• Structural Engineering and Mechanics
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• 제85권4호
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• pp.433-443
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• 2023

The current paper discusses the dynamic and stability responses of cross-ply composite laminated plates by employing a refined quasi-3D trigonometric shear deformation theory. The proposed theory takes into consideration shear deformation and thickness stretching by a trigonometric variation of in-plane and transverse displacements through the plate thickness and assures the vanished shear stresses conditions on the upper and lower surfaces of the plate. The strong point of the new formulation is that the displacements field contains only 4 unknowns, which is less than the other shear deformation theories. In addition, the present model considers the thickness extension effects (ε_z≠0). The presence of the Winkler-Pasternak elastic base is included in the mathematical formulation. The Hamilton's principle is utilized in order to derive the four differentials' equations of motion, which are solved via Navier's technique of simply supported structures. The accuracy of the present 3-D theory is demonstrated by comparing fundamental frequencies and critical buckling loads numerical results with those provided using other models available in the open literature.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권3A호
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• pp.539-546
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• 2006

국내 LRFD 도로교설계규정을 정립하기 위한 기초 자료를 제공하기 위하여 단경간 플레이트 거더 및 박스 거더 합성단면을 하중저항계수설계법으로 설계하고 설계된 단면의 휨에 대한 신뢰도해석을 수행하였다. 신뢰도해석에서 휨저항강도는 최근 국내에서 생산된 16,000여 구조용 강재 표본의 항복강도 통계적 특성이 반영된 강합성단면의 휨저항강도 통계를 이용하였다. 활하중에 의한 작용모멘트 통계는 고정된 값을 사용하지 않고 편심계수 0.95-1.05를, 변동계수는 0.15-0.25로 가정하였다. 강거더 자중, 콘크리트 바닥판 자중, 포장면 자중 등에 의한 고정하중 모멘트 통계 값은 AASHTO 보정자료를 사용하였다. Rackwitz-Fiessler 법으로 신뢰도해석을 수행하고 지간별, 강거더 형식별, 활하중 모멘트의 불확실성 정도별로 신뢰도지수 계산 결과를 제시하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제12권3호
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• pp.223-237
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• 2010

본 연구에서는 화재에 의한 콘크리트의 단면손실과 역학적 특성을 저하하는 주요 요인 가운데 온도증가율, 즉 초기가열구배를 변화시키면서 모의화재실험을 수행하였다. 그리고 수행된 모의화재실험에서 관찰된 단면손실을 모사하기 위하여 요소제거모델을 활용한 유한요소해석법에 의해 열전달해석을 수행하였다. 이때 모의화재실험결과와 수치해석결과가 가장 일치하는 대류열전달계수를 반복적인 해석과정을 통해 도출하였다 이상의 과정으로부터 얻어진 초기가열구배에 따른 대류열전달계수의 변화를 조사한 결과, 각 초기가열구배별 대류열전달계수의 변화는 분수함수 형태로 근사시킬 수 있었다. 최종적으로 모의화재실험으로부터 도출된 초기가열구배별 대류열전달계수의 변화 결과를 내삽하여 다양한 초기가열구배에 따른 화재경과시간별 대류열전달계수의 변화를 추정할 수 있는 수식을 함께 제시하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제84권3호
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• pp.295-310
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• 2022

This paper proposes a modified bar simulation method for analyzing the shear lag effect of variable sectional box girder with multiple cells. This theoretical method formulates the equivalent area of stiffening bars and the allocation proportion of shear flows in webs, and re-derives the governing differential equations of bar simulation method. The feasibility of the proposed method is verified by the model test and finite element (FE) analysis of a simply supported multi-cell box girder with constant depth. Subsequently, parametric analysis is conducted to explore the mechanism of shear lag effect of varied sectional cantilever box girder with multiple cells. Results show that the shear lag behavior of variable box-section cantilever box girder is weaker than that of box girder with constant section. It is recommended to make the gradient of shear flow in the web with respect to span length vary as smoothly as possible for eliminating the shear lag effect of box girder. An effective countermeasure for diminishing shear lag effect is to increase the number of box chambers or change the variation manner of bridge depth. The shear lag effect of varied sectional cantilever box girder will get more server when the length of central flanges is shorter than 0.26 or longer than 0.36 times of total width of top flange, as well as the cantilever length exceeds 0.29 times of total length of box's flange. Therefore, the distance between central webs can adjust the shear lag effect of box girder. Especially, the width ratio of cantilever plate with respect to total length of top flange is proposed to be no more 1/3.

