• Steel and Composite Structures
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• 제26권4호
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• pp.513-531
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• 2018

In this article, static, buckling and free vibration analyses of a sinusoidal micro composite beam reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with considering temperature-dependent material properties embedded in an elastic medium in the presence of magnetic field under transverse uniform load are presented. This system is used at micro or sub micro scales to enhance the stiffness of micro composite structures such as bar, beam, plate and shell. In the present work, the size dependent effects based on surface stress effect and modified strain gradient theory (MSGT) are considered. The generalized rule of mixture is employed to predict temperature-dependent mechanical and thermal properties of micro composite beam. Then, the governing equations of motions are derived using Hamilton's principle and energy method. Numerical results are presented to investigate the influences of material length scale parameters, elastic foundation, composite fiber angle, magnetic intensity, temperature changes and carbon nanotubes volume fraction on the bending, buckling and free vibration behaviors of micro composite beam. There is a good agreement between the obtained results by this research and the literature results. The obtained results of this study demonstrate that the magnetic intensity, temperature changes, and two parameters elastic foundations have important effects on micro composite stiffness, while the magnetic field has greater effects on the bending, buckling and free vibration responses of micro composite beams. Moreover, it is shown that the effects of surface layers are important, and observed that the changes of carbon nanotubes volume fraction, beam length-to-thickness ratio and material length scale parameter have noticeable effects on the maximum deflection, critical buckling load and natural frequencies of micro composite beams.

• Computers and Concrete
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• 제18권3호
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• pp.297-317
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• 2016

Current codes recommend large amounts of shear reinforcement for reinforced concrete beam-column joints that causes significant bar congestion. Increase in congestion of shear reinforcement in joint core (connection zone), leads to increase accomplishment problems. The congestion may also lead to diameter limitations on the beam bars relative to the joint dimensions. Using double headed studs instead of conventional closed hoops in reinforced concrete beam-column joints reduces congestion and ensures easier assembly of the reinforcing cage. The purpose of this research is evaluating the efficiency of the proposed reinforcement. In this way, 10 groups of exterior beam-column joints are modeled. Each group includes 7 specimens by different reinforcing details in their joint core. All specimens are modeled by using of ABAQUS and analyzed subjected to cyclic loading. After verification of analytical modeling with an experimental specimen, 3D nonlinear specimens are modeled and analyzed. Then, the effect of amount and arrangement of headed studs on ductility, performance, ultimate strength and energy absorption has been studied. Based on the results, all joints reinforced with double headed studs represent better performance compared with the joints without shear transverse reinforcement in joints core. The behavior of the former is close to joints reinforced with closed hoops and cross ties according to the seismic design codes. By adjusting the arrangement of double-headed studs, the decrease in ductility, performance, ultimate moment resistant and energy absorption reduce to 2.61%, 0.90%, 0.90% and 1.66% respectively compared with the joints reinforced by closed hoops on the average. Since the use of headed studs reduces accomplishment problems, these amounts are negligible. Therefore, use of double-headed studs has proved to be a viable option for reinforcing exterior beam-column joints.

• Earthquakes and Structures
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• 제12권2호
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• pp.237-250
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• 2017

There has been increasing attention in many countries on seismic retrofit of old fashioned RC structures in recent years. In such buildings, the joints lack transverse reinforcement and suffer inadequate seismic dimensional requirements and the reinforcement is plain bar. The behavior of the joints is governed by sliding of steel bars and diagonal shear failure is less influential. Different methods to retrofit beam-column joints have been proposed in the literature such as wrapping the joint by FRP sheets, enlargement of the beam-column joint, and strengthening the joint by steel sheets. In this study, an enlargement technique that uses external prestressed cross ties with steel angles is examined. The technique has already been used for substructures reinforced by deformed bars and has advantages such as efficient enhancement of seismic capacity and lack of damage to the joint. Three reference specimens and two retrofitted units are tested under increasing lateral cyclic load in combination with two levels of axial load. The reference specimens showed relatively low shear strength of 0.150${\surd}$($f_c$) and 0.30${\surd}$($f_c$) for the exterior and interior joints, respectively. In addition, relatively brittle behavior was observed and large deformations extended into the panel zone of the joints. The retrofit method has increased ductility ratio of the interior beam-column joints by 63%, and energy dissipation capacity by 77%, relative to the control specimen; For external joints, these values were 11%, and 94%. The retrofit method has successfully relocated the plastic joints far from the column face. The retrofit method has improved shear strength of the joints by less than 10%.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권1호
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• pp.62-71
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• 2015

