• Steel and Composite Structures
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• 제27권3호
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• pp.337-353
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• 2018

In previous weak-axis moment connection tests, brittle fracture always initiated near the edge of the beam flange groove weld due to force flow towards the stiffer column flanges, which is the opposite pattern as strong-axis moment connections. As part of the China NSFC (51278061) study, this paper tested two full-scale novel weak-axis reduced beam section moment connections, including one exterior frame connection specimen SJ-1 under beam end monotonic loading and one interior frame joint specimen SJ-2 under column top cyclic loading. Test results showed that these two specimens were able to satisfy the demands of FEMA-267 (1995) or ANSI/AISC 341-10 (2010) without experiencing brittle fracture. A parametric analysis using the finite element software ABAQUS was carried out to better understand the cyclic performance of the novel weak-axis reduced beam section moment connections, and the influence of the distance between skin plate and reduced beam section, a, the length of the reduced beam section, b, and the cutting depth of the reduced beam section, c, on the cyclic performance was analyzed. It was found that increasing three parametric values reasonably is beneficial to forming beam plastic hinges, and increasing the parameter a is conducive to reducing stress concentration of beam flange groove welds while increasing the parameters b and c can only reduce the peak stress of beam flange groove welds. The rules recommended by FEMA350 (2000) are suitable for designing the proposed weak-axis RBS moment connection, and a proven calculation formulation is given to determine the thickness of skin plate, the key components in the proposed weak-axis connections. Based on the experimental and numerical results, a design procedure for the proposed weak-axis RBS moment connections was developed.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.513-523
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• 2015

H형강 철골 모멘트 골조에서는 기둥의 강축 방향 용접 모멘트접합부를 활용하는 것이 구조적으로 가장 이상적이다. 하지만, 모멘트 골조가 직교하는 경우, 기둥의 약축 방향으로도 용접 모멘트접합부를 사용해야 한다. 국내에서는 특히 강축 및 약축 방향 모두를 용접 모멘트접합부를 자주 사용하는 관행이 있다. 대표적인 연성내진상세인 RBS(reduced beam section, 보단면감소)접합부의 경우 국내외적으로 강축접합 위주로 실험연구가 진행되어 약축 RBS 용접모멘트접합부에 대한 실험자료가 매우 희소하다. 본 연구에서는 RBS를 도입한 약축 용접 모멘트접합부의 내진성능을 실험적으로 고찰하였다. Gilton-Uang (2002)의 선행연구를 참고하여 보 플랜지는 연속판과 맞댐용접하고 웨브는 전단이음판과 C-형 필릿용접부로 설계하여 실험을 수행하였다. 보에 사용된 강재가 내진용 강재가 아닌 일반 SS400 강재임에도 불구하고 3% 이상의 소성회전각을 발휘하였다. 제한된 결과이긴 하지만, 전단이음판과 보 웨브 사이의 C-형 필릿용접부 설계에서 보 웨브에 작용하는 휨모멘트와 전단력의 편심의 영향을 구체적으로 고찰할 필요가 있는 것으로 판단된다. 본 실험결과를 토대로 전단이음판 부근의 보 웨브 파단을 방지할 수 있는 C-형 필릿용접 형상 및 설계방안을 제안하였다. 보 플랜지와 연속판의 완전용입 용접부는 맞댄이음(butt joint) 형식이 되어 국부좌굴에 취약하고 이로 인해 피로파괴가 발생하는 경향이 있으므로 용접작업에 지장이 없는 범위에서 용접접근공(스켈럽)의 크기를 최소화할 필요가 있다. RBS형상, 스틱아웃, 트림, 연속판 두께 증가 등과 같이 이미 검증된 약축 모멘트 용접접합부의 내진상세들은 따르는 것이 바람직하다.

• Corrosion Science and Technology
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• 제13권2호
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• pp.41-47
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• 2014

