• Structural Engineering and Mechanics
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• 제71권4호
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• pp.417-432
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• 2019

Seismic performance analysis of steel-brace reinforced concrete (RC) frame using topology optimization in highly seismic region was discussed in this research. Topology optimization based on truss-like material model was used, which was to minimum volume in full-stress method. Optimized bracing systems of low-rise, mid-rise and high-rise RC frames were established, and optimized bracing systems of substructure were also gained under different constraint conditions. Thereafter, different structure models based on optimized bracing systems were proposed and applied. Last, structural strength, structural stiffness, structural ductility, collapse resistant capacity, collapse probability and demolition probability were studied. Moreover, the brace buckling was discussed. The results show that bracing system of RC frame could be derived using topology optimization, and bracing system based on truss-like model could help to resolve numerical instabilities. Bracing system of topology optimization was more effective to enhance structural stiffness and strength, especially in mid-rise and high-rise frames. Moreover, bracing system of topology optimization contributes to increase collapse resistant capacity, as well as reduces collapse probability and accumulated demolition probability. However, brace buckling might weaken beneficial effects.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권4호
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• pp.495-508
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• 2021

This study devises a novel approach, namely quadruple 1D convolutional neural network, for detecting connection stiffness reduction in steel truss bridge structure using experimental and numerical modal data. The method is developed based on expertise in two domains: firstly, in Structural Health Monitoring, the mode shapes and its high-order derivatives, including second, third, and fourth derivatives, are accurate indicators in assessing damages. Secondly, in the Machine Learning literature, the deep convolutional neural networks are able to extract relevant features from input data, then perform classification tasks with high accuracy and reduced time complexity. The efficacy and effectiveness of the present method are supported through an extensive case study with the railway Nam O bridge. It delivers highly accurate results in assessing damage localization and damage severity for single as well as multiple damage scenarios. In addition, the robustness of this method is tested with the presence of white noise reflecting unavoidable uncertainties in signal processing and modeling in reality. The proposed approach is able to provide stable results with data corrupted by noise up to 10%.

• Steel and Composite Structures
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• 제45권4호
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• pp.579-590
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• 2022

One of the biggest problems in structural steel calculation is the design of structures using the lowest possible material weight, making this a slow and costly process. To achieve this objective, several optimization methods have been developed and tested. Nevertheless, a method that performs very efficiently when applied to different problems is not yet available. Based on this assumption, this work proposes a hybrid metaheuristic algorithm for geometric and dimensional optimization of space trusses, called Simulated Squirrel Search Algorithm, which consists of an association of the well-established neighborhood shifting algorithm (Simulated Annealing) with a recently developed promising population algorithm (Squirrel Search Algorithm, or SSA). In this study, two models are tried, being respectively, a classical model from the literature (25-bar space truss) and a roof system composed of space trusses. The structures are subjected to resistance and displacement constraints. A penalty function using Fuzzy Logic (FL) is investigated. Comparative analyses are performed between the Squirrel Search Algorithm (SSSA) and other optimization methods present in the literature. The results obtained indicate that the proposed method can be competitive with other heuristics.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제44권3호
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• pp.379-403
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• 2012

In recent years, the need for optimal design of structures under time-history loading aroused great attention in researchers. The main problem in this field is the extremely high computational demand of time-history analyses, which may convert the solution algorithm to an illogical one. In this paper, a new framework is developed to solve the size optimization problem of steel truss structures subjected to ground motions. In order to solve this problem, the covariance matrix adaptation evolution strategy algorithm is employed for the optimization procedure, while a generalized regression neural network is utilized as a meta-model for fitness approximation. Moreover, the computational cost of time-history analysis is decreased through a wavelet analysis. Capability and efficiency of the proposed framework is investigated via two design examples, comprising of a tower truss and a footbridge truss.

• Steel and Composite Structures
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• 제19권2호
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• pp.263-275
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• 2015

This study presents conceptual information of newly optimized shapes and connectivity of the so-called outrigger truss system for modern tall buildings that resists lateral loads induced by wind and earthquake forces. In practice, the outrigger truss consists of triangular or Vierendeel types to stiffen tall buildings, and the decision of outrigger design has been qualitatively achieved by only engineers' experience and intuition, including information of structural behaviors, although outrigger shapes and the member's connectivity absolutely affect building stiffness, the input of material, construction ability and so on. Therefore the design of outrigger trusses needs to be measured and determined according to scientific proofs like reliable optimal design tools. In this study, at first the shape and connectivity of an outrigger truss system are visually evaluated by using a conceptual design tool of the classical topology optimization method, and then are quantitatively investigated with respect to a structural safety as stiffness, an economical aspect as material quantity, and construction characteristics as the number of member connection. Numerical applications are studied to verify the effectiveness of the proposed design process to generate a new shape and connectivity of the outrigger for both static and dynamic responses.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.3-12
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• 2014