• Steel and Composite Structures
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• 제44권4호
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• pp.503-517
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• 2022

This paper presents the mechanical buckling of bi-directional functionally graded sandwich beams (BFGSW) with various boundary conditions employing a quasi-3D beam theory, including an integral term in the displacement field, which reduces the number of unknowns and governing equations. The beams are composed of three layers. The core is made from two constituents and varies across the thickness; however, the covering layers of the beams are made of bidirectional functionally graded material (BFGSW) and vary smoothly along the beam length and thickness directions. The power gradation model is considered to estimate the variation of material properties. The used formulation reflects the transverse shear effect and uses only three variables without including the correction factor used in the first shear deformation theory (FSDT) proposed by Timoshenko. The principle of virtual forces is used to obtain stability equations. Moreover, the impacts of the control of the power-law index, layer thickness ratio, length-to-depth ratio, and boundary conditions on buckling response are demonstrated. Our contribution in the present work is applying an analytical solution to investigate the stability behavior of bidirectional FG sandwich beams under various boundary conditions.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제89권2호
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• pp.103-119
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• 2024

The present research investigates the thermodynamically bending behavior of FG sandwich plates, laying on the Winkler/Pasternak/Kerr foundation with various boundary conditions, subjected to harmonic thermal load varying through thickness. The supposed FG sandwich plate has three layers with a ceramic core. The constituents' volume fractions of the lower and upper faces vary gradually in the direction of the FG sandwich plate thickness. This variation is performed according to various models: a Power law, Trigonometric, Viola-Tornabene, and the Exponential model, while the core is constantly homogeneous. The displacement field considered in the current work contains integral terms and fewer unknowns than other theories in the literature. The corresponding equations of motion are derived based on Hamilton's principle. The impact of the distribution model, scheme, aspect ratio, side-to-thickness ratio, boundary conditions, and elastic foundations on thermodynamic bending are examined in this study. The deflections obtained for the sandwich plate without elastic foundations have the lowest values for all boundary conditions. In addition, the minimum deflection values are obtained for the exponential volume fraction law model. The sandwich plate's non-dimensional deflection increases as the aspect ratio increases for all distribution models.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제89권3호
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• pp.225-238
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• 2024

In this paper, a quasi-3D hyperbolic shear deformation theory for the bending responses of a functionally graded (FG) porous micro-beam is based on a modified couple stress theory requiring only one material length scale parameter that can capture the size influence. The model proposed accounts for both shear and normal deformation effects through an illustrative variation of all displacements across the thickness and satisfies the zero traction boundary conditions on the top and bottom surfaces of the micro-beam. The effective material properties of the functionally graded micro-beam are assumed to vary in the thickness direction and are estimated using the homogenization method of power law distribution, which is modified to approximate the porous material properties with even and uneven distributions of porosity phases. The equilibrium equations are obtained using the virtual work principle and solved using Navier's technique. The validity of the derived formulation is established by comparing it with the ones available in the literature. Numerical examples are presented to investigate the influences of the power law index, material length scale parameter, beam thickness, and shear and normal deformation effects on the mechanical characteristics of the FG micro-beam. The results demonstrate that the inclusion of the size effects increases the microbeams stiffness, which consequently leads to a reduction in deflections. In contrast, the shear and normal deformation effects are just the opposite.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제91권3호
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• pp.315-324
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• 2024

