• Structural Engineering and Mechanics
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• 제52권2호
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• pp.427-443
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• 2014

This paper presents detailed analysis of the internal forces of interior beam-column joints of reinforced concrete (RC) frames under seismic action, identifies critical joint sections, proposes consistent definitions of average joint shear stress and average joint shear strain, derives formulas for calculating average joint shear and joint torque, and reports simplified analysis of the effects of joint shear and torque on the flexural strengths of critical joint sections. Numerical results of internal joint forces and flexural strengths of critical joint sections are presented for a pair of concentric and eccentric interior connections extracted from a seismically designed RC frame. The results indicate that effects of joint shear and torque may reduce the column-to-beam flexural strength ratios to below unity and lead to "joint-yielding mechanism" for seismically designed interior connections. The information presented in this paper aims to provide some new insight into the seismic behavior of interior beam-column joints and form a preliminary basis for analyzing the complicated interaction of internal joint forces.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제2권1호
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• pp.1-16
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• 1994

A unified theory has recently been developed for reinforced concrete structures (Hsu 1993), subjected to the four basic actions - bending, axial load, shear and torsion. The theory has five components, namely, the struts-and-ties model, the equilibrium (or plasticity) truss model, the Bernoulli compatibility truss model, the Mohr compatibility truss model and the softened truss model. Because the last three models can satisfy the stress equilibrium, the strain compatibility and the constitutive laws of materials, they can predict not only the strength, but also the load-deformation history of a member. In this paper the five models are summarized to illustrate their intrinsic consistency.

• Ocean Systems Engineering
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• 제3권2호
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• pp.97-122
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• 2013

For the optimization design and strength evaluation of the umbilical cable, the calculation of cross section stress is of great importance and very time consuming. To calculate the cross section stress under combined tension and bending loads, a new integrated analytical model of umbilical cable is presented in this paper. Based on the Hook's law, the axial strain of helical components serves as the tensile stress. Considering the effects of friction between helical components, the bending stress is divided into elastic bending stress and friction stress. For the former, the elastic bending stress, the curvature of helical components is deduced; and for the latter, the shear stress before and after the slipping of helical components is determined. This new analytical model is validated by the experimental results of an umbilical cable. Further, this model is applied to estimate the extreme strength and fatigue life of the umbilical cable used in South China Sea.

• Coupled systems mechanics
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• 제7권4호
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• pp.373-393
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• 2018

This paper is concerned with the wave propagation behavior of rotating functionally graded temperature-dependent nanoscale beams subjected to thermal loading based on nonlocal strain gradient stress field. Uniform, linear and nonlinear temperature distributions across the thickness are investigated. Thermo-elastic properties of FG beam change gradually according to the Mori-Tanaka distribution model in the spatial coordinate. The nanobeam is modeled via a higher-order shear deformable refined beam theory which has a trigonometric shear stress function. The governing equations are derived by Hamilton's principle as a function of axial force due to centrifugal stiffening and displacement. By applying an analytical solution and solving an eigenvalue problem, the dispersion relations of rotating FG nanobeam are obtained. Numerical results illustrate that various parameters including temperature change, angular velocity, nonlocality parameter, wave number and gradient index have significant effect on the wave dispersion characteristics of the understudy nanobeam. The outcome of this study can provide beneficial information for the next generation researches and exact design of nano-machines including nanoscale molecular bearings and nanogears, etc.

• Steel and Composite Structures
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• 제42권5호
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• pp.699-710
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• 2022

This work presents a comprehensive study on the surface energy effect on the axial frequency analyses of AFGM nanorods in cylindrical coordinates. The AFGM nanorods are considered to be thin, relatively thick, and thick. In thin nanorods, effects of the inertia of lateral motions and the shear stiffness are ignored; in relatively thick nanorods, only the first one is considered; and in thick nanorods, both of them are considered in the kinetic energy and the strain energy of the nanorod, respectively. The surface elasticity theory which includes three surface parameters called surface density, surface stress, and surface Lame constants, is implemented to consider the size effect. The power-law form is considered for variation of the material properties through the axial direction. Hamilton's principle is used to derive the governing equations and boundary conditions. Due to considering the surface stress, the governing equation and boundary condition become inhomogeneous. After homogenization of them using an appropriate change of variable, axial natural frequencies are calculated implementing harmonic differential quadrature (HDQ) method. Comprehensive results including effects of geometric parameters and various material properties are presented for a wide range of boundary condition types. It is believed that this study is a comprehensive one that can help posterities for design and manufacturing of nano-electro-mechanical systems.

• 콘크리트학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.167-176
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• 2016

이 연구는 다양한 콘크리트에 대해 전단마찰 거동에 의해 지배되는 부재에서 전단전달 기구를 설명하고 합리적인 전단마찰내력을 평가하기 위한 모델을 제안하였다. 제안된 모델의 기본식은 횡보강근과 작용 축응력을 고려하여 소성론의 상계치 이론(Upper-bound theorem)에 기반하여 유도하였다. 콘크리트는 수정 Coulomb 파괴 기준에 의해 완전한 소성 강체로 고려하였다. 콘크리트 유효강도에서 콘크리트 종류와 최대 골재 크기에 따른 영향을 적용하기 위해 Yang et al.의 압축 응력-변형률 모델과 CEB-FIP의 인장 응력-변형률 모델을 적용하였다. 이 응력-변형률 모델들을 이용한 완전 소성모델로의 변환을 통하여 유효압축강도계수, 유효강도비 그리고 콘크리트 마찰각을 간단한 식으로 일반화 하였다. 제시된 전단마찰내력 모델은 기존 연구에서 제시된 모델과 함께 91개의 직접전단 실험결과와 비교하였다. 그 결과로 이 연구에서 제시된 모델은 콘크리트 종류, 횡보강근 양 그리고 작용 축응력을 고려하여 전단마찰내력을 평가할 수 있었으며, 예측값에 대한 실험값의 비의 평균과 표준편차가 각각 0.95, 0.15로서 기존 식들에 비해 더 정확한 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.49-57
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• 2014