The isothermal corrosion tests of several types of stainless steels, Ni-based alloys, and ferritic-martensitic steels (FMS) were carried out at the temperature of 550 and $650^{\circ}C$ in SFR S-$CO_2$ environment (200 bar) for 1000 h. The weight gain was greater in the order of FMSs, stainless steels, and Ni-based alloys. For the FMSs (Fe-based with low Cr content), a thick outer Fe oxide, a middle (Fe,Cr)-rich oxide, and an inner (Cr,Fe)-rich oxide were formed. They showed significant weight gains at both 550 and $650^{\circ}C$. In the case of austenitic stainless steels (Fe-based) such as SS 316H and 316LN (18 wt.% Cr), the corrosion resistance was dependent on test temperatures except SS 310S (25 wt.% Cr). After corrosion test at $650^{\circ}C$, a large increase in weight gain was observed with the formation of outer thick Fe oxide and inner (Cr,Fe)-rich oxide. However, at $550^{\circ}C$, a thin Cr-rich oxide was mainly developed along with partially distributed small and nodular shaped Fe oxides. Meanwhile, for the Ni-based alloys (16-28 wt.% Cr), a very thin Cr-rich oxide was developed at both test temperatures. The superior corrosion resistance of high Cr or Ni-based alloys in the high temperature S-$CO_2$ environment was attributed to the formation of thin Cr-rich oxide on the surface of the materials.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.503-511
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• 2015

강구조물에서 장스팬의 경우, 일반적으로 스티프너로 보강된 플레이트거더를 많이 사용하는데, 보(girder)의 춤이 크고 웨브의 폭이 좁은 단면을 선택하는 경우는, 웨브가 세장해져서 면외좌굴이 문제가 된다. 이를 해결하기 위한 방안으로, 이 연구에서는 국내에서도 공장, 창고건물을 중심으로 많이 사용되고 있는, 춤이 큰 주름 웨브 보를 휨재로 사용했을 때, 그 적용가능성을 판단하기 위하여, 그 선행작업으로, 주름 웨브(파형, Sinusoidal)를 가진 H형 단면보의 재하실험을 실시하였다. 평판웨브 P-4.5실험체에 비해서 주름웨브 CP-2.3실험체는 최대 휨내력은 12% 부족했지만, CP-3.2 실험체는 약 24% 내력상승이 나타났다. 이는 주름웨브 보는 평판보보다 불리한 판폭두께비를 가진 경우에도 충분한 내력확보가 가능함을 의미한다. 그리고 유로코드(EN 1993-1-5)에 의하여 산정된 휨 내력 및 전단내력을, 재하실험에 의한 휨내력과 KBC2009에 의한 전단내력을 비교하였다. 유로코드에서는 주름웨브의 판두께 증가는 휨성능 향상에 도움이 안 되며, 전단성능은 웨브 판두께와 주름 웨브의 형상에 민감함을 알았다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제43권5호
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• pp.637-655
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• 2012

In this study, stochastic responses of a cable-stayed bridge subjected to the spatially varying earthquake ground motion are investigated by the finite element method taking into account soil-structure interaction (SSI) effects. The considered bridge in the analysis is Quincy Bay-view Bridge built on the Mississippi River in between 1983-1987 in Illinois, USA. The bridge is composed of two H-shaped concrete towers, double plane fan type cables and a composite concrete-steel girder deck. In order to determine the stochastic response of the bridge, a two-dimensional lumped masses model is considered. Incoherence, wave-passage and site response effects are taken into account for the spatially varying earthquake ground motion. Depending on variation in the earthquake motion, the response values of the cable-stayed bridge supported on firm, medium and soft foundation soil are obtained, separately. The effects of SSI on the stochastic response of the cable-stayed bridge are also investigated including foundation as a rigidly capped vertical pile groups. In this approach, piles closely grouped together beneath the towers are viewed as a single equivalent upright beam. The soil-pile interaction is linearly idealized as an upright beam on Winkler foundation model which is commonly used to study the response of single piles. A sufficient number of springs on the beam should be used along the length of the piles. The springs near the surface are usually the most important to characterize the response of the piles surrounded by the soil; thus a closer spacing may be used in that region. However, in generally springs are evenly spaced at about half the diameter of the pile. The results of the stochastic analysis with and without the SSI are compared each other while the bridge is under the sway of the spatially varying earthquake ground motion. Specifically, in case of rigid towers and soft soil condition, it is pointed out that the SSI should be significantly taken into account for the design of such bridges.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제70권2호
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• pp.143-152
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• 2019

In this study, stochastic responses of a cable-stayed bridge subjected to the spatially varying earthquake ground motion are investigated for variable local soil cases and wave velocities. Quincy Bay-view cable-stayed bridge built on the Mississippi River in Illinois, USA selected as a numerical example. The bridge is composed of two H-shaped concrete towers, double plane fan type cables and a composite concrete-steel girder deck. The spatial variability of the ground motion is considered with the coherency function, which is represented by the components of incoherence, wave-passage and site-response effects. The incoherence effect is investigated by considering Harichandran and Vanmarcke model, the site-response effect is outlined by using hard, medium and soft soil types, and the wave-passage effect is taken into account by using 1000, 600 and 200 m/s wave velocities for the hard, medium and soft soils, respectively. Mean of maximum response values obtained from the analyses are compared with those of the specific cases of the ground motion model. It is concluded that the obtained results from the bridge model increase as the differences between local soil conditions cases of the bridge supports change from firm to soft. Moreover, the variation of the wave velocity has important effects on the responses of the deck and towers as compared with those of the travelling constant wave velocity case. In addition, the variability of the ground motions should be considered in the analysis of long span cable-stayed bridges to obtain more accurate results in calculating the bridge responses.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권5호
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• pp.471-481
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• 2015

