• 대한토목학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.875-888
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• 2013

최근에는 초탄성 형상기억합금을 구조물 일부에 설치하여 지진과 같은 외부 충격하중으로 인해 발생되는 영구적인 소성 변형을 줄이고 자동치유가 가능한 변위제어 시스템을 개발하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 초탄성 형상 기억합금은 상당량의 변위를 가하더라도 별도의 열처리 없이도 상온에서 단지 하중만을 제거하여도 원형으로 복원이 가능한 독특한 합성 금속재료이다. 뼈대 구조물에서 변형이 집중이 되는 부위에 기존에 사용된 강재를 대신하여 초탄성 형상기억합금을 사용한다면 시스템의 복원 효과를 극대화 시킬 수 있다. 따라서 본 연구는 내진성능이 우수한 좌굴방지 가새프레임에 초탄성 형상기억합금 소재를 접목시킨 새로운 구조 시스템을 제안하고 자 한다. 본 연구에서 제안된 구조시스템의 성능을 검증하기 위하여 현재 사용되는 설계코드를 참고하여 6층의 가새프레임 빌딩을 설계를 하고 2차원적인 유한요소 프레임 모델에 각각의 지진 위험도 레벨의 가속도 데이터를 사용하여 비선형 동적 해석을 실시하였다. 해석결과를 바탕으로 초탄성 형상기억합금 가새시스템을 사용한 프레임 구조물과 기존의 가새시스템을 성능적인 측면에서 서로 비교하였다. 해석결과는 지진하중 이후에 초탄성 형상기억합금 가새시스템은 구조물에 잔류 처짐을 감소하는데 매우 효율적임을 보여주고 있다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제74권2호
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• pp.201-214
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• 2020

This study aims at evaluating composite moment frame structures (CFS) using wavelet analysis of the displacement behavior of these structures. Five seismic damage mitigation systems' models of 9-story CFS are examined namely, basic (Model 1), reinforced (Model 2), buckling restrained braced (BRB) (Model 3), lead rubber bearing (LRB) (Model 4), and composite (Model 5) moment frames. A novel integration between continuous and discrete wavelet transforms is designed to estimate the wavelet power energy and variance of measurements' behaviors. The behaviors of the designed models are evaluated under influence of four seismic loads to study the dynamic performance of CFS in the frequency domain. The results show the behaviors of models 3 and 5 are lower than other models in terms of displacement and frequency performances. Model 3 has been shown lower performances in terms of energy and variance wavelets along the monitoring time; therefore, Model 3 demonstrates superior performance and low probability of failure under seismic loads. Furthermore, the wavelet variance analysis is shown a powerful tool that can be used to assess the CFS under seismic hazards.

• 국제초고층학회논문집
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• 제8권3호
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• pp.229-234
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• 2019

This report introduces the structural design of Hibiya Mitsui Tower built in Tokyo Midtown Hibiya. The upper part of this tower is used for offices and the lower portion is for commercial facilities and a cinema complex which need the large open spaces. The 192m-high building has 35 floors above ground and 4 below ground. The structure is a steel frame using CFT columns to feature the high-performance oil dampers and the buckling restrained braces for vibration control. First, an outline of the structural design of this building is presented. Second, we introduce the transfer frame adopted to realize the large open spaces in the lower part, and the long column supporting the corner part of the high-rise building to avoid making a shade on the adjacent Hibiya Park, which are the feature of this building. Finally, we present an outline of the latest highly efficient semi-active oil dampers adopted in this building, and the vibration responses of this tower.

