• 한국지진공학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.197-204
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• 2017

This paper aims to analyze the economic feasibility and investigate the possibility of elastic seismic design of wind-designed highrise concentrically braced frames considering change of mechanical properties of Korean steel under the strong wind and the low seismicity in Korea. To this end, first, highrise concentrically braced frames were designed considering strong wind load. And then, analyses of the economics of them were performed. The seismic performance evaluation of wind-designed highrise buildings was conducted using the response spectrum analysis procedure. Analysis results show that it is possible to save up to approximately 90% of the amount of steel on the 10% increase in steel strength without serviceability. However, with serviceability, the design sectional area of the steel with relatively high strength tends to increment considerably because of the lateral stiffness due to reduction of the inertia moment and so on. This point might apply to limitation of the steel with high tensile yield strength.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제59권3호
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• pp.455-473
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• 2016

Methods for the seismic demands evaluation of structures require iterative procedures. Many studies dealt with the development of different inelastic spectra with the aim to simplify the evaluation of inelastic deformations and performance of structures. Recently, the concept of inelastic spectra has been adopted in the global scheme of the Performance-Based Seismic Design (PBSD) through Capacity-Spectrum Method (CSM). For instance, the Modal Pushover Analysis (MPA) has been proved to provide accurate results for inelastic buildings to a similar degree of accuracy than the Response Spectrum Analysis (RSA) in estimating peak response for elastic buildings. In this paper, a simplified nonlinear procedure for evaluation of the seismic demand of structures is proposed with its applicability to multi-degree-of-freedom (MDOF) systems. The basic concept is to write the equation of motion of (MDOF) system into series of normal modes based on an inelastic modal decomposition in terms of ductility factor. The accuracy of the proposed procedure is verified against the Nonlinear Time History Analysis (NL-THA) results and Uncoupled Modal Response History Analysis (UMRHA) of a 9-story steel building subjected to El-Centro 1940 (N/S) as a first application. The comparison shows that the new theoretical approach is capable to provide accurate peak response with those obtained when using the NL-THA analysis. After that, a simplified nonlinear spectral analysis is proposed and illustrated by examples in order to describe inelastic response spectra and to relate it to the capacity curve (Pushover curve) by a new parameter of control, called normalized yield strength coefficient (${\eta}$). In the second application, the proposed procedure is verified against the NL-THA analysis results of two buildings for 80 selected real ground motions.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권6호
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• pp.2804-2811
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• 2012

본 연구에서는 직접변위기반 설계법에 의하여 철근콘크리트 기둥이 목표변위에 도달하도록 하는 보강설계를 수행하였다. 철근콘크리트 기둥의 비선형 거동은 등가 선형 시스템으로 단순화하여 해석한다. 먼저 목표변위를 결정하고, 단자유도 시스템의 등가고유주기를 추정하기 위하여 탄성 변위스펙트럼을 작성하였다. 고유주기가 결정되면 시스템의 질량을 근거로 강성을 이용하여 요구강도를 계산한다. 이후 비선형 층상화 단면해석을 통해 얻어진 하중-변위관계에 따라 요구강도를 만족하는 보강설계를 수행하였다. 비선형 층상화 단면해석 프로그램을 개발하고 보강설계 절차를 제안하였으며 이를 적용한 결과, 보강설계를 통해 보강한 철근콘크리트 기둥은 보강하지 않은 기둥과 비교하여 내진 성능이 향상 된 것을 확인 할 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제9권1호
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• pp.171-180
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• 2005

본 연구에서는 기름이나 가스의 송유관을 지지하기 위하여 일반적으로 사용되는 3층의 Knee brace가 설치된 모멘트저항골조(KBMRF)의 내진성능을 평가하였다. KBMRF의 하중-변위 관계를 관찰하기 위하여 비선형 정적 pushover 해석을 수행하였다. 최대층간변위가 층높이의 1.5%에 도달하였을 때 보와 기둥과 같은 주요 구조부재는 탄성상태를 유지하는 것으로 나타났다. UBC-97의 설계스펙트럼에 부합되도록 조정한 8개의 지진기록을 이용하여 비선형 동적시간이력해석을 수행한 결과에 따르면, 최대층간변위는 구조물 높이의 1.5% 변위한계보다 작았고 기둥은 탄성적으로 거동하였다. 따라서 본 연구에서 고려한 KBMRF 구조물의 내진성능은 내진설계기준에서 규정한 모든 요구사항을 만족하는 것으로 나타났다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제7권2호
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• pp.75-84
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• 2003

