• 한국전산구조공학회논문집
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• 제36권6호
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• pp.399-405
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• 2023

본 연구에서는 철근콘크리트 모멘트골조의 보-힌지 붕괴 기구를 유도하기 위한 유전자알고리즘 기반의 최적내진설계기법을 제시한다. 제안하는 기법은 두 가지의 목적함수을 사용한다. 첫 번째는 구조물의 비용을 최소화하는 것이고, 두 번째는 구조물의 에너지소산능력을 최대화하는 것이다. 제약조건은 기둥과 보의 강도조건, 기둥-보 휨강도비 최소 조건, 기둥의 소성힌지 발생 방지조건 등이 사용된다. 부재의 강도 평가를 위해 선형정적해석이 수행되고, 에너지소산능력과 소성힌지 발생여부를 평가하기 위해 비선형정적해석이 수행된다. 제안하는 기법은 4층 예제 구조물에 적용되었으며, 보-힌지 붕괴 기구를 유도하는 설계안이 얻어지는 것을 확인하였다. 획득된 설계안의 기둥-보 휨강도비를 분석한 결과, 그 값은 기존 내진 기준에서 제시하는 값보다 큰 것으로 나타났다. 보-힌지 붕괴 모드를 유도하기 위해서는 보다 더 강화된 전략이 필요하다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제11권5호
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• pp.1-9
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• 2007

본 논문에서는 철근콘크리트 모멘트 골조의 보-기둥 접합부에 대한 비탄성 회전 능력의 성능을 조사한 연구 결과를 하고 있다. 총 91개의 보-기둥 접합부 실험체에 대해 상세히 조사되었으며, 그 중 28개의 실험체는 ACI 318-02의 상세 요구에 기초하여 특수 모멘트 골조 접합부로서 분류되었다. AISC-97 내진 기준에서 철골 모멘트 골조 접합부를 위해 정의된 허용기준이 분류된 철근콘크리트 모멘트 골조의 접합부에 대해 평가하기 위해서 사용되었다. 특수 모멘트 골조 접합부에 대한 설계 상세를 만족하는 28개의 실험체 중 27개의 특수 모멘트 골조 접합부가 충분한 강도를 가지고 있었으며, 급격한 강도 감소 없이 0.03 rad.의 소성 회전에 대해 연성 거동을 발휘할 수 있음을 보여 주었다. 접합부의 전단 강도, 기둥과 보에 대한 휨 강도 비율, 접합부내에서의 횡방향 철근비 등에 대한 제한이 보-기둥 접합부의 만족스런 내진 성능을 보여주는데 중요한 역할을 하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.365-372
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• 2002

본 연구는 700kgf/$\textrm{cm}^2$ 고강도 콘크리트에서 횡보강근 형태, 체적비 그리고 횡보강근 항복강도에 따른 고강도 콘크리트기둥의 거동을 규명하기 위한 실험연구이다. 기둥은 중심축내력의 30%에 해당하는 일정축력과 수평방향의 반복 휨모멘트를 받는다. 본 연구에서 사용된 변수는 횡보강근 체적비(Ps=1.58, 2.25%), 횡보강근 형태(hoop-type, cross-type, diagonal-type) 그리고 횡보강근 항복강도(fy=5,600, 7,950 kgf/$\textrm{cm}^2$)이다. 실험결과로 모든 기둥의 휨강도는 현행규준의 등가응력블럭에 근거하여 산정된 휨강도보다 낮게 나타났다. 횡보강근을 ACI 규준 요구량보다 42%증가시킨 기둥 시험체는 연성적인 거동을 보였다. 그리고, 본 연구에서 적용한 축력비 0.3 P/PO하에서 고강도급 횡보강근을 사용한 시험체의 연성이 저강도급 횡보강근을 사용한 시험체의 경우보다 같거나 다소 큰 경향을 보이고 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.535-547
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• 2012

PSRC 기둥은 앵글을 콘크리트에 매입시킨 기둥으로, 단면의 외곽 코너에 배치되는 앵글이 기둥의 휨-압축에 저항하고, 횡철근은 기둥의 전단과 앵글-콘크리트 사이의 부착에 저항한다. 본 연구에서는 KBC 2009에 따라 PSRC 합성기둥의 휨, 전단, 부착 설계방법을 정립하고, 단순지지된 2/3 스케일의 PSRC 보와 SRC 보의 2점 가력 휨실험을 통하여 제안된 설계법을 검증하고 PSRC 합성기둥의 파괴특성을 분석하였다. 단면의 강재비와 횡철근 간격을 실험 변수로 고려하였다. 실험결과, KBC 2009으로 예측한 PSRC 합성기둥의 휨, 전단, 부착 강도는 실험결과와 잘 일치하였다. 고강도 앵글이 기둥 단면의 외곽에 배치되므로 PSRC 합성기둥은 동일한 강재비를 갖는 일반 SRC 합성기둥 단면에 비하여 매우 우수한 휨저항 성능을 나타냈다. 그러나 앵글과 콘크리트 사이의 부착강도가 충분히 학보되지 못한 경우 합성기둥 단면의 휨항복강도를 발휘하기 이전에 앵글의 부착파괴, 피복콘크리트 파괴, 횡철근의 파단 등이 발생하였다. 또한 앵글 용접성 및 인성이 부족할 경우 앵글-횡철근 용접부에서 앵글의 파단에 의해 실험체가 파괴되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.291-298
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• 2017

