은 문제점을 극복하기 위한 몇몇 선행 관련 연구들 역시 가새의 좌굴을 명시적으로 고려하지 못하였을 뿐더러 역학적 근거도 희박하다. 최근에 행해진 연구 중에서 역 V형 중심 가새골조를 대상으로, 기존의 기둥축력 산정법이 가지는 한계를 극복할 수 있는 새로운 기둥축력 산정법이 제안된 바가 있다. 하지만 역 V형 중심 가새골조와 X형 중심 가새골조의 하중전달 메커니즘은 상이하기 때문에 이 축력산정법을 X형 가새골조에 그대로 적용할 수는 없다. 따라서 본 연구에서는 X형 중심가새골조만의 역학적 특성을 고려한 네 가지의 기둥축력 산정법을 제안하였다. 특히 모달질량을 가중치로 고려하여 고차모드의 영향을 반영할 수 있는 새로운 방안을 제시하였다. 방대한 지진데이터를 입력으로 한 비선형 동적해석을 수행하여 제시된 방안의 타당성을 평가하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권2호
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• pp.207-217
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• 2015

철골 중심 가새골조는 최소의 물량으로 건물의 횡력에 대한 저항력을 확보할 수 있는 매우 효과적인 시스템이다. 그러나 중심가새 골조는 탄성거동을 전제로 풍하중에 대한 구조시스템으로 비탄성거동을 수반하는 지진하중에 대해서는 가새 좌굴 이후의 에너지 소산능력저하와 반복하중 하에 가새 및 접합부의 취성파단 가능성이 제기된다. 그로 인해 가새의 좌굴이 최초로 발생한 층에 소성변형이 집중되어 연약층 발생에 의한 건물의 붕괴로 이어질 가능성이 높다. 따라서 본 논문에서는 기 설치된 H형 가새를 무용접 냉간성형보강재로 보강하여 휨-좌굴을 억제하고 인장력과 압축력에 동일한 강도를 확보하는 보강안에 대한 연구를 진행하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권5호통권66호
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• pp.571-578
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• 2003

본 논문에서는 중심가새골조 가운데 가정 널리 사용되는 역V형 철골 가새골조의 내진거동을 탄소성 후좌굴해석에 의해 고찰하고, 압축가새의 좌굴이 최초로 발생한 층에 소성화가 집중되는 약층화 현상을 완화할 수 있는 효과적 내진보강 방안을 제시하고자 하였다. 즉 좌굴이 발생한 층에 집중되는 비탄성변형을 건물전체로 재분재하는 기능을 갖는 인장재(tie bar)를 삽입하여 내진성능을 효과적으로 개선할 수 있음을 입증하였다. 아울러 압축가새의 좌굴발생 순서를 감안하여 보강 인장재를 경제적으로 설계할 수 있는 실용적 설계방안을 제시하였다.

• 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.