대부분의 구조물들은 강한 지진을 받을 경우, 비선형 거동의 변형이 예상된다. 구조물의 내진평가는 구조물에 가해진 지진력에 대한 변위요구와 같은 구조물의 성능평가를 필요로 한다. 여러 가지 비선형해석법 가운데 구조물의 내진역량을 계산하기 위한 가장 정확한 방법은 비선형 시각이력해석(NRHA)이긴 하나 많은 시간과 노력이 요구되고 있다. 따라서 구조물의 비선형 거동을 보다 간편하게 예측하기 위한 정확하고 실용적인 비선형 약산해석법에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 일부 약산적 방법 중 능력스펙트럼법(CSM)은 개념적으로는 간단하나 반복적인 계산과정과 함께 때로는 해가 없거나 중복적인 해를 갖는 약점을 갖고 있다. 본 연구에서는 강성골격곡선으로부터 산정한 구조물의 초기 탄성진동주기 T와 응답스펙트럼으로부터 산정한 비선형 유사가속도 h$_{y}$ /g 및 연성비 $\mu$를 사용하여, 반복적인 계산과정 없이 복합구조물의 내진성능을 평가하는 비선형 직접스펙트럼법(NDSM)을 고려한다. 다양한 지진과 복합구조물에 대한 NDSM의 신뢰성과 실용성을 비선형 시각이력해석(NRHA) 결과와 비교함으로써 검토하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제6권4호
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• pp.65-73
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• 2002

성능에 기초한 설계법에서는 비선형 응답산정이 필수적이며, 이를 위한 방법으로는 비선형시각이력해석법, 비선형 정적해석법, 비선형 효과를 고려한 등가선형해석법 등이 있다. 일부 규준에서는 pushover곡선으로부터 작성한 성능스펙트럼과 선형 응답스펙트럼으로부터 작성한 요구스펙트럼으로 이루어진 능력스펙트럼법을 제안하고 있다. 이 방법은 개념적으로는 간단하나 반복과정이 요구되며, 부정확한 결과를 산출하는 경우가 많다. 이에 따라 시행착오적인 등가선형 스펙트럼대신 비선형스펙트럼을 사용하는 방법들에 대한 연구들이 진행되고 있다. 비선형 요구스펙트럼은 표준적 선형 설계스펙트럼으로부터 결정될 수 있으며, 이 방법은 등가선형의 경우보다는 계산과정이 대폭 줄어들기는 하나 아직도 다소의 연산과정이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 다자유도계의 구조물에 대한 pushover곡선으로부터 구조물의 진동주기와 항복강도를 구한 다음, 일련의 계산과정을 거치지 않고도, 직접적으로 비선형 최대응답을 구할 수 있는 비선형 직접스펙트럼법(NDSM)을 제시하극 집중질량계의 MDF(다자유도계) 모델에 대해 다양한 지진기록과 제하강성저하지수를 변수로 하여 NDSM의 적용성과 신뢰성을 평가하고자 한다. 본 연구의 결론은 다음과 같다. 1) 다자유도계 구조물에 대한 비선형 직접스펙트럼법에 의한 최대변위 응답은 비선형 시각이력해석법에 의한 응답과 거의 일치하므로 실용적인 방법으로 사료된다. 2) 비선형 직접스펙트럼법과 비선형 시각이력해석에 의해 산정된 죄상층 변위 결과를 비교하면, 항복후강성계수가 0.1, MAD(modal adaptive distribution)에 의한 수평정적하중분폰 그리고 제하강성저하지수가 0.2~O.3일 때 평균오차가 가장 줄어드는 것으로 나타났다.

• Steel and Composite Structures
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• 제41권5호
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• pp.713-730
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• 2021

The seismic performance of rigid steel frames is widely investigated, but that of semi-rigid (SR) steel frames are not studied extensively, especially for near-field earthquakes. In this paper, the performances of five and ten-story steel SR frames having different degrees of semi-rigidity are evaluated at four performance points in the four different deformation states, namely, the elastic, elasto-plastic, plastic, and near collapse states. The performances of the SR frames are measured by the response parameters including the maximum values of the top floor displacement, base shear, inter-story drift ratio, number of plastic hinges, and SRSS of plastic hinge rotations. These response parameters are obtained by the capacity spectrum method (CSM) using pushover analysis. The validity of the response parameters determined by the CSM is evaluated by the results of the nonlinear time history analysis (NLTHA) for both near and far-field earthquakes at different PGA levels, which are consistent with the performance points. Results of the study show that the plastic hinges of SR frame significantly increase in the range of plastic to near-collapse states for both near and far-field earthquakes. The effect of the degree of semi-rigidity is pronounced only at higher degrees of semi-rigidity. The predictions of the CSM are fairly well in comparison to the NLTHA.