이 연구에서는 강재 기둥과 접합된 하이브리드 H-보-철근 콘크리트 보(HSRC)의 반복 휨 거동을 평가하였다. 실험 변수는 HSRC 보의 연결절점에 배근되는 장부철근의 유무이다. HSRC 보의 소성힌지는 RC 보보다는 기둥 접합부 부근의 H-보에서 형성되도록 유도하였다. 모든 실험체는 하중의 급격한 감소 없이 연성적인 거동을 보였으며, 비록 예상치 못한 H-기둥과 H-보 용접 접합부의 파괴가 발생하였지만, 결과적으로 4.6 이상의 변위연성비를 나타내었다. HSRC 보 시스템에서 RC 보의 균열진전, 휨 강도 및 연성에 대한 장부철근의 영향은 매우 미미하였다. HSRC 보 시스템의 휨 강도는 단면의 완전소성으로 가정하여 산정한 H-보의 최대 휨 내력에 비해 안전 측에서 평가될 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.563-569
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• 2016

본 논문에서는 철골모멘트골조의 초기 강성과 연성을 동시에 조절하기 위해 기둥-보 휨강도비를 고려한 재분배 기법이 제시된다. 제시되는 기법은 총 구조물량과 기둥-보 휨강도비에 대한 제약조건을 만족시키면서 구조물의 최상층의 변위를 최소화한다. 고려된 설계변수는 구조부재의 단면적을 사용하며, 정식화된 문제로부터 최적의 결과를 얻기 위해 Sequential Quadratic Programming(SQP) 기법을 사용한다. 최상층의 횡변위에 대한 각 부재의 변위기여도를 단위하중법을 통해 구하고, 이를 최상층의 횡변위가 감소하도록 각 부재의 단면을 재설계한다. 각 부재의 변위기여도를 이용하여 부재의 단면을 재설계하는 과정은 구조물의 초기 강성을 향상시키는 효과를 가진다. 동시에, 제시된 기법은 기둥-보 휨강도비를 제약함으로써 구조물의 연성을 조절하도록 한다. 제시된 최적변위설계기법은 철골골조 예제에 적용하여 적용성을 검증한다. 적용한 결과 제시된 기법을 통해 구조물의 초기강성과 연성능력이 조절되는 것을 확인할 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.631-639
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• 2013

이 연구에서는 기존에 수행된 시공성과 경제성이 향상되고 중진 지역에서 사용 가능한 새로운 프리캐스트 콘크리트 보-기둥 접합상세의 비선형 유한요소해석이 수행되었다. 해당 상세는 복합구조를 기반으로 함으로써 기둥 내에는 각관을 보유하고 있으며 보에는 강판이 매입되어 있는 복잡한 단면을 보유하고 있다. 또한 콘크리트와 강재뿐만 아니라 ECC라는 새로운 재료를 사용함에 따라 요소의 선택 및 재료모델의 결정에 대한 방법론을 제시하였다. 비선형 유한요소해석은 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 통해 수행되었으며 요소 및 재료 모델은 ABAQUS에서 제공하는 모델들을 사용하였다. 비선형 유한요소해석 결과 기 수행되었던 실험 결과에 유사하거나 보수적으로 평가함으로써 변수분석에 사용할 수 있을 것으로 판단하였다. 구축된 유한요소해석 모델을 통해 해당 상세의 성능에 대한 압축력의 영향, 휨강도비의 영향에 대해 분석하였다. 압축력의 경우 기둥 압축강도의 10~20%에서 가장 좋은 성능을 발휘할 수 있었으며, 휨강도비 1.2 이상에서 기둥의 항복 없이 보의 소성힌지를 유도할 수 있음을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.253-260
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• 2016

본 연구에서는 철골모멘트골조의 보-힌지 붕괴모드를 유도하는 최적 내진설계기법을 제안한다. 이는 유전자알고리즘을 사용하며, 기둥의 소성힌지 발생을 억제하는 제약조건을 설정하여 보-힌지 붕괴모드를 유도한다. 제안하는 기법은 구조물량를 최소화하고 에너지소산능력을 최대화하는 목적함수를 사용한다. 제안하는 기법은 9층 철골모멘트골조 예제 적용을 통해 검증한다. 예제 적용을 통해 철골모멘트골조의 보-힌지 붕괴모드를 유도하기 위해 요구되는 기둥-보 강도비를 평가한다. 패널존에 대한 3가지 모델링 기법을 각각 적용하여 모델링 조건에 따른 휨강도비 영향이 추가적으로 검토된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.90-90
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• 2011