KCI 2012와 ACI318-11에서 확대머리 이형철근에 대한 정착길이 산정식을 제시하고 있지만 확대머리 이형철근을 이용한 겹침이음상세에 대한 규정은 없다. 또한, 정착길이 산정에 있어서 횡보강근 효과는 고려하지 않고 있다. 본연구에서는 400MPa과 500MPa 설계기준항복강도를 가지는 확대머리 이형철근에 대하여 겹침이음구간에 대한 구속상세를 평가하기 위하여 겹침이음실험을 실시하였다. 겹침이음 구간내 적용되는 구속상세는 스터럽과 Tie-down 철근이다. 실험결과, 스터럽만으로 보강된 실험체들에서 겹침이음강도 증가에 큰 영향이 없어 취성적인 파괴를 나타낸 반면에, 스터럽과 Tie-down 철근으로 보강된 실험체들은 공칭휨강도 이상의 실험휨강도와 휨거동을 나타내었다. 따라서 스터럽과 Tie-down 철근 상세는 400MPa과 500MPa의 확대머리 이형철근에 대한 겹침이음 성능향상에 기여할 수 있는 것으로 사료된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제13권3호
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• pp.244-250
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• 2001

지진하중이 작용할 때, 철근콘크리트 구조물에서 취성파괴의 원인은 철근과 콘크리트사이의 과도한 부착손실에 기인한다. 본 연구에서는 반복하중 작용시에 철근의 마디형태에 따른 부착성능의 영향을 평가하고자 하였다. 철근의 마디높이에 변화를 주어 상대마디면적에 변화를 주었고, 횡구속철근양에 변화를 주었다. 단조가력시 횡구속이 증가할수록 부착력도 증가하며 상대마디면적의 증가에 따라서도 약간의 강도변화가 발생하였다. 단조가력시에 비해서 반복가력시에 상대마디면적이 증가할수록 부착력 증가가 더욱 커지는 것으로 관찰되었다. 반복가력시 상대마디면적의 증가에 따른 부착강도의 증가가 횡구속 철근이 있을 때 더욱 뚜렷하게 나타났다. 반복가력시 일정한 슬립에서 반복횟수가 증가할수록 강성은 떨어졌으나, 상대마디면적 증가에 따라 부착슬립량의 감소도 크게 발생했다. 따라서 지진과 같은 반복가력시 상대마디면적이 큰 철근을 사용함으로서 더 작은 슬립으로 더 큰 부착강도를 발휘하게 되어 구조물의 내진성능을 개선시킬 수 있겠다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.417-424
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• 2003

철근콘크리트 기둥-철골보(RCS)합성골조 접합부에서 지압 거동을 평가하고 지압설계를 위하여 단순화한 국부지압 실험을 수행하였다. 편심하중에 의해 국부지압을 받을 때 콘크리트의 쐐기작용과 띠철근의 횡구속 효과에 의해 저항된다. 실험결과 U형 지압보강근은 지압내력을 철근 강도만큼 증가시키면서 상세와 설치가 단순하여 효과적으로 나타났다. 띠철근 양에 따라 지압강도가 증가하며 이중 띠철근이 더욱 효과적으로 약20% 증가된다. 현행 ASCE설계지침에서 띠철근 규정은 지압내력이 2 $f_{ck}$ 가 되기 위해서는 다소 미흡하며, 지압강도는 띠철근과 이중 띠철근을 증가시킴에 따라 최대한 2.5 $f_{ck}$ 까지 사용할 수 있다. 본 연구의 결과로서 RCS 보기둥 접합부의 지압내력 추정을 위한 예측식이 제안되었으며 실험결과와 비교적 잘 일치되고 있다.