• 한국지진공학회논문집
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• 제8권2호
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• pp.35-44
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• 2004

탄성응답스펙트럼을 사용하는 능력스펙트럼법은 비선형 시스템을 등가의 선형시스템으로 치환하여 주어진 지진 하중에 대한 구조물의 최대 비선형 거동을 예측한다. 본 연구의 목적은 이러한 능력스펙트럼법들의 정확성을 검증하고, 예측 특성을 비교하는 것이다. 이를 위해, ATC-40, G lkan, Kowalsky, 그리고 Iwan이 제시한 방법을 이용하여 등가주기와 등가감쇠비를 산정한 후, ATC-40에서 제시한 절차B에 따라 성능점을 산정 하였다. 전반적으로 ATC-40 방범은 구조물의 응답을 과소 평가하여 안전하지 못한 설계결과를 가져 올 수 있으며, G lkan과 Kowalsky의 방법은 과대 평가하는 경향을 가지고 있다. Iwan이 제시한 방법은 ATC-40 방법과 G lkan과 Kowalsky 방법의 중간 값을 예측함으로써, 비교적 정확한 값에 가까운 최대 변위를 산출하였다. 그리고, Kowalsky 방법은 항복 후 강성비에 따라 등가감쇠비를 음수로 산정함으로써 예측 값을 제시하지 못하는 경우가 있음을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권12호
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• pp.57-71
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• 2021

잔교식 구조물은 상판을 말뚝 또는 기둥으로 지지하는 형식의 항만 구조물로서, 경사 말뚝을 설치하여 지진하중과 같은 수평하중을 부분적으로 축력으로 분담하도록 설계할 수 있다. 기준서에서는 잔교식 구조물 내진설계 시 예비 설계 방법으로 응답스펙트럼해석법을 활용하도록 설명하고 있으며, 응답스펙트럼 해석 시 말뚝을 가상고정점 방법 및 지반스프링 방법을 적용하여 모델링하도록 제시하고 있다. 최근 응답스펙트럼해석 시 구조물의 동적 응답을 적절히 모사하는 모델링 방법을 도출하기 위해 연직 말뚝으로 구성된 잔교식 구조물에 관한 몇몇 연구들이 수행되어 왔으나, 현재까지 경사말뚝이 적용된 잔교식 구조물에 대한 응답스펙트럼해석 관련 연구는 부족한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 경사말뚝이 설치된 잔교식 구조물의 모델링 방법에 따른 내진성능을 평가하기 위해 동적원심모형실험과 더불어 응답스펙트럼 해석을 수행하였다. 실험 및 해석을 비교한 결과, 경사말뚝이 설치된 잔교식 구조물의 경우 실제 응답을 적절히 모사하기 위해 Terzaghi(1955)가 제시한 수평지반반력상수를 활용하여 모델링을 수행하는 것이 적절한 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권12호
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• pp.73-87
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• 2021

잔교식 구조물은 선박을 안전하게 접안하여 화물을 송수신할 수 있는 구조물로서, 포화된 경사지반에 주로 설치된다. 이러한 잔교식 구조물의 내진설계 시 기준서에서는 예비 설계 방법으로 응답스펙트럼해석법을 활용하도록 제시하고 있으나, 현재 포화지반에 관입된 잔교식 구조물의 모델링 방법에 대한 지침은 부족한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 포화지반에 관입된 잔교식 구조물의 내진성능을 평가하기 위해 동적원심모형실험 및 응답스펙트럼해석을 수행하였다. 동적원심모형실험을 위해 잔교식 안벽 말뚝 중 일부 구간(3×3 군말뚝)을 선정하였으며, 지반 포화 여부에 따라 2가지 모델(건조, 포화)로 분류하였다. 이후 실험 모델에 지반 스프링 방법을 적용하여 응답스펙트럼해석을 수행하였다. 실험 및 해석을 비교한 결과, 건조지반 모델 및 액상화가 발생하지 않는 포화지반 모델의 경우 모멘트 차이가 최대 51% 이내로 발생하였으며, 깊이 별 모멘트를 적절히 모사하는 것으로 나타났다. 그러므로 본 모델의 경우 Terzaghi(1955)가 제시한 수평지반반력상수를 활용하여 모델링을 수행하는 것이 적절한 것으로 판단된다.