복합트러스교는 프리스트레스 박스거더교의 복부를 강재 트러스로 대체한 교량으로 자중이 경감되는 구조적 장점과 복부 개방구조로 인한 경관성이 매우 우수하여 최근 들어 많이 사용되고 있다. 이러한 복합트러스교의 핵심기술은 강재 트러스와 콘크리트 슬래브를 연결하는 격점구조이며 지금까지 여러가지 격점구조들이 개발되어 실험적 검증을 통해서 실교량에 적용해 오고 있다. 이러한 격점구조는 격점부 국부적인 거동뿐만 아니라 복합트러스 거더의 휨 및 피로 등 전체적인 거동을 좌우하기 때문에 이에 대한 연구가 계속 진행되고 있다. 한편, 복합트러스 교량의 복부 개방구조는 프리스트레스 박스교량에 비해 비틀림 성능을 저하시키는 단점을 가지고 있어 편심하중을 받는 교량이나 곡선교 등에는 아직까지 적용된 사례가 없다. 따라서 복합트러스교가 보다 널리 사용되기 위해서는 비틀림 거동에 대한 정확한 분석이 필요한 상황이다. 기존 연구에서는 복합트러스교의 격점구조형식에 따른 비틀림 거동 특성을 알아보기 위해서 3가지 형태의 박스형 복합트러스 실험체를 제작하여 그 거동을 분석하였다. 이에 이 연구에서는 기존연구를 바탕으로 유한요소 해석프로그램을 이용하여 실험체를 모델링하고 시뮬레이션을 통해 그 거동을 분석하여 해석적으로 검증해 보았다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제24권3호
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• pp.289-299
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• 2012

본 연구의 목적은 비선형 불연속 시스템인 공간 트러스에 멀티스텝 테일러 해법을 적용하는 것과 비선형 동적 응답 및 불안정 특성을 분석하는 것이다. 해석적 접근에 기초한 보다 정밀한 해는 공간 구조물의 역 문제나 또는 불안정 문제를 다루는데 매우 필요하며, 이는 지배방정식의 비선형성에 기인한다. 따라서 기하학적 비선형을 고려하여 지배 운동 방정식을 유도하였으며, 테일러 해법을 이용하여 정밀한 해석적 해를 구하였다. 해석 방법의 정밀도 검증을 위해서 단일자유도 모델을 채택하였으며, 테일러 해법을 이용한 결과를 4차 룬게-쿠타 법과 비교하였다. 또한, 스텝 하중을 받는 모델의 동적 불안정과 좌굴 특성을 고찰하였다. 두 해석 방법의 비교 결과는 매우 잘 일치하였고, 동적 응답과 위상공간에서의 끌개는 스텝하중 아래에서의 동적 좌굴 현상과, 모델에 감쇠가 미치는 영향을 잘 설명할 수 있음을 보여주었다. 해석결과에서 비감쇠 시스템과 감쇠 시스템의 동적 좌굴 하중 레벨은 각각 정적 좌굴 하중 레벨의 약 77%와 83%의 범위로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권1호
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• pp.63-72
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• 2013

복합트러스교는 프리스트레스 박스거더교의 복부를 강재 트러스로 대체한 교량으로 자중이 경감되는 구조적 장점과 복부 개방구조로 인한 경관성이 매우 우수하여 최근 들어 많이 사용되고 있다. 이러한 복합트러스교의 핵심기술은 강재 트러스와 콘크리트 슬래브를 연결하는 격점구조이며 지금까지 여러가지 격점구조들이 개발되어 실험적 검증을 통해서 실교량에 적용해 오고 있다. 이러한 격점구조는 격점부 국부적인 거동뿐만 아니라 복합트러스 거더의 휨 및 피로 등 전체적인 거동을 좌우하기 때문에 이에 대한 연구가 계속 진행되고 있다. 한편, 복합트러스 교량의 복부 개방구조는 프리스트레스 박스교량에 비해 비틀림 성능을 저하시키는 단점을 가지고 있어 편심하중을 받는 교량이나 곡선교 등에는 아직까지 적용된 사례가 없다. 따라서 복합트러스교가 보다 널리 사용되기 위해서는 비틀림 거동에 대한 정확한 분석이 필요한 상황이다. 이 연구에서는 복합트러스교의 격점구조 형식에 따른 비틀림 거동 특성을 알아보기 위해서 3가지 형태의 박스형 복합트러스 실험체를 제작하여 비틀림 실험을 수행하고 분석해 보았다.

• Steel and Composite Structures
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• 제11권2호
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• pp.169-181
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• 2011

The behavior of connections between open sandwich slabs and double steel skin composite walls in steel plate-concrete(SC) structure is investigated by a series of experimental programs to identify the roles of components in the transfer of forces. Such connections are supposed to transfer shear by the action of friction on the interface between the steel surface and the concrete surface, as well as the shear resistance of the bottom steel plate attached to the wall. Experimental observation showed that shear transfer in slabs subjected to shear in short spans is explained by direct force transfer via diagonal struts and indirect force transfer via truss actions. Shear resistance at the interface is enhanced by the shear capacity of the shear plate as well as friction caused by the compressive force along the wall plate. Shear friction resistance along the wall plate was deduced from experimental observation. Finally, the appropriate design strength of the connection is proposed for a practical design purpose.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.685-692
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• 2007

낮은 전단벽과 같이 전단력에 의하여 지배 받는 철근콘크리트 부재의 경우, 전단력은 부재의 응력-변형률 이력곡선에서 핀칭 효과에 영향을 미친다. 그러나 최근의 연구에 따르면 철근의 배근 방향이 주응력 방향과 일치할 경우 철근콘크리트 부재의 응력-변형률 이력곡선에서 핀칭 효과가 없어지는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 철근콘크리트 부재의 응력-변형률 이력곡선에서 핀칭 효과의 발생 유무를 변형률의 적합 조건을 고려한 트러스 모델을 이용하여 이론적으로 설명하였다. 해석 결과는 철근콘크리트 부재의 핀칭 효과가 철근의 배근 방향에 큰 영향을 받는 것을 보여준다. 또한 에너지소산 성능은 외력의 주응력 방향과 철근의 배근 방향 사이의 각도 차이에 따라 선형적으로 증가하지 않았다.