• Steel and Composite Structures
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• 제30권4호
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• pp.383-392
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• 2019

Passive steel dampers have shown favorable performance in last earthquakes, numerical and experimental studies. Although steel dampers are more affordable than other types of damper, they are not economically justified for ordinary buildings. Therefore, in this paper, an innovative steel damper with shear yielding mechanism is introduced, which is easy to fabricate also can be easily replaced after sever earthquakes. The main goal of implementing such a mechanism is to control the possible damage in the damper and to ensure the elastic behavior of other structural components. The numerical results indicate an enhancement of the hysteretic behavior of the concentrically braced frames utilizing the proposed damper. The proposed damper change brittle behavior of brace due to buckling to ductile behavior due to shear yielding in proposed damper. The necessary relations for the design of this damper have been presented. In addition, a model has been presented to estimate load-displacement of the damper without needing to finite element modeling.

• Steel and Composite Structures
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• 제39권4호
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• pp.353-366
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• 2021

Cored moment resisting stub column (CMSC) was previously developed by the features of adopting a core segment which remains mostly elastic and reduced column section (RCS) details around the ends to from a stable hysteretic behavior with large post-yield stiffness and considerable ductility. Several full-scale CMSC components with various length proportions of the RCSs with respect to overall lengths have been experimentally investigated through both far-field and near-fault cyclic loadings followed by fatigue tests. Test results verified that the proposed CMSC provided very ductile hysteretic responses with no strength degradation even beyond the occurrence of the local buckling at the side-segments. The effect of RCS lengths on the seismic performance of the CMSC was verified to relate with the levels of the deformation concentration at the member ends, the local buckling behavior and overall ductility. Estimation equations were established to notionally calculate the first-yield and ultimate strengths of the CMSC and validated by the measured responses. A numerical model of the CMSC was developed to accurately capture the hysteretic performance of the specimens, and was adopted to clarify the effect of the surrounding frame and to perform a parametric study to develop the estimation of the elastic stiffness.

• Steel and Composite Structures
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• 제44권3호
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• pp.325-337
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• 2022

In this research, an earthquake-resistant structural system consisting of a pin-connected steel frame and a bracing with metallic fuses is proposed. Contrary to the conventional braced frames, the main structural elements are deemed to remain elastic under earthquakes and the seismic energy is efficiently dissipated by the damper-braces with an amplification mechanism. The superiority of the proposed damping system lies in easy manufacture, high yield capacity and energy dissipation, and an effortless replacement of damaged fuses after earthquake events. Furthermore, the stiffness and the yield capacity are almost decoupled in the proposed damper-brace which makes it highly versatile for performance-based seismic design compared to most other dampers. A special attention is paid to derive the theoretical formulation for nonlinear behavior of the proposed damper-brace, which is verified using analytical results. Next, a direct displacement-based design procedure is provided for the proposed system and an example structure is designed and analyzed thoroughly to check its seismic performance. The results show that the proposed system designed with the provided procedure satisfies the given performance objective and can be used for developing highly efficient low-damage structures.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권6호통권73호
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• pp.781-792
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• 2004

스티프너가 없는 얇은 강판을 사용한 골조강판벽 시스템에 대한 실험연구를 실시하였다. 1경간 3층의 골조강판벽에 주기횡하중을 재하하였으며, 주요한 실험 변수는 강판의 두께, 기둥의 강도이다. 실험결과를 이용하여 강판벽의 강도, 변형능력, 에너지 소산능력을 연구하였으며, 이를 토대로 골조강판벽의 파괴메카니즘을 분석하였다. 실험결과, 얇은 강판을 사용하는 골조강판벽은, 높은 강도, 낮은 연성능력, 캔틸레버거동특성을 나타내는 일반적인 가새골조나 스티프너 보강된 강판벽과는 여러 면에서 다른 거동특성을 나타낸다. 골조강판벽에서는 강판의 조기국부좌굴과 인장응력장 작용이 발생하면서, 전 층에 고르게 항복변형이 분포된다. 이로 인하여 변형형태는 휨변형과 전단변형의 복합형태를 나타내며, 우수한 강도 및 에너지 소산능력과 연성모멘트 골조에 버금가는 변형능력을 나타내었다. 그러나 일반적인 가새골조와는 달리 보, 기둥 등의 골조부재는 강판의 인장응력장을 지지할 수 있도록 설계되어야 하며, 따라서 기둥의 강도가 작고 콤팩트 단면을 사용하지 않은 경우에는 약층현상이 발생하며 강도가 급격히 저하되었다. 얇은 강판을 사용하는 골조강판벽은 일반적인 가새골조나 스티프너 보강 강판벽과는 차별되는 우수한 변형능력을 갖고 있으므로 연성내진구조시스템으로 활용할 수 있다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제15권5호
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• pp.11-24
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• 2011