An expansive soil in 4970 special railway line in Dangyang City, China, has encountered a series of landslides due to the expansion characteristics of expansive soil over the past 50 years. Thereafter, a sheet-pile retaining structure was adopted to fortify the expansive soil slope after a comprehensive discussion. In order to evaluate the efficacy of engineering measure of sheet-pile retaining structure, the field test was carried out to investigate the lateral pressure and pile bending moment subjected to construction and service conditions, and the local daily rainfall was also recorded. It took more than 500 days to carry out the field investigation, and the general change laws of lateral pressure and pile bending moment versus local daily rainfall were obtained. The results show that the effect of rainfall on the moisture content of backfill behind the wall decreases with depth. The performance of sheet-pile retaining structure is sensitive to the intensity of rainfall. The arching effect is reduced significantly by employing a series of sheet behind piles. The lateral pressure behind the sheet exhibits a single-peak distribution. The turning point of the horizontal swelling pressure distribution is correlated with the self-weight pressure distribution of soil and the variation of soil moisture content. The measured pile bending moment is approximately 44% of the ultimate pile capacity, which indicates that the sheet-pile retaining structure is in a stable service condition with enough safety reserve.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.91-103
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• 2009

강우로 인하여 사면을 구성하는 흙의 상태는 복잡한 과정을 거치며, 이와 동반된 사면의 활동은 흙의 역학적 거동의 변화뿐만 아니라, 강우와 관계된 기상특성, 지층구조의 특성, 지형적 특성 등 다양한 요소에 의존적이다. 본 논문에서는 여러 요소 중 사면의 토층 두께의 변화에 따른 사면활동 양상 및 그와 수반되어 토체내에서 변화하는 흡입력과 체적함수비의 변화양상을 확인할 수 있다. 사면의 토층이 어느 정도 두꺼운 경우 침투선단의 하향이동이 관측되었으며, 침투선단이 도달한 위치에서는 일정한 크기의 흡입력이 감소하여 부의 간극수압이 영에 가까운 값을 보이는 것이 관측되었다. 침투선단이 불투수층인 토조 바닥에 도달한 이후 침투선단의 상향이동이 관측되었으며 이러한 관측결과는 다양한 크기의 공극의 존재에 의한 것으로 판단된다. 크기가 큰 공극이 존재하는 경우 모세관현상으로 인한 공극의 채움 효과는 다소 줄어들 수 있으며 하항 침투 시 덜 채워진 공극은 침투선단이 바닥면에 도달한 이후 다시 상향으로 이동할 경우 채워지는 것으로 판단된다. 이러한 가정은 체적함수비의 변화과정에서 확인되었다. 또한 조립토를 대상으로 하는 본 실험에서 토체의 두께가 두꺼운 경우(20cm) 사면의 활동은 침식에 의한 것으로 관측되었는데, 침식의 개시는 상부 표층의 흙이 완전히 포화된 경우 시작하는 것으로 확인되었다. 이에 비해 토층의 두께가 얇은 경우(10cm) 침식활동 보다는 사면전체가 덩어리로 활동하는 양상이 관측되었는데, 사면의 활동시점은 침투선단이 사면의 바닥에 도달한 시점으로 확인되었다. 이 경우 침투선단이 사면의 바닥면에 도달하면서 사면의 바닥면과 토조면 상에서의 마찰저항의 감수 침투로 인한 토체의 중량 증가 등의 요인이 상호 복합적으로 사면활동에 작용하는 것으로 판단된다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제6권4호
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• pp.103-111
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• 2012

압축강도 50 MPa이상의 압출성형 시멘트 패널은 고온고압 증기양생으로 생산된다. 고온고압 증기양생에서 요구 강도를 얻기 위해서는 시멘트에 포함되어 있는 CaO와의 반응에 필요한 적정량의 $SiO_2$를 공급하는 것이 관건이다. $SiO_2$의 공급원으로 가장 널리 사용되는 원료는 규석분인데, 이는 환경파괴를 전제로 하기 때문에 친환경적인 제품 생산을 위하여 본 연구에서는 규석분을 대신하여 폐석분을 활용한 시멘트 2차 제품을 생산하고 이에 대한 압출성과 물리적인 특성비교를 실시하였다. 이를 위하여 화성 석산에서 채취한 폐석분을 건조 파쇄한 후 이를 규석분 사용량의 최대 50%까지 치환하여 압출성 및 물리적 특성 실험을 수행하였다. 실험결과 평균 입경은 폐석분과 규석분의 크기가 유사하였으나 물리적 특성은 규석분을 폐석분으로 단순 치환하였을 경우, 대부분 낮게 발현되었다. 따라서 폐석분을 활용할 경우 수화활성을 위한 첨가제 등의 활용이 필요할 것으로 판단된다.