모듈러 건축은 사전에 설계 검토된 건물 요소를 공장에서 모듈로 제작하여 현장으로 운송 조립하는 프리패브 건축 시스템이다. 모듈러 건축물의 구조 형식은 공법, 재료, 부재 구성 등에 따라 다양하게 구분될 수 있지만 사용되는 모듈의 구조 형식은 크게 벽식과 가구식으로 나눌 수 있다. 벽식 모듈은 모듈의 입면을 패널을 이용하여 구성하여 수직하중과 수평하중을 전달시키는 방식이다. 가구식 모듈은 기둥과 보를 이용하여 모듈을 구성하고, 용도에 맞춰 입면을 마감하거나 개방시켜 놓는 방식이다. 이 두 가지 모듈 방식은 국내에도 사용된 바 있으나 최근 가구식 모듈이 보편화되고 있다. 가구식 모듈의 기둥 부재로 각형강관이 일반적으로 사용되고 있으며, 보 부재로 C형강 또는 H형강이 사용되고 있다. 각형강관이 기둥 부재로 사용된 가구식 모듈간 접합을 위해 각형강관 기둥 단부에 고력볼트를 채우기 위해 액세스 홀을 가공하는 경우가 있다. 액세스 홀은 볼트체결을 위해 사람의 손이나 공구가 폐쇄형 단면인 각형강관 내부에 접근하기 위한 개구부로 액세스 홀은 기둥-보 접합부의 거동에 영향을 미치는 패널존을 약화시킬 가능성이 높다. 이 연구에서는 가구식 모듈의 기둥-보 접합부 거동에 영향을 미치는 액세스 홀, 기둥 두께, 다이아프램을 변수로 5개의 실험체를 제작하여 실험을 실시하였고 그 결과를 분석하여 제시하였다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.976-983
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• 2023

연구목적: 지진하중을 받는 교량 구조물의 동적 거동은 지진파의 특성 혹은 재료 및 기하학적 특성과 같은 많은 불확실성에 영향을 받는다. 하지만 모든 불확실성 인자가 교량 구조물의 동적 거동에 중요한 영향을 미치진 않는다. 영향성이 낮은 불확실성 인자까지 고려한 확률론적 내진성능 평가는 많은 계산비용이 요구되기 때문에 교량의 동적 거동에 미치는 영향을 고려하여 불확실성 인자는 식별되어야 한다. 따라서 본 연구는 I형 곡선 거더를 갖는 단경간 교량의 동적 거동에 영향을 미치는 주요 매개변수를 식별하기 위해 전역민감도 분석을 수행하였다. 연구방법: 지진파의 불확실성과 곡선 교량의 재료 및 기하학적 불확실성을 고려하여 유한요소 해석을 수행하였으며 해석결과를 기반으로 대리모델을 작성하였다. 결정계수와 같은 성능평가지료를 이용하여 대리모델을 평가하였으며 최종적으로 대리모델 기반의 전역 민감도 분석을 수행하였다. 연구결과: 지진하중을 받는 I형 곡선 거더의 응력응답에 가장 큰 영향을 미치는 불확실성 인자는 최대지반가속도(PGA), 교각의 높이(h), 강재의 항복응력(fy) 순으로 나타났다. PGA, h, fy의 주효과 민감도 지수는 각각 0.7096, 0.0839, 0.0352로 나타났으며 총 민감도 지수는 각각 0.9459, 0.1297, 0.0678로 나타났다. 결론: I형 곡선 거더의 응력응답은 입력운동의 불확실성에 대한 영향성이 지배적이며 각 불확실성 인자 사이의 교호작용에 큰 영향을 받는다. 따라서 입력운동의 개수 및 intensity measure과 같은 입력운동의 불확실성에 대한 추가적인 민감도 분석과 곡선거더의 개수 및 곡률과 같은 구조적 불확실성까지 고려한 총 민감도 분석은 필요하다.