• Advances in Computational Design
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• 제7권3호
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• pp.173-188
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• 2022

In modern buildings, glass is considered a structurally unsafe material due to its brittleness and unpredictable failure behavior. The possible use of structural glass elements (i.e., floors, beams and columns) is generally prevented by its poor tensile strength and a frequent occurrence of brittle failures. In this study an innovative modelling based on an equivalent thickness concept of laminated glass beam reinforced with FRP (Fiber Reinforced Polymer) composite material and of glass plates punched is presented. In particular, the novel numerical modelling applied to an embedding Carbon FRP-rod in the interlayer of a laminated structural glass beam is considered in order to increase both its failure strength, together with its post-failure strength and ductility. The proposed equivalent modelling of different specimens enables us to carefully evaluate the effects of this reinforcement. Both the responses of the reinforced beam and un-reinforced one are evaluated, and the corresponding results are compared and discussed. A novel equivalent modelling for reinforced glass beams using FRP composites is presented for FEM analyses in modern material components and proved estimations of the expected performance are provided. Moreover, the new suggested numerical analysis is also applied to laminated glass plates with wide holes at both ends for the technological reasons necessary to connect a glass beam to a structure. Obtained results are compared with an integer specimen. Experimental considerations are reported.

• Steel and Composite Structures
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• 제43권3호
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• pp.341-351
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• 2022

This paper presents an inelastic buckling behavior analysis of rectangular hollow steel tubes with geometrical imperfections under elevated temperatures. The main variables are the temperature loads, slenderness ratios, and exposure conditions at high temperatures. The material and structural properties of steels at different temperatures are based on Eurocode (EN 1993-1-2, 2005). In the elastic buckling analysis, the buckling strength decreases linearly with the exposure conditions, whereas the inelastic buckling analysis shows that the buckling strength decreases in clusters based on the exposure conditions of strong and weak axes. The buckling shape of the rectangular steel column in the elastic buckling mode, which depicts geometrical imperfection, shows a shift in the position at which bending buckling occurs when the lower section of the member is exposed to high temperatures. Furthermore, lateral torsional buckling occurs owing to cross-section deformation when the strong axial plane of the model is exposed to high temperatures. The elastic buckling analysis indicates a conservative value when the model is exposed to a relatively low temperature, whereas the inelastic buckling analysis indicates a conservative value at a certain temperature or higher. The comparative results between the inelastic buckling analysis and Eurocode 3 show that a range exists in which the buckling strength in the design equation result is overestimated at elevated temperatures, and the shapes of the buckling curves are different.

• Steel and Composite Structures
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• 제47권3호
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• pp.375-382
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• 2023

The H-shaped steel beam is popular due to its ease of manufacturing and connection to the column. This profile, which is used as a shallow beam, needs the high weak-axis bending stiffness and torsional stiffness to meet the overall stability. Achieving the local beam flange stability, bearing capacity, bending stiffness, and torsional requirements need a great thickness and width of the beam flange, which causes, which will cause more uneconomical structural design. So, the box-section beam is the ideal alternative. However, the current design specifications do not have design rules for the bolt-and-welded connection of the box-section beam and box-section column. The paper proposes a novel bolt-and-welded connection of the box-section beams and box-section columns based on a high-rise structural design scheme. Three connection models, BASE, WBF, and RBS, are analyzed under cyclic loading in ABAQUS software. The failure modes, hysteresis response, bearing capacity, ductility, plastic rotation angle, energy dissipation, and stiffness degradation of all models are determined and compared. Compared with the other two models, the model WBF exhibited excellent seismic performance, ductility, and plastic rotation ability. Finally, model WBF was chosen as the connection scheme used in the project design.

• Steel and Composite Structures
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• 제51권6호
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• pp.587-600
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• 2024

In order to investigate the seismic performance of regionally confined concrete circular column with trapezoid stirrups (TRCCC) under high axial compression ratio, the confinement mechanism of regionally confined concrete was analyzed. Three regionally confined concrete circular columns with trapezoid stirrups were designed, and low cyclic loading tests were conducted at three different axial compression ratios (0.9, 1.1, 1.25) to study the failure mode, hysteresis curve, skeleton curve, deformation capacity, stiffness degradation and energy dissipation capacity of the specimens. The results indicate that the form of regional confinement concrete provides more uniform confinement to the normal confinement, and the confinement efficiency at the edges is 1.4 times that of normal confined concrete. The ductility coefficients of the specimens were all greater than 3 under high axial compression ratios, and the stiffness and horizontal bearing capacity increased with the increase of axial compression ratio. Therefore, it is recommended that the code of design specifications can appropriately relax the axial compression ratio limit for TRCCC. Finally, the spacing between stirrups of TRCCC was analyzed using ABAQUS software. The results showed that as the spacing between the stirrups decreased, the cracking load and peak load of TRCCC increased continuously, but the rate of increase decreases.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제2권4호
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• pp.1-10
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• 2011