고정반복법에 의한 암시적 HHT 시간적분법을 이용하여 3층 3경간 철근콘크리트 골조구조물을 수치해석모형과 물리적 분구조모형으로 나누어 실시간 하이브리드실험을 실시하였다. 물리적 부분구조모형으로는 1층 내부 비연성기둥 1개소가 선택되었고, 수치해석모형에 일축 방향의 지진하중을 시편이 심한 손상에 의하여 파괴에 이를 때까지 작용시켰다. 비선형 유한요소해석 프로그램인 Mercury가 실시간 하이브리드실험을 위하여 새로이 개발 및 적용되었다. 실험결과는 물리적 부분구조모형의 상부 수평방향 층간변위비를 OpenSees에 의한 수치해석시뮬레이션과 진동대실험의 그것과 비교하였다. 본 실험은 가장 복잡한 실시간 하이브리드실험 중의 하나이고, 하드웨어, 알고리즘 그리고 모형에 대한 기술적인 내용을 본 논문에 자세히 설명하였다. 수치해석모형의 개선, 물리적 부분구조 모형 접선강성행렬의 유한요소해석 프로그램에서의 평가 그리고 하중기반 보-요소의 요소상태결정의 연산시간을 줄이기 위한 소프트웨어의 개선이 이루어진다면 실시간 하이브리드실험과 진동대실험결과의 비교는 권장할 만하다. 그리고 "지진과 같은 동적하중하의 복잡한 구조물의 수치해석시뮬레이션"이라는 목적을 위하여 실시간 하이브리드실험은 동적하중에 대한 실험적 검증을 점진적으로 수치해석모형으로 대체하기 위한 저비용-고효율 실험법으로서의 가치를 충분히 가지고 있다고 할 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.327-335
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• 2009

지진이 빈번하게 발생하는 지역에서는 비내진상세구조물은 지진 발생시 연약층을 형성하고 취성적 붕괴를 일으키게 된다. 그러나, 기존 구조물을 해체하고 내진상세 구조물을 신축하는 방법은 건설폐기물, 환경오염 및 민원 등 여러가지 문제들을 가지는 등 비경제적 방법이라 할 수 있다. 따라서 기존 구조물이 내진성능을 만족하도록 내진보강에 관한 많은 연구가 이루어졌으며, 이러한 내진보강방법에는 끼움벽, 철골브레이스, 연속벽, 부벽, 날개벽, 기둥/보의 자켓팅 등이 있다. 이 중 끼움벽 골조는 큰 변형과 접합부에서의 회전이 발생하는 골조와, 비교적 작은 변형에서도 전단파괴를 야기하는 끼움전단벽 등 복합적인 거동특성을 나타낸다. 따라서, 이러한 시스템의 거동특성은 개개의 골조나 벽에서 나타나는 거동특성과 매우 다르게 된다. 본 연구에서는 끼움벽의 내진성능을 평가하고자 하였으며, 손상에너지의 효과적 흡수를 위해 변형경화형 시멘트 복합체 (SHCC)를 사용하였다. 실험은 1/3 축소모형의 끼움벽을 반복가력하는 것으로 계획하였다. 실험 결과, SHCC 끼움벽에서는 섬유의 가교작용을 통해 시멘트 복합체 내 응력을 재분배함으로써 미세균열이 발생하였으며, 강도 및 에너지소산능력이 우수한 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.259-266
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• 2012

일반적인 내진 설계에서는 구조물의 연성적인 거동을 유도하기 위해서 보-기둥 접합부에 인접한 보에 소성힌지가 발생하도록 한다. 따라서 철근콘크리트 부재의 부착강도와 전단강도가 휨강도보다 큰 값을 가져야 하고, 전단이나 부착파괴가 요구된 연성에 도달하기 이전에 발생하지 않아야 한다. 하지만 전단경간비가 짧은 부재의 경우에는 전단이나 부착 거동의 지배를 받는 경우가 많고, 핀칭 효과로 인해 에너지 소산이 비교적 적게 발생하므로 요구된 연성에 도달하지 못하고 파괴될 수 있다. 이 논문에서는 전단경간비가 짧은 철근콘크리트 부재의 거동 분석과 연성 예측, 특히 부착 연성 능력을 평가하기 위한 방법을 제안하였다. 이것은 반복하중에 의해 저감되는 잠재 전단강도와 잠재부착내력 모델, 그리고 소성힌지 형성에 따른 휨부착응력의 급격한 증대를 도식화하여 나타낼 수 있다. 제안된 해석법은 각 값의 변화 추이를 비교하여 부재의 거동을 파악하고, 부착 거동의 지배를 받는 부재의 경우, 부착내력과 휨부착응력의 값이 만나는 지점까지를 그 부재의 부착 연성으로 평가하는 방법이다. 이 방법은 기존에 수행된 8개의 보, 기둥 시험체를 통해 비교 및 검토하였으며 부재 거동에 대한 예측은 정확히 일치하였으나, 부착 연성 능력에 대해서는 과소평가 되었다. 그 이유는 부재의 부착강도를 실제 부착강도보다 비교적 낮게 예측한 부착강도식에서 찾을 수 있으며, 다른 부착 내력 모델에 대한 부착 연성 평가에 대한 연구가 추후 필요할 것으로 사료된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.71-81
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• 2009