본 연구에서는 남극 장보고기지 부근에서 채취한 시료를 활용하여 동하중에 대한 액상화 저항특성을 파악하기 위하여 반복삼축시험을 실시하였다. 또한 기존문헌과의 비교를 통하여 남극에서 퇴적된 지반의 동적거동을 규명하였다. 시험결과 동일한 압밀응력비에 대한 반복회수와 축변형률 5%를 발생시키는데 필요한 반복응력비와의 관계는 모든 시료에서 초기액상화를 발생시킬 수 있는 반복응력비가 증가할수록 반복회수가 감소하였다. 세립분 함유량이 10%로 증가할수록 액상화 저항강도가 감소하다가 다시 증가하는 경향을 나타내었다. 점착력과 액상화 저항강도와의 관계는 세립분 함유량과 액상화 저항강도와의 관계와 같이 점착력이 증가할수록 액상화 저항강도도 감소하지만 어느 시점 이후에는 반복응력비가 증가하는 경향을 보였다. 또한, 마찰각과 평균입경이 증가할수록 반복응력비가 증가하는 경향을 나타내었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권5호
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• pp.37-46
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• 2014

다양한 지반조건을 갖고 있는 지반구조물들은 공사 설계에 대한 특성에 따라 안정성 해석을 하여 설계와 시공이 되어야 한다. 일반적으로 지반의 강도정수들은 삼축압축시험으로 분석한 결과를 설계시공에 적용하여 안정성을 해석한다. 띠하중과 같은 응력을 받고 있는 댐, 제방, 옹벽 등은 한방향의 변형이 구속되어 있는 평면변형 조건의 지반구조물들이다. 지반 조건에 맞는 안정성 해석은 적절한 강도정수들의 적용에 의해서 이루어져야 한다. 삼축압축시험에 의한 강도정수 적용은 이러한 지반구조물들을 설계할 때, 안전율이 과소평가되어 시공성과 경제성에 불리하게 작용한다. 본 연구는 화강풍화토를 대상으로 삼축압축시험과 평면변형시험을 통하여 강도정수를 산정하고 상대밀도에 따른 강도 증가에 대한 경향을 분석하고자 한다. 삼축압축시험은 응력경화가 지속적으로 발생하기 때문에 최대 변형률 15%에서 한계파괴응력을 결정짓는 반면에, 평면변형 조건에서 수행되는 시험은 강도가 증가하면서 2번의 뚜렷한 응력경화를 나타내었고, 강도정수를 결정할 수 있는 항복응력을 구분할 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.159-169
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• 2014

이 연구에서는 철근콘크리트 전단벽의 횡하중 거동과 연성을 합리적으로 평가하기 위해서 모멘트-곡률관계를 정립하고 이로부터 단순화된 횡하중-횡변위관계를 제시하였다. 최초 휨 균열, 인장철근 항복, 최대내력, 최대내력의 80% 및 인장철근파단시점에서 모멘트와 곡률은 힘의 평형조건과 변형적합조건으로부터 정립되었다. 최대내력 이후의 곡률평가를 위한 압축측연단 콘크리트 변형률은 Razvi and Saatcioglu의 구속된 콘크리트의 응력-변형률 관계를 이용하여 최대응력의 감소계수와 횡보강근 체적지수의 함수로 제시하였다. 모멘트 평가모델은 변수연구를 통하여 인장철근지수, 수직철근지수 및 축력지수의 함수로 일반화하였다. 횡변위는 전단벽의 높이에 따라 분포된 이상화된 곡률로부터 모멘트 면적법을 이용하여 환산하였다. 제시된 횡하중-횡변위관계는 기존 실험 결과와 잘 일치하였으며, 특히 최대내력 이후의 거동을 잘 평가하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권5호
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• pp.67-75
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• 2014

본 연구에서는 벤더엘리먼트가 장착된 삼축시험장비를 이용하여 모래에 대한 일련의 압밀배수시험을 수행하여 응력, 변형률, 그리고 전단파속도를 측정하였으며 이로부터 전단강도와 포아송비의 특성을 분석하였다. 분석 결과, 전단파속도로부터 계산된 최대전단탄성계수와 파괴시의 축응력과 반경방향 응력의 합으로 정의되는 유효수직응력과는 고유한 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 도출된 경험식은 전단파속도와 전단강도 그리고 마찰각간의 상관관계를 나타내므로 매우 유용하다고 판단된다. 나아가 본 연구에서는 측정된 축변형률과 체적변형률로부터 모래의 포아송비를 측정하였다. 포아송비는 변형률과 체적변화에 큰 영향을 받으며 0.15~0.6까지 변형률에 따라서 크게 증가하는 것으로 나타났다. 특히 0.2% 미만의 축변형률에서는 대략 0.25~0.4으로 기존 문헌에서 제시된 0.3~0.35를 크게 벗어나지 않지만 1% 이상의 변형률에서는 0.5~0.6으로 문헌에서 제시된 값은 포아송비를 크게 과소예측하는 것으로 나타났다.