• Structural Engineering and Mechanics
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• 제47권6호
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• pp.881-898
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• 2013

This paper describes analytical investigation into a new dual function system including a couple of shear links which are connected in series using chevron bracing capable to correlate its performance with magnitude of earthquakes. In this proposed system, called Chevron Knee-Vertical Link Beam braced system (CK-VLB), the inherent hysteretic damping of vertical link beam placed above chevron bracing is exclusively utilized to dissipate the energy of moderate earthquakes through web plastic shear distortion while the rest of the structural elements are in elastic range. Under strong earthquakes, plastic deformation of VLB will be halted via restraining it by Stopper Device (SD) and further imposed displacement subsequently causes yielding of the knee elements located at the bottom of chevron bracing to significantly increase the energy dissipation capacity level. In this paper first by studying the knee yielding mode, a suitable shape and angle for diagonal-knee bracing is proposed. Then finite elements models are developed. Monotonic and cyclic analyses have been conducted to compare dissipation capacities on three individual models of passive systems (CK-VLB, knee braced system and SPS system) by General-purpose finite element program ABAQUS in which a bilinear kinematic hardening model is incorporated to trace the material nonlinearity. Also quasi-static cyclic loading based on the guidelines presented in ATC-24 has been imposed to different models of CK-VLB with changing of vertical link beam section in order to find prime effectiveness on structural frames. Results show that CK-VLB system exhibits stable behavior and is capable of dissipating a significant amount of energy in two separate levels of lateral forces due to different probable earthquakes.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제12권5호
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• pp.74-80
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• 2008

본 논문은 기둥형상비를 실험 변수로 가지는 무량판 슬래브-기둥 접합부의 내진성능을 평가하는데 있다. 본 연구에서는 무량판 슬래브의 뚫림 전단파괴를 방지하기 위하여 본 연구와 병행하여 진행된 연구에서 개발된 연속 절곡된 전단보강근을 적용하였다. 기둥형상비에 따른 실험체는 각각 FIS1-05(0.5), FIS1- 10(1.0), FIS1-20(2.0) 이다. 실험체의 수평방향으로 정적 수평하중을 가력 하였으며, 중력하중비에 의한 일정 수직 하중을 적용하였다. 실험결과는 슬래브-기둥 접합부의 수평 변위 및 강도를 기준으로 평가하였다. 분석결과, FIS1-05, FIS1-20와 같은 장방형 기둥을 갖는 접합부의 성능이 FIS1-10와 같은 정방형 기둥을 갖는 접합부보다 우수한 것으로 평가되었다.

• Earthquakes and Structures
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• 제18권6호
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• pp.677-689
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• 2020

A building structural system of moment resisting frame (MRF) with concrete filled steel tubular (CFST) columns and wide flange H beams, is one of the most conveniently constructed structural systems. However, there were few studies on evaluating seismic performance of full-scale CFST columns under high axial compression. In addition, some existing famous design codes propose various limits of width-to-thickness ratio (B/t) for steel tubes of the ductile CFST composite members. This study was intended to investigate the seismic behavior of CFST columns under high axial load compression. Four full-scale square CFST column specimens with a B/t of 42 were carried out that were subjected to horizontal cyclic-reversal loads combined with constantly light, medium and high axial loads and with a linearly varied axial load, respectively. Test results revealed that shear strength and deformation capacity of the columns significantly decreased when the axial compression exceeded 0.35 times the nominal compression strength of a CFST column, P₀. It was obvious that the higher the axial compression, the lower both the shear strength and deformation capacities were, and the earlier and faster the shear strength degradation occurred. It was found as well that higher axial compressions resulted in larger initial lateral stiffness and faster degradation of post-yield lateral stiffness. Meanwhile, the lower axial compressions led to better energy dissipation capacities with larger cumulative energy. Moreover, the study implied that under axial compressions greater than 0.35P₀, the CFST column specimens with B/t limits recommended by AISC 360 (2016), ACI 318 (2014), AIJ (2008) and EC4 (2004) codes do not provide ultimate interstory drift ratio of more than 3% radian, and only the limit in ACI 318 (2014) code satisfies this requirement when axial compression does not exceed 0.35P₀.