본 연구에서는 지진에 대해 보강 효과가 뛰어난 비좌굴 가새를 바탕으로 필로티를 가진 중저층 집합주택에 적합한 비좌굴 knee brace에 대해 총 5개의 실험체를 제작하여 실험을 실시하였다. 이는 공간활용이 우수하고 동선이나 시야를 방해하지 않으며, 시공 방법 또한 간단하여 필로티 층을 가진 중저층 건물에 대해 유리하다는 장점을 가지고 있다. 각 실험체의 변수로는 중심코어의 크기, 외부 보강재의 크기, 단부의 크기 및 형태로 정하였으며 실험결과 중심코어의 크기가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 외부 보강재의 크기는 중심코어의 크기에 비해 효과는 미비하나, 파괴거동이나 연성도 측면에서는 영향을 미치는 것으로 나타났다. 실험을 통해 얻어진 힘-변위 그래프는 인장과 압축에서 비교적 안정적인 이력거동을 보였으며 AISC 2005 Seismic Provision 규정에서 제시한 연성도와 에너지 소산능력 측면에서도 충분한 효과를 발휘하였다. 또한 설계 층간 변위비의 2배까지 가력을 실시하였을 때, 가새의 전체 좌굴이나 국부적인 좌굴이 일어나지 않아야 한다는 조항을 만족하는 것으로 나타났다.

• Steel and Composite Structures
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• 제19권5호
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• pp.1167-1184
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• 2015

Despite considerable life casualty and financial loss resulting from past earthquakes, many existing steel buildings are still seismically vulnerable as they have no lateral resistance or at least need some sort of retrofitting. Passive control methods with decreasing seismic demand and increasing ductility reduce rate of vulnerability of structures against earthquakes. One of the most effective and practical passive control methods is to use a shear panel system working as a ductile fuse in the structure. The shear Panel System, SPS, is located vertically between apex of two chevron braces and the flange of the floor beam. Seismic energy is highly dissipated through shear yielding of shear panel web while other elements of the structure remain almost elastic. In this paper, lateral behavior and related benefits of this system with narrow-flange link beams is experimentally investigated in chevron braced simple steel frames. For this purpose, five specimens with IPE (narrow-flange I section) shear panels were examined. All of the specimens showed high ductility and dissipated almost all input energy imposed to the structure. For example, maximum SPS shear distortion of 0.128-0.156 rad, overall ductility of 5.3-7.2, response modification factor of 7.1-11.2, and finally maximum equivalent viscous damping ratio of 35.5-40.2% in the last loading cycle corresponding to an average damping ratio of 26.7-30.6% were obtained. It was also shown that the beam, columns and braces remained elastic as expected. Considering this fact, by just changing the probably damaged shear panel pieces after earthquake, the structure can still be continuously used as another benefit of this proposed retrofitting system without the need to change the floor beam.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제8권5호
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• pp.1186-1191
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• 2007

본 연구는 교차형 와이드 거더를 이용한 건축구조로 최소한의 슬래브 두께로 가능한 최장의 스팬을 확보할 수 있도록 함으로써, 층고를 높이지 않으면서 실내 공간에 자유롭고 다양한 변화를 가져올 수 있도록 하는 것이다. 즉, 본 연구는 교차형 와이드 거더를 응력분포에 따라 일정 간격으로 연속 배치함으로써, 낮은 층고에서 해당 경계 공간을 무주 공간으로 형성시킬 수 있도록 하는 것이다 본 연구의 수치적 타당성을 검토하기 위하여 3차원 횡력 설계가 가능한 프로그램인 Midas Gen을 이용하여 기존의 벽체 시스템과 교차형 Wide Girder에 의한 연성골조 시스템을 해석한 결과, 구조적으로 횡변위 및 층간변위와 바닥의 처짐 등이 기존의 벽체시스템과 비교하여 크게 불리하지 않으며, 전체적인 콘크리트 물량이 기존 벽체시스템과 비슷하며 건축적인 가변성을 확보하는데 큰 장점이 있는 것으로 나타났다.