• Smart Structures and Systems
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• 제18권2호
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• pp.355-374
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• 2016

This paper presents and compares a one-dimensional (1D) bending theory for piezoelectric thin beam-type structures with resistive-inductive electrodes to ANSYS$^{(R)}$ three-dimensional (3D) finite element (FE) analysis. In particular, the lateral deflections and vibrations of slender piezoelectric beams are considered. The peculiarity of the piezoelectric beam model is the modeling of electrodes in such a manner that is does not fulfill the equipotential area condition. The case of ideal, perfectly conductive electrodes is a special case of our 1D model. Two-coupled partial differential equations are obtained for the lateral deflection and for the voltage distribution along the electrodes: the first one is an extended Bernoulli-Euler beam equation (second-order in time, forth order in space) and the second one the so-called Telegrapher's equation (second-order in time and space). Analytical results of our theory are validated by 3D electromechanically coupled FE simulations with ANSYS$^{(R)}$. A clamped-hinged beam is considered with various types of electrodes for the piezoelectric layers, which can be either resistive and/or inductive. A natural frequency analysis as well as quasi-static and dynamic simulations are performed. A good agreement between the extended beam theory and the FE results is found. Finally, the practical relevance of this type of electrodes is shown. It is found that the damping capability of properly tuned resistive or resistive-inductive electrodes exceeds the damping performance of beams, where the electrodes are simply linked to an optimized impedance.

• 한국지진공학회논문집
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• 제6권4호
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• pp.7-13
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• 2002

지진하중을 받는 철근콘크리트 패널의 이력거동을 힘의 평형조건, 변형의 적합조건 및 재료의 구성법칙을 이용한 재료메카니즘을 이용하여 예측하였다. 해석에서는 7단계의 압축응력-변형률곡선과 6단계의 인장응력-변형률곡선으로 구성된 콘크리트의 응력-변형률 모델을 이용하였다. 콘크리트의 응력-변형률 모델에는 균열이 발생한 콘크리트의 연화효과에 의한 압축강도 저감효과가 고려되었다. 해석에 적용된 반복하중을 받는 철근의 평균 응력-변형률관계에는 바우싱거효과 및 철근과 콘크리트의 부착작용을 고려한 인장경화효과가 고려되었다. 해석에 의하여 예측된 패널의 이력거동은 철근비가 다른 3개의 철근콘크리트 패널시험에 의하여 검증되었다. 해석법은 패널의 이력곡선을 추적하여 철근비가 점차 증가하는 시험체의 최대전단응력을 매우 정확히 예측하였다. 또한, 해석에 의하여 예측된 수직 및 수평변형률은 실험에서 관찰된 변형률과 잘 일치하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권1A호
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• pp.35-43
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• 2010

프리캐스트 패널은 교량바닥판의 합성 구조부재로서 사용된다. 프리캐스트 패널의 횡방향 강재는 교량바닥판의 주철근 역할을 하며, 또한, 패널 상부의 현장타설 콘크리트 시공시 거푸집 대용으로 적용된다. 그러나 프리캐스트 패널의 장점을 살리기 위해서는 필연적으로 갖게 되는 구조적 특징이자 취약점이 될 수 있는 이음부 부분에 대한 이해와 지식이 필요하다. 특히, 교량바닥판은 차량하중과 같은 반복하중을 받는 구조물이므로 피로하중에 대한 이음부의 거동 및 성능 평가가 이루어져야 한다. 본 연구에서는 전단철근과 루프이음부를 갖는 프리캐스트 패널 합성바닥판의 피로실험을 수행하였다. 피로실험은 고정점 반복하중과 윤하중을 적용하여 수행되었다. 피로에 대한 현행 설계기준을 고려하고 이음부의 피로파괴 특성과 반복하중하에서의 사용성 평가를 위해 결과 분석을 수행하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제10권6호
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• pp.175-182
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• 2006

강 콘크리트 합성구조에서 강재와 콘크리트 사이의 경계면에 효과적인 응력전달과 합성거동을 유도하기 위하여 스터드, 채널, 유공강판 등이 사용된다. 가장 광범위하게 사용하는 전단연결재는 스터드 형식이고, 최근에 들어서는 강판에 구멍을 뚫은 유공강판전단연결재인 Perfobond가 주목을 받고 있다. 본 연구는 강 콘크리트 합성교량에 적용하기 위한 Perfobond형 전단연결재의 연성능력과 전단성능을 향상시킬 목적으로 횡방향 전단구속철근을 배치하고, Push-out 실험을 수행하여 전단내력을 비교하였다. 실험결과, 유공강판 전단연결재에 전단구속철근, 횡방향 관통철근, 단부 지압판 등을 설치함에 따른 수평 저항성능이나 다웰효과 등에 의해 전단내력이 상승하였으며, 또한 최대내력 이후 변형능력이 유지되면서 연성거동 특성을 보였다.