• Advances in Computational Design
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• 제7권3호
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• pp.229-251
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• 2022

In 2017, an intraplate earthquake of Mw 7.1 occurred 120 km from Mexico City (CDMX). Most collapsed structural buildings stroked by the earthquake were flat slab systems joined to reinforced concrete (RC) columns, unreinforced masonry, confined masonry, and dual systems. This article presents the simulated response of an actual six-story RC frame building with masonry infill walls that did not collapse during the 2017 earthquake. It has a structural system similar to that of many of the collapsed buildings and is located in a high seismic amplification zone. Five 3D numerical models were used in the study to model the seismic response of the building. The building dynamic properties were identified using an ambient vibration test (AVT), enabling validation of the building's finite element models. Several assumptions were made to calibrate the numerical model to the properties identified from the AVT, such as the presence of adjacent buildings, variations in masonry properties, soil-foundation-structure interaction, and the contribution of non-structural elements. The results showed that the infill masonry wall would act as a compression strut and crack along the transverse direction because the shear stresses in the original model (0.85 MPa) exceeded the shear strength (0.38 MPa). In compression, the strut presents lower stresses (3.42 MPa) well below its capacity (6.8 MPa). Although the non-structural elements were not considered to be part of the lateral resistant system, the results showed that these elements could contribute by resisting part of the base shear force, reaching a force of 82 kN.

• Computers and Concrete
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• 제32권4호
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• pp.351-363
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• 2023

Reducing the self-weight of reinforced concrete structures problem is discussed in this paper by using two types of self-weight reduction, the first is by using lightweight coarse aggregate (crushed brick) and the second is by using styropor block. Experimental and Numerical studies are conducted on (LWAC) lightweight aggregate reinforced concrete slabs, having styropor blocks with various sizes of blocks and the ratio of shear span to the effective depth (a/d). The experimental part included testing eleven lightweight concrete one-way simply supported slabs, comprising three as reference slabs (solid slabs) and eight as styropor block slabs (SBS) with a total reduction in cross-sectional area of (43.3% and 49.7%) were considered. The holes were formed by placing styropor at the ineffective concrete zones in resisting the tensile stresses. The length, width, and thickness of specimen dimensions were 1.1 m, 0.6 m, and 0.12 m respectively, except one specimen had a depth of 85 mm (which has a cross-sectional area equal to styropor block slab with a weight reduction of 49.7%). Two shear spans to effective depth ratios (a/d) of (3.125) for load case (A) and (a/d) of (2) for load case (B), (two-line monotonic loads) are considered. The test results showed under loading cases A and B (using minimum shear reinforcement and the reduction in cross-sectional area of styropor block slab by 29.1%) caused an increase in strength capacity by 60.4% and 54.6 % compared to the lightweight reference slab. Also, the best percentage of reduction in cross-sectional area is found to be 49.7%. Numerically, the computer program named (ANSYS) was used to study the behavior of these reinforced concrete slabs by using the finite element method. The results show acceptable agreement with the experimental test results. The average difference between experimental and numerical results is found to be (11.06%) in ultimate strength and (5.33%) in ultimate deflection.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.83-91
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• 2009

비좌굴가새는 우수한 내진성능을 보이는 시스템이다. 그러나 비좌굴가새는 약진이나 바람과 같은 하중에 대하여 에너지를 소산시키지 못한다. 기존의 비좌굴가새의 풍저항 성능을 개선한 하이브리드 비좌굴가새(H-BRB)는 비좌굴가새와 점탄성댐퍼로 구성된 복합댐퍼시스템의 일종이다. 본 논문에서는 탄성영역에서 H-BRB의 구조성능을 확인하기 위하여 심재가 다른 두 개의 실험체에 대한 실험이 수행되었다. H-BRB 시스템에 대한 탄성영역에서의 거동메케니즘 검증을 위하여 주저항요소와 2차 저항요소의 축변형량과 에너지소산 능력을 비교하였다. 실험결과 댐퍼부에서 이면전단을 사용한 H-BRB는 우수한 구조성능을 보이며, 고층건물의 사용성 수준을 향상시키기 위하여 적용될 수 있을 것이다.

• 콘크리트학회지
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• 제10권6호
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• pp.335-343
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• 1998

현재 미국에서는 강한 지진지역에서의 골조구조에 대한 새로운 실험규정이 만들어지고 있으며, 이의 목적은 비교적 신뢰성이 높은 실험결과를 얻고 이들 실험결과를 다른 연구자들이 서로 이용 가능하도록 하는 것이다. 이 실험규정에서는 실험방법 뿐만 아니라, 실험후의 분석방법 특히, 실험체가 최소한 보유하여야 할 층위변각, 에너지 소산성능, 강성, 강도 등이 규정되어 있다. 이러한 지침이 설정됨으로 인하여, 여태까지 주관적으로 평가된 시험결과의 분석들이 비교적 객관적으로 평가될 수 있게 될 것으로 보여진다. 전단벽 구조 역시 지진저항에 매우 효과적인 시스템으로서, 이러한 실험지침이 필요하다. 그러나 전단벽 구조의 주 부재인 전단벽은 횡력에 의해서 발생하는 구조물의 횡변위를 억제시키고, 강성과강도를 증가시키는 역할을 하기 때문에 그 거동 특성이 골조주조와는 다소 다르다. 본 연구에서는 이러한 전단벽의 층변위와 에너지 소산성능에대하여 연구를 하고 구조실험시 요구된느 적정 값들을 제시하고자 하였다. 구조실험시(반복하중실험), 높은 지진지역의 전단벽 구조가 보유해야할 최소변형능력(횡변위)을 구하기 위해 기존 연구자들에 의해 실험된일련의실험자료들을 분석할 뿐만 아니라 전단벽을 켄틸레버로 이상화하여 층변위를 형상비, 변위 연성비로 관계로 나타내고, 현재 각 국가의 내진설계 규정에서 정하고 있는 건물의 층변위각을 고려하여 전단벽의 최소 층변위를 제시하였다. 또한 미국의 NEHRP 규준에서 규정하고 있는 소산에너지와 감쇠의 관계를 이용하고, 변위 연성비를 도입하여 구조실험시 요구되는 전단벽의 최소 소산에너지값을 제시하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.741-751
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• 2010

