• Steel and Composite Structures
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• 제14권4호
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• pp.379-395
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• 2013

Aim of this paper is to apply to a steel truss bridge a methodology that takes into account the consequences of extreme loads on structures, focusing on the influence that the loss of primary elements has on the structural load bearing capacity. In this context, the topic of structural robustness, intended as the capacity of a structure to withstand damages without suffering disproportionate response to the triggering causes while maintaining an assigned level of performance, becomes relevant. In the first part of this study, a brief literature review of the topics of structural robustness, collapse resistance and progressive collapse takes place, focusing on steel structures. In the second part, a procedure for the evaluation of the structural response and robustness of skeletal structures under impact loads is presented and tested in simple structures. Following that, an application focuses on a case study bridge, the extensively studied I-35W Minneapolis steel truss bridge. The bridge, which had a structural design particularly sensitive to extreme loads, recently collapsed for a series of other reasons, in part still under investigation. The applied method aims, in addition to the robustness assessment, at increasing the collapse resistance of the structure by testing alternative designs.

• 대한건축학회논문집:구조계
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• 제34권2호
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• pp.19-28
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• 2018

The progressive collapse resistance performance of a steel structure constructed using the moment frame with the WUF-B connection and the composite slabs was evaluated. GSA 2003 was adapted for the evaluation. Additionally the structural robustness and the sensitivity against the progressive collapse were analyzed. In the numerical analysis, a reduced model comprised of the beam and spring elements for WUF-B connection was adapted. The composite slab was modeled using the composite-shell element. Instead of the time-consuming dynamic analysis for the effect of the sudden column removal, the equivalent energy-based static analysis was effectively applied. The analysis results showed that the structure was the most vulnerable to in the case of the internal column removal, however it satisfied the chord rotation criterion of GSA 2003 due to the contribution of the composite slab which improved the stiffness of structure. In the robustness evaluation, the structural performance showed more than 2.5 times of the requirement according to GSA 2003, and the structural sensitivity analysis indicated the decrease of 33% of the initial structural performance.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.417-426
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• 2021

최근 현장작업을 최소화할 수 있는 PC(Precast Concrete) 건축공법의 적용이 급속하게 활성화되고 있다. 그러나 PC 공법은 시공 중, 특히 부재간 일체화 이전에 구조적 성능을 발휘하기 어렵고 완공 후에도 접합부의 일체성을 확보하기 어려워 연쇄붕괴에 취약하다. PC 건축물에서는 다양한 PC 부재간 접합 상세가 존재하며, 국내외 구조/시공 상세가 현격히 다르다. 그러나 국내 PC 시스템의 시스템과 상세 특성을 반영한 연쇄붕괴에 대한 연구는 매우 미비하다. 따라서, 본 연구에서는 국내에서 주로 사용하는 PC 구조시스템과 접합부 구조/시공 상세를 조사 분석하였다. 이를 기반으로 국내에서 사용되는 전형적인 PC 시스템의 유형을 설정하고 상기 PC 시스템의 연쇄붕괴방지성능을 평가하기 위하여 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 해석결과를 바탕으로 국내에서 주로 사용된 PC 구조시스템의 연쇄붕괴방지 성능을 평가하고 구조설계시 고려사항을 제안하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권5호
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• pp.108-116
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• 2017

본 연구는 연쇄붕괴 저항성능 평가 시 기둥의 순간적인 제거에 따른 동적효과가 반영된 에너지 기반 근사해석의 적용성을 확인하기 위해 내진 설계된 철골모멘트골조의 예제구조물을 대상으로 분석하였으며, 이를 통해 구조 강건성을 산정하여 연쇄붕괴에 대한 민감도를 평가할 수 있는 방법을 제시하였다. 예제구조물에 대한 적용을 통해 비선형 정적해석 결과를 이용한 에너지 기반 근사해석과 직접동적해석에 대한 결과가 잘 일치하는 것을 검증하였으며, 다른 구조시스템을 가지는 건물의 연쇄붕괴에 대한 구조적 내력성능을 비교하기 위한 수단으로 구조물의 민감도를 평가하였다. 이는 비정상하중에 대하여 구조물이 연쇄붕괴에 저항할 수 있는 최대보유 잔류내력 성능인 구조 강건성을 이용하였고, 본 연구에서 제시한 방법을 통해 연쇄붕괴 해석 및 설계에 편리하게 활용될 수 있음을 확인하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제39권4호
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• pp.383-399
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• 2021

In the study, three 1:3-scale unequal span steel-concrete composite substructures with top-seat angle and double web angle connection were designed and identified as specimens GTSDWA-0.6, GTSDWA-1.0, and GTSDWA-1.4. Pseudo-static tests and refined numerical model analysis were conducted to examine the anti-progressive collapse performance of a semi-rigid steel-concrete composite substructure. The results indicated that the failure modes of the three specimens revealed that the fracture occurred in the root of the long leg of the top/seat angle in tension at the connection. With increases in the span ratio of the left and right composite beams, the bearing capacities of the composite substructures decreased, and the corresponding displacement increased. With respect to GTSDWA-0.6 and GTSDWA-1.4, the resistance due to the short composite beam corresponded to 62% and 60%, respectively, and the total resistance provided by the short composite beam exceeded that of the long composite beam. With respect to GTSDWA-1.0, the resistance due to the left and right composite beams was similar. All three specimens underwent the flexure mechanism and flexure-axial mixed mechanism stages. They resisted the external load mainly via the flexure mechanism. Moreover, the addition of stiffeners on both sides of the top and seat angles is advantageous in terms of improving the collapse resistance and ductility of unequal span composite substructures.