최근 전 세계적으로 지진의 발생 빈도가 증가하며 그 규모도 점차 커지는 경향을 보이고 있다. 대형지진의 발생 시 저층 구조물의 붕괴로 인한 인명 및 사회, 경제적 피해가 두드러짐에 따라 기존 저층 구조물의 내진보강기법에 관한 연구가 활발히 진행 중인 추세이다. 우리나라의 경우 강도증가형 내진보강공법이 주를 이루고 있어 다양한 내진보강기법의 개발 및 적용이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 지진입력하중 저감형 내진보강기법으로서 강재댐퍼시스템을 제안하여 구조적 성능을 파악하고, 이를 적용한 보강 실험체와 비보강 실험체를 제작하여 정적가력실험을 통하여 그 성능을 비교하였다. 제안된 강재댐퍼시스템은 입력에너지를 소산시키는 내부의 슬릿형 댐퍼와 이를 지지하는 기둥 및 외부 프레임으로 구성되며, 내부 댐퍼는 먼저 항복하여 에너지를 소산시키기 위하여 지지기둥 및 프레임에 사용된 강재보다 강성 및 강도가 적게 계획되었다. 강재댐퍼의 성능실험 결과, 비교적 안정적 거동을 하며, 강성과 강도 및 에너지 흡수능력이 우수하게 나타났다. 보강 및 비보강 실험체의 골조는 기존 학교 건축물의 표준도면을 기준으로 하여 골조의 일부를 대상으로 60% 축소율을 적용하여 계획하였으며, 보강 실험체는 미리 제작된 강재댐퍼시스템을 골조 내에 설치하여 에폭시 주입법으로 부착시공 하였다. 보강 및 비보강 골조 실험체의 정적가력 실험결과 비보강 실험체는 기둥의 휨 항복 후 변형의 증가에 따라 휨 및 전단 균열이 증가하면서 최종적으로 기둥이 전단파괴 되었으며, 보강 실험체는 비보강 실험체에 비하여 기둥 및 보의 균열이 적고, 골조에 골고루 분포되어 파괴 규모가 감소하였다. 최대 강도면에서 보강 실험체는 비보강 실험체에 비하여 약 3.4배 우수하였으며, 초기강성은 약 7배 가량 유리한 것으로 평가되어 제안된 강재댐퍼시스템이 강도면에서 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있었다. 또한 두 실험체의 기둥 주근 및 띠철근의 변형률을 비교한 결과, 비보강 실험체는 대부분의 철근이 항복하여 큰 변형을 일으킨 반면, 보강실험체에서는 철근의 항복현상이 나타나지 않았고 댐퍼가 항복을 하면서 큰 변형을 일으켰다. 이를 통해 지진하중 입력 시 댐퍼에서 입력 에너지를 흡수하여 큰 하중을 부담하며, 기존의 구조부재에는 입력 에너지가 낮아 손상이 보다 적게 발생함을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제18권2호
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• pp.161-168
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• 2006

본 연구에서는 기둥의 축력비 및 횡보강근의 형상을 주요 변수로 현행 규준(ACI Code)의 횡보강근량 산정식이 고축력과 반복횡력을 받는 압축강도 100MPa의 초고강도 RC 기둥의 설계에도 적용가능한지 여부를 실험적 연구를 통하여 평가하였다. 실제 구조물의 보를 이상화한 스터브를 가진 1/2개 층의 기둥을 휨 파괴를 유도하기 위하여 형상비(L/d)를 4로 하여 실제 구조물의 1/3 Scale로 하였고, 실험구간은 접합면으로부터 기둥 깊이의 2.5배(750mm)로 하였으며, 총 8개의 실험체를 제작하였다. 실험 결과 실험체의 파괴양상은 축력비가 증가함에 따라 스터브 접합면에서 좀 더 떨어진 위치에서 파괴구간이 넓게 확산되지 못하고 파괴가 집중되었으며, 횡보강근의 체적비가 증가할수록 휨 균열이 다수 발생하였고 파괴구간도 접합면에 더 가까이 발생하였다. 또한, 축하중의 증가는 기둥의 변형능력을 30%, 누적소산 에너지량을 40% 감소시키고 강도와 강성의 감소를 가속화시켰으며, 연성비를 비교하면 D Type에서는 43%, E Type은 30% 감소한 것으로 나타났다. 그리고 횡보강근의 형상이 원형에 가까운 D Type이 심부 콘크리트 구속효과가 가장 좋은 것으로 나타났는데, 동일한 조건일 때 변형능력 및 연성비가 가장 높고 횡보강근의 체적비 증가에 따른 연성비의 증진효과도 가장 뛰어남을 알 수 있었다. 따라서, 고축력 및 횡보강근 형상 등을 고려하지 않고 있는 현재의 횡보강근량 산정 규준식은 100MPa의 초고강도 콘크리트 기둥 설계에 적용하기 위해서는 횡보강근의 상세(형상, 체적비) 및 축력효과등이 적절히 반영되어야 할 것으로 판단된다.