본 연구는 각 연결부에 대한 수치 해석을 통하여 강재-콘크리트 합성 프레임 구조물의 성능을 조사하였다. 본 연구의 혁신적인 측면은 강재 보와 CFT 기둥의 연결부 사용과 저탄소강과 형상 기억 합금 구성요소의 조합을 활용하는데 있다. 이러한 새로운 연결부의 목적은 지진 후 건물의 손상과 잔류 흐름을 줄이기 위해 고탄성 형상기억합금 인장부에서 발생하는 교정 작용과 저탄소강의 우수한 에너지 분산 능력을 활용하는 것이다. 연결부의 핀, 전체적인 고정 또는 부분 구속으로 모델링을 할 수 없기 때문에 이러한 구조물들의 해석과 설계는 복잡하여 PR-CFT 연결부의 전체적인 거동을 알기 위한 수치해석을 위해 정교한 3차원 솔리드 요소로 구성된 유한해석 모델을 개발하였다. 이러한 유한요소 해석으로 얻은 결과를 바탕으로 스프링 요소를 이용하여 간단한 연결부 모델링을 공식화 시켰다. 반복 하중을 가하여 전체 프레임 구조물의 거동을 확인하였고 3D 유한요소 해석을 통하여 단순 거동을 비교하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.823-829
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• 2002

철근콘크리트 기둥-철골 보 합성골조는 철근콘크리트와 철골부재의 재료적인 장점을 살린 합리적인 구조물이나, 이질 재료간의 접합으로 인해 보-기둥 접합부의 설계와 해석에서는 많은 구조적인 문제점들이 생기게 된다. 이 연구에서는 철골 보의 하중이 콘크리트 기둥으로 원활히 전달되면서 현장 시공성이 우수한 새로운 형태의 합성골조 접합부의 형식을 제안하고자 한다. 이 연구에서 고안된 접합부는 H 형강을 반분한 T 형강을 시스템 내부 및 외부의 모든 응력 전달 요소를 연결하는 주요 요소로 하고, 보 플랜지의 인장력 전달을 위해 한 방향은 고강도 강봉을, 이와 직교하는 방향은 강재 연결판을 사용하였다. 스티프너보강된 ㄱ형강을 사용하여 보 플랜지의 인장력을 기둥면에 전달하도록 하였으며, T 형강에 용접된 전단 접합판을 보의 웨브와 고력볼트로 접합하여 전단력을 지지하도록 설계하였다. 이 연구에서는 보의 플랜지로부터 스티프너 보강된 ㄱ형강을 통해 강봉이나 연결판으로 전달되는 휨모멘트 전달성능을 확인하고자 구조성능 시험을 수행하였다. 시험체는 실제 보-기둥 접합부를 모델로 하여, 실물크기로 4개가 제작되었으며, 구조실험은 철골 보의 양 단부를 단순지지한 상태에서 기둥 중앙에 집중하중을 가해 보-기둥 접합부에 휨모멘트와 전단력을 작용시키는 방식으로 진행되었다. 실험결과, 이 연구에서 제안된 접합부는 현장 적용이 가능한 가공성과 운반성 및 시공성을 가지며, 철골 보-접합용 ㄱ형강 -연결용 강봉 및 연결판에 의한 응력전달이 매우 순조로운 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권2호
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• pp.105-114
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• 2018