• Steel and Composite Structures
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• 제41권5호
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• pp.663-679
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• 2021

To elucidate the differences in the collapse behavior between a single-story beam-column assembly and multi-story frame, two 1/3-scale two-bay composite frames, including a single-story composite beam-column assembly and a three-story composite sub-frame, were designed and quasi-statically tested. The load-displacement responses, failure modes, and internal force development of the two frames were analyzed and compared in detail. Furthermore, the resistance mechanisms of the two specimens were explored, and the respective contributions of different load-resisting mechanisms to the total resistances were quantitatively separated to gain deeper insights. The experimental tests indicated that Vierendeel action was present in the two-dimensional multi-story frames, which led to an uneven internal force distribution among the three stories. The collapse resistance of TSDWA-3S in the flexural stage was not significantly increased by the structural redundancy provided by the additional story, as compared to that of TSDWA-1S. Although the development of the load response was similar in the two specimens at flexural stage, the collapse mechanisms of the multi-story composite frame were much more complicated than those of the single-story beam-column assembly, and the combined action between stories was critical in determining the internal force redistribution and rebalancing of the remaining structure.

• Steel and Composite Structures
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• 제13권4호
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• pp.309-325
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• 2012

The risk of progressive collapse in steel framed buildings under fire conditions is gradually rising due to the increasing use of combustible materials. The fire resistance of such steel framed buildings is evaluated by fire tests. Recently, the application of performance based fire engineering makes it easier to evaluate the fire resistance owing to various engineering techniques and fire science. The fire resistance of steel structural members can be evaluated by the comparison of the limiting temperatures and maximum temperatures of structural steel members. The limiting temperature is derived at the moment that the failure of structural member results from the rise in temperature and the maximum temperature is calculated by using a heat transfer analysis. To obtain the limiting temperatures for structural steel of grades SS400 and SM490 in Korea, tensile strength tests of coupons at high temperature were conducted. The limiting temperatures obtained by the tensile coupon tests were compared with the limiting temperatures reported in the literature and the results of column fire tests under four types of loading with different load ratios. Simple limiting temperature formulas for SS400 and SM490 steel based on the fire tests of the tensile coupons are proposed. The limiting temperature predictions using the proposed formulas were proven to be conservative in comparison with those obtained from H-section and hollow section column fire tests.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.387-394
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• 2010

현재 연쇄붕괴를 방지하기 위한 설계 방법으로 기둥제거 시나리오를 이용한 대체하중경로법을 주로 적용하고 있다. 하지만 실제로 폭발이 발생하여 기둥이 완전히 제거되지 않는 경우에 기둥제거 시나리오를 적용하면 보수적인 결과를 얻게 된다. 본 논문에서는 단일 기둥이 폭발하중을 받을 때의 거동을 평가함으로써 폭발이후에도 기둥이 연쇄붕괴 방지에 기여할 수 있는지 여부를 판단하였다. 하이드로코드인 AUTODYN을 이용하였으며, 같은 단면적과 높이를 갖는 사각형 기둥과 원형 기둥의 폭발저항성능을 비교하였다. 우선 AUTODYN을 이용한 폭발하중 산정 결과를 폭발실험값과 비교한 다음 간단한 폭발 예제를 통해 계산된 폭발압력파가 실제와 유사함을 입증하였다. 단면 형상에 따른 기둥의 폭발저항 성능 해석을 수행한 후 잔류변형을 이용한 평가법을 이용해 원형기둥이 사각형 기둥보다 폭발저항 성능이 더 우수함을 확인하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.31-38
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• 2010

본 연구에서는 기둥을 관통하는 슬래브 하부 철근이 중력하중만으로 설계된 포스트텐션 플랫플레이트 골조의 내진성능에 미치는 영향을 평가하였다. 중 약진 지역에서 건물은 흔히 중력하중만을 고려하여 설계되고 있다. 본 연구에서는 중력하중으로 설계된 PT 플랫플레이트 골조의 내진성능에 집중되고 있다. 이를 위하여, 3,6,9층 PT 플랫플레이트 골조는 중력하중만으로 설계하였다. 철근콘크리트 플랫플레이트 골조에서는 취성적인 붕괴를 예방하기 위해서는 기둥을 관통하는 연속된 슬래브 하부철근이 위치하여야 한다. 그러나 PT 플랫플레이트 골조에서는 슬래브 하부 철근에 대해 ACI 318-05에서는 특별한 언급이 없기 때문에 흔히 생략하고 있다. 본 연구는 대산건물을 비선형 시간이력해석 으로 골조 모델의 내진성능에 대해 평가한다. 비선형 시간이력해석은 6개의 지진과 2개의 다른 위험수준 (475, 2475년 주기), 3개의 다른 지역 (보스턴, 시애틀, LA)을 사용하였다. 해석모델은 PT슬래브-기둥 접합부의 파괴 메카니즘과 비선형 거동을 살펴보기 위해 개발되었다. 본 연구는 중력하중으로 설계된 PT 플랫플레이트 골조가 몇몇 내진저항 능력을 보여주고 있다. 또한, PT 플랫플레이트 골조의 내진성능은 기둥을 관통하는 슬래브 하부철근이 위치할 때 눈에 띄게 향상되었다.