이 연구에서는 프리캐스트 콘크리트(PC) U형 쉘을 사용하는 PC 모멘트 골조의 일부인 보-기둥 내부접합부의 내진성능을 평가하기 위하여 실험연구를 수행하였다. 5개의 PC 보-기둥 내부접합부와 1개의 현장타설 콘크리트 보-기둥 내부접합부를 실물 크기로 제작하여 반복가력 실험을 수행하였다. 주요 변수는 보 주철근비, 보 전단철근 간격, U형 PC쉘과 기둥 모서리의 보강철물 설치 유무이다. 실험 결과, 변수에 관계없이 PC 보-기둥 접합부는 현장타설 콘크리트 보-기둥 접합부와 비교하여 유사한 하중재하능력, 연성능력을 나타냈다. 그러나 주기 하중동안 PC 보-기둥 접합부는 보-기둥 이음부에서 보 주철근의 부착파괴로 인한 미끄러짐 변형과 대각방향의 전단균열로 인하여 심한 강도 저하를 나타냈고, 이로 인해 현장타설 콘크리트 보-기둥 접합부보다 접합부의 강성과 에너지소산능력이 감소되었다.

• Earthquakes and Structures
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• 제14권3호
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• pp.273-283
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• 2018

Previous experimental researches indicate that reinforced concrete beam-column joints play an important role in the mechanical properties of moment resisting frame structures, so as to require proper design. In order to get better understanding of the beam-column joint performance, a rational model needs to be developed. Based on the former considerations, two typical models for calculating the shear carrying capacity of the beam-column joint including the inelastic reinforced concrete joint model and the softened strut-and-tie model are selected to be introduced and analyzed. After examining the applicability of two typical models mentioned earlier to interior beam-column joints, several adjustments are made to get better predicting of the test results. For the softened strut-and-tie model, four adjustments including modifications of the depth of the diagonal strut, the inclination angle of diagonal compression strut, the smeared stress of mild steel bars embedded in concrete, as well as the softening coefficient are made. While two adjustments for the inelastic reinforced concrete joint model including modifications of the confinement effect due to the column axial load and the correction coefficient for high concrete are made. It has been proved by test data that predicted results by the improved softened strut-and-tie model or the modified inelastic reinforced concrete joint model are consistent with the test data and conservative. Based on the test results, it is also not difficult to find that the improved beam-column joint model can be used to predict the joint carrying capacity and cracks development with sufficient accuracy.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권4호
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• pp.399-406
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• 2012

철근콘크리트 보-기둥 접합부는 구조물 전체의 거동에 가장 크게 영향을 주는 부재 중 하나이다. 보와 기둥의 상대적인 강도 차이가 줄어들면서 지진에 의한 피해가 접합부에도 발생하고 있다. 지진하중과 같은 횡방향 반복하중이 작용하게 되면 접합부는 휨보다는 수직 혹은 수평방향 전단이나 부착에 대한 저항력이 중요하다. 따라서 접합부에 대한 내진설계는 설계자가 의도한 연성에 만족할 때까지 전단이나 부착에 대한 내력이 크게 감소하지 않는 수준의 설계가 요구된다. 하지만 인접보 소성힌지의 변형률 침투와 침투한 변형률의 영향으로 인해서 접합부의 변형이 발생하게 되고 접합부의 내력은 설계자의 요구 수준을 만족하지 못할 수도 있다. 이 논문에서는 부재 각 요소가 내부 접합부에 미치는 변형과 감소하는 전단내력을 파악하고 연성을 계산하는 모델을 제시하였다. 힘의 평형과 변형률 적합조건, 다른 연구자들의 이론을 참고하여 구축하였으며 모델을 실제 실험에 적용하였을 경우 타당한 범위 내에서 평가하였다. 다른 실험 데이터에 대한 추가적인 분석으로 불완전한 부분을 파악하고 개선하여 결과에 대한 오차를 줄이는 연구가 필요하다.