모듈러 시스템은 하중저항 방식에 따라 개방형 모듈러 및 폐쇄형 모듈러 분류가 된다. 그 중 개방형 모듈러는 폐쇄형 단면을 갖고 있어 부재간의 접합 및 모듈간의 접합을 하는데 제약이 있다. 이에 Choi et al.(2017)은 절골형 단면 안에 콘크리트를 채운 합성 모듈러 시스템을 제안하였다. 하지만 모듈간 접합을 강접으로 가정하여 접합부 거동에 의해 구조물 전체에 미치는 영향을 파악하지 못하였다. 본 연구에서는 유한요소해석을 하여 제안된 모듈러의 접합부 강성을 산정하였다. 성능 검증을 위해 FEMA 440의 선형화방법을 사용하여 접합부 강성 유, 무에 따른 구조물의 내진성능을 파악하였다. 해석결과에 따르면 접합부 강성을 고려한 모델의 보유 내력 및 층간변위비가 접합부 강성을 고려하지 않은 모델에 비해 현저하게 감소하는 것으로 나타났다. 이를 토대로 접합부의 강성이 전체 구조물 거동에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.9-18
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• 2019

모듈러 시스템은 하중저항 방식에 따라 개방형 모듈러 및 폐쇄형 모듈러 분류가 된다. 그 중 개방형 모듈러는 폐쇄형 단면을 갖고 있어 부재간의 접합 및 모듈간의 접합을 하는데 제약이 있다. 이에 Choi et al.(2017)은 절골형 단면 안에 콘크리트를 채운 합성 모듈러 시스템을 제안하였다. 하지만 모듈간 접합을 강접으로 가정하여 접합부 거동에 의해 구조물 전체에 미치는 영향을 파악하지 못하였다. 본 연구에서는 유한요소해석을 하여 제안된 모듈러의 접합부 강성을 산정하였다. 성능 검증을 위해 FEMA 440의 선형화방법을 사용하여 접합부 강성 유, 무에 따른 구조물의 내진성능을 파악하였다. 해석결과에 따르면 접합부 강성을 고려한 모델의 보유 내력 및 층간변위비가 접합부 강성을 고려하지 않은 모델에 비해 현저하게 감소하는 것으로 나타났다. 이를 토대로 접합부의 강성이 전체 구조물 거동에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.213-220
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• 2015

본 논문에서는 CFT 구조의 강관과 내부 충전 콘크리트 간 복합거동을 유한요소해석 시 적절하게 반영하기 위해 강관과 콘크리트 간 부착 슬립관계 묘사를 위한 알고리즘을 제시하였다. 내부 충전 콘크리트에 축방향 하중 발생 시, 강관과 콘크리트 간 마찰로 인해 강관으로 하중이 전달되며, 이에 따른 강관 슬립량과 힘의 평형관계를 통해 등가강성을 통해 부착관계를 파악할 수 있다. 실제 원형 CFT 부재의 부착응력 실험을 통해 측정된 수직 및 수평 방향 응력 분포 결과와 제안된 해석 기법을 통해 산정된 응력 분포의 비교를 통해 제안된 해석 기법의 타당성을 검증하였다. 또한 비선형 유한요소해석 시 강관과 콘크리트의 부착 거동 묘사에 따라 CFT 기둥의 거동 특성에 영향을 미치게 되므로 축방향 하중이 작용하는 CFT 부재 실험 결과와 제안된 부착-슬립 모델을 반영한 유한요소해석 결과의 하중-변위 곡선 관계 비교를 통해 제안된 기법의 적합성을 검증하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제21권2호
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• pp.343-356
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• 2016

As the common cast-in-place construction works fails to meet the enormous construction demand under rapid economic growth, the development of prefabricated structure instead becomes increasingly promising in China. For the prefabricated structure, its load carrying connection joint play a key role in maintaining the structural integrity. Therefore, a novel end plate bolt connecting joint between fully prefabricated pre-stressed concrete beam and high-strength reinforcement-confined concrete column was proposed. Under action of low cycle repeated horizontal loadings, comparative tests are conducted on 6 prefabricated pre-stressed intermediate joint specimens and 1 cast-in-place joint specimen to obtain the specimen failure modes, hysteresis curves, skeleton curves, ductility factor, stiffness degradation and energy dissipation capacity and other seismic indicators, and the seismic characteristics of the new-type prefabricated beam-column connecting joint are determined. The test results show that all the specimens for end plate bolt connecting joint between fully prefabricated pre-stressed concrete beam and high-strength reinforcement-confined concrete column have realized the design objectives of strong column weak beam. The hysteretic curves for specimens are good, indicating desirable ductility and energy dissipation capacity and seismic performances, and the research results provide theoretical basis and technical support for the promotion and application of prefabricated assembly frames in the earthquake zone.