• 전산구조공학
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• 제10권1호
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• pp.201-211
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• 1997

공간뼈대의 구조에 대하여 기하학적 비선형성이 고려될 수 있는 유한요소이론 및 해석법을 제시한다. 이를 위하여 가상일의 원리를 이용하여 대변형효과를 고려한 3차원 연소체의 평형방정식으로부터, 구속된(restrained warping)효과를 무시하고 유한한 회전각의 2차항의 효과를 포함하는 변위장을 도입하여 초기응력을 받는 공간뼈대요소의 증분평형방정식을 유도한다. 공간뼈대구조를 유한요소로 나누어 요소의 변위장을 요소변위 벡터에 관한 Hermitian다항식으로 나타내고 이를 평형방정식에 대입함으로써 탄성 및 가하학적인 강도행렬을 유도한다. 또한 updated Lagrangian co-rotational formulation에 근거하여, 증분변위로부터 강체회전변위와 순수변형성분을 분리시켜서 강체회전은 요소의 방향변화를 결정하고, 순수변형은 부재력증분을 산정하는 불평형하중 산정법을 제시한다. 공간뼈대구조의 횡-비틂좌굴 및 후좌굴 거동에 대한 예제들을 통하여 본 연구에 대한 해석결과와 문헌의 결과를 비교 검토함으로써 본 연구에서 제시된 이론 및 해석방법의 정당성을 입증한다.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제5권2호
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• pp.205-229
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• 2018

Energy induced by minor earthquake and micro vibration cannot be dissipated by traditional buckling-restrained braces (BRBs). To solve this problem, a new type of hybrid passive control device, named as VE-BRB, which is configured by a BRB with high-damping viscoelastic (VE) layers, is developed and studied. Theoretical analysis, performance tests, numerical simulation and case analysis are conducted to study the seismic behavior of VE-BRBs. The results indicate that the combination of hysteretic and damping devices lead to a multi-phased nature and good performance. VE-BRB's working state can be divided into three phases: before yielding of the steel core, VE layers provide sufficient damping ratio to mitigate minor vibrations; after yielding of the steel core, the steel's hysteretic deformations provide supplemental dissipative capacity for structures; after rupture of the steel core, VE layers are still able to work normally and provide multiple security assurance for structures. The simulation results agreed well with the experimental results, validating the finite element analysis method, constitutive models and the identified parameters. The comparison of the time history analysis on a 6-story frame with VE-BRBs and BRBs verified the advantages of VE-BRB for seismic protection of structures compared with traditional BRB. In general, VE-BRB had the potential to provide better control effect on structural displacement and shear in all stages than BRB as expected.

• 한국지진공학회논문집
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• 제12권6호
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• pp.35-45
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• 2008

구조물의 응답에 대한 잔류변위의 영향을 평가하기 위하여, 초기 잔류변형이 있는 상태에서 작용하는 설계지진에 대한 좌굴방지 가새골조(BRBF)와 특수 모멘트골조(SMRF)의 응답을 평가하였다. 초기 잔류변형은 구조물에 두 가지 방법으로 적용하였다. 첫 번째 방법은 첫 지진에 대하여 구조물이 정지 상태에 도달한 이후 같은 크기의 지진을 적용하는 것이다. 두 번째 방법은 소요 잔류층간 변형이 발생할 때까지 일방향으로 가력한 다음 지진하중을 적용하였다. 해석결과에 따르면 초기 잔류층간변위는 BRBF와 SMRF의 응답에 큰 영향을 주었다. SMRF 시스템보다 BRBF의 응답이 초기 잔류변형에 크게 의존하였다. 그러므로 지진발생 이후 보수비용을 최소화하기 위하여 잔류층간변위를 줄이는 것이 필요하다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제12권4호
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• pp.35-44
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• 2008

최근 새로운 지진하중 저항시스템으로 셀프센터링(SCED) 가새 시스템이 개발되었다. 진보된 가새 시스템인 비좌굴 가새(BRB) 시스템과는 달리 큰 지진이 발생한 후 구조물의 잔류 변형을 줄이거나 없앨 수 있는 셀프센터링 능력은 SCED 가새 시스템의 장점이다. 본 논문에서는 SCED 가새와 BRB 가새 시스템의 거동에 비틀림의 영향을 조사하기 위하여 세 가지 다른 편심을 가진 3차원 구조물의 응답을 비선형 동적해석을 수행하여 비교하였다. 해석결과에 따르면 층간변위의 높이방향의 변화는 비정형성에 관계없이 SCED 가새골조의 응답이 BRB 가새골조보다 일정하였으며, 잔류 층간변위와 잔류 회전 응답은 비정형성이 증가함에 따라 감소하였다. 중층 구조물에서 SCED 가새골조의 변형집중계수(DCF)는 BRB 가새골조보다 작은 것으로 나타났다. 이것은 SCED 가새골조가 건물 높이에 따라 보다 일정하게 변형함을 의미한다. DCF의 크기에 대한 비틀림 비정형의 효과는 작았다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제65권3호
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• pp.251-261
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• 2018

Self-centering concentrically braced frames (SCCBFs) are emerging as high performance seismically resistant braced framing system, due to the capacity of withstanding strong earthquake attacks and promptly recovering after events. To get a further insight into the seismic performance of SCCBFs, systematical evaluations are currently conducted from the perspective of modal contributions. In this paper, the modal pushover analysis (MPA) approach is utilized to obtain the realistic seismic demands by summarizing the contribution of each single vibration mode. The MPA-based results are compared with the exact results from nonlinear response history analysis. The adopted SCCBFs originate from existing buckling-restrained braced frames (BRBF), which are also analyzed for purpose of comparison. In the analysis of these comparable framing systems, interested performance indices that closely relate to the structural damage degree include the interstory drift ratio, floor acceleration, and absorbed hysteretic energy. The study shows that the MPA approach produces acceptable predictions in comparison to the exact results for SCCBFs. In addition, the high-modes effect on the seismic behavior increases with the building height, and is more evident in the SCCBFs than the BRBFs.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권3호
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• pp.261-269
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• 2010

현재 보다 다양한 형태의 건축물 설계를 가능하게 하는 대표적인 구조 시스템으로 다이아그리드 시스템이 있다. 다이아그리드 시스템은 접합부 설계 및 시공의 어려움과 가새 부재 좌굴에 의해 내진성능이 저하된다는 단점이 있으며, 이를 보안하기 위해 비좌굴 가새를 이용한 다이아그리드 시스템을 제안하였다. 본 연구에서는 다이아그리드 시스템과 다이아그리드 BRB 시스템의 골조 실험을 통해 초기 강성, 연성 능력과 에너지 소산능력을 평가였다. 반복가력실험 결과 Diagrid BRB의 초기 강성과 연성능력이 더 크게 나타났으며, BRB 항복 이후에도 지속적인 에너지 흡수가 이루어짐을 확인할 수 있었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제45권1호
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• pp.83-100
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• 2022

Timber is one of the few natural, renewable building materials and glulam is a type of engineering wood product. In the present work, timber-based braces are applied for retrofitting midrise Special Moment Resisting Frame (SMRF) using two types of timber base braces (Timber base glulam, and hybrid Timber-Steel-BRB) as alternatives for retrofitting by traditional steel bracings. The improving effects of adding the bracings to the SMRF on seismic characteristics of the frame are evaluated using load-bearing capacity, energy dissipation, and story drifts of the frame. For evaluating the retrofitting effects on the seismic performance of SMRF, a five-story SMRF is considered unretofitted and retrofitted with steel-hollow structural section (HSS) brace, Glued Laminated Timber (Glulam) brace, and hybrid Timber-Steel BRB. Using OpenSees structural analyzer, the performance are investigated under pushover, cyclic, and incremental loading. Results showed that steel-HSS, timber base Glulam, and hybrid timber-steel BRB braces have more significant roles in energy dissipation, increasing stiffness, changing capacity curves, reducing inter-story drifts, and reducing the weight of the frames, compared by steel bracing. Results showed that Hybrid BRB counteract the negative post-yield stiffness, so their use is more beneficial on buildings where P-Delta effects are more critical. It is found that the repair costs of the buildings with hybrid BRB will be less due to lower residual drifts. As a result, timber steel-BRB has the best energy dissipation and seismic performance due to symmetrical and stable hysteresis curves of buckling restrained braces that can experience the same capacities in tension and compression.