• Earthquakes and Structures
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• 제19권4호
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• pp.273-286
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• 2020

The pile group foundation is widely used for gravity pier of high-speed railway bridges in China. If a moderate or strong earthquake occurs, the pile-surrounding soil will exhibit obvious nonlinearity and significant pile group effect. In this study, an improved pushover analysis model for the pile group foundation with consideration of pile group effect is presented and validated by the quasi-static test. The improved model uses simplified springs to simulate the soil lateral resistance, side friction and tip resistance. PM (axial load-bending moment) plastic hinge model is introduced to simulate the impact of the axial force changing of pile group on their elastic-plastic characteristics. The pile group effect is considered in stress-stain relations of the lateral soil resistance with a reduction factor. The influence factors on nonlinear characteristics and plastic hinge distribution of the pile group foundation are discussed, including the pier height, longitudinal reinforcement ratio and stirrup ratio of the pile, and soil mechanical parameters. Furthermore, the displacement ductility factor, resistance increase factor and yielding stiffness ratio are provided to evaluate the seismic performance of soil-pile system. A case study for the pile group foundation of a railway simply supported beam bridge with a 32 m-span is conducted by numerical analysis. It is shown that the ultimate lateral force of pile group is not determined by the yielding force of the single one in these piles. Therefore, the pile group effect is essential for the seismic performance evaluation of the railway bridge with pile group foundation.

• 대한조선학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.117-124
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• 1991

본 논문에서는 편면 보강판의 압축 강도 해석 시, 유한 요소법의 비경제성을 극복하기 위하여, 붕괴 양식을 가정하고, 각 붕괴 양식에 대해 압축 강도를 구하였다. 최종 강도는 탄성 대변형 해석 곡선과 소성 붕괴를 가정하여 얻은 소성 해석 곡선과의 교점으로 택하였다. 기존의 연구와는 달리 소성 붕괴선의 형상을 변경시켜 최소의 강도 값을 주는 교점을 최종 강도로 택하였다. 최소 강비는 가정한 붕괴 양식의 교점으로 부터 얻어질 수 있다. 탄성 해석에서는 좌굴 파형을 가정하고, 보강재의 비대칭으로 인한 편심 모우멘트를 고려하였으며, 평형 조건식은 Rayleigh-Ritz법을 이용하여 유도하였다. 소성 해석 시에는 고성 붕괴선을 가정하여 소성 붕괴 조건식을 유도하였다. 좌굴과 최종 강도 계산 결과를 유한 요소법에 의한 결과와 비교한 결과, 양호한 일치를 보였다.

• Computers and Concrete
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• 제31권5호
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• pp.419-432
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• 2023

Beam-column joints are a critical component of reinforced concrete frame structures. They are responsible for transferring forces between adjoining beams and columns while limiting story drifts and maintaining structural integrity. During severe loading, beam-column joints deform significantly, affecting, and sometimes governing, the overall response of frame structures. While most failure modes for beam and column elements are commonly considered in plastic-hinge-based global frame analyses, the beam-column joint failure modes, such as concrete shear and reinforcement bond slip, are frequently omitted. One reason for this is the dearth of published guidance on what type of hinges to use, how to derive the joint hinge properties, and where to place these hinges. Many beam-column joint models are available in literature but their adoption by practicing structural engineers has been limited due to their complex nature and lack of practical application tools. The objective of this study is to provide a comparative review of the available beam-column joint models and present a practical joint modeling approach for integration into commonly used global frame analysis software. The presented modeling approach uses rotational spring models and is capable of modeling both interior and exterior joints with or without transverse reinforcement. A spreadsheet tool is also developed to execute the mathematical calculations and derive the shear stress-strain and moment-rotation curves ready for inputting into the global frame analysis. The application of the approach is presented by modeling a beam column joint specimen which was tested experimentally. Important modeling considerations are also presented to assist practitioners in properly modeling beam-column joints in frame analyses.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.325-334
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• 2010

본 연구에서는 반강접 접합부 배치에 따른 구조물 거동특성을 파악하기 위하여 KBC2005 건축구조설계기준으로 비가새 5층 철골 구조물을 설계하여 모든 접합부를 완전 강접합부과 반강접 접합부로 이상화한 경우 그리고 반강접 접합부를 수직배치 및 수평배치한 경우에 대하여 푸쉬오버 구조해석을 실시하였다. 철골 보 및 기둥의 모멘트-곡률관계는 화이버모델을 이용하여 확인하였으며 반강접 접합부의 모멘트-회전각 관계는 3-매개변수 파워모델을 이용하여 나타내었다. KBC2005 등가정적횡하중을 받는 2차원 구조물에 대한 푸쉬오버 구조해석을 실시하여 지붕충변위, 밑면전단력, 접합부 요구연성도, 소성힌지 발생순서 그리고 초과강도계수, 연성계수, 반응수정계수와 같은 설계계수 등을 확인하였다. 반강접 접합부를 부분적으로 사용하면 모든 접합부에 반강접 접합부를 사용한 골조 보다 큰 강도 및 강성도를 확보 할 수 있었고 모든 접합부에 강접 접합부를 사용한 골조 보다 큰 연성능력을 확보할 수 있었다. 초과강도계수는 기준과 비슷하였지만 반응수정계수는 기준 보다 훨씬 큰 값을 보였다. TSD 접합부는 예제 구조물에서 경제성과 안전성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권6A호
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• pp.513-523
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• 2010

I-거더 형식의 연속교 교각 부근에서는 큰 부모멘트가 작용하게 되며 이로 인하여 소성힌지가 생성된다. 소성힌지가 형성됨에 따라 교각 부근의 부모멘트는 감소하게 되며, 정모멘트부의 휨모멘트는 반대로 증가하게 된다. 이러한 모멘트 재분배가 원활히 발생하기 위해서는 소성힌지가 충분한 휨연성 혹은 단면회전 능력을 가지고 있어야 한다. 하지만 고강도 강재에 있어 재료연성이 다소 떨어지는 경향이 있고, 재료의 항복응력이 증가할수록 I-거더의 탄성 변형량은 이에 비례하여 증가하므로, 소성변형 능력 및 휨연성이 감소하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 고강도 강재를 I-거더 형식의 연속교에 적용할 때 동일한 수준의 휨연성을 확보할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 유한요소해석 및 실험 연구를 통하여 항복강도 680 Mpa급 강재 적용 I-거더의 휨연성 평가 및 휨연성 확보 방안에 대하여 연구를 수행하였다. 연구 결과 재료의 인장 강도가 증가함에 따라 탄성 변형이 증가하며 소성 변형 능력이 저하됨으로 I-거더의 휨연성이 현저하게 감소하는 것으로 나타났으며, I-거더의 휨연성 확보를 위하여 부등간격으로 가로보를 배치하는 방안을 제안하였다. 최종적으로 가로보부등배치가 I-거더의 휨연성에 미치는 영향을 실험적으로 검증하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.153-158
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• 2020

본 논문에서는 부분 CFST (concrete-filled steel tube) 기둥에 대한 수치해석적 저항력 평가 방법에 대해 소개하고 있다. 기존 RC(reinforced concrete) 기둥에서 소성힌지가 발생할 것으로 예상되는 부분을 강관으로 보강함으로써 완전 CFST 기둥보다는 적은 재료를 사용하여 비슷한 휨 모멘트 저항력을 가지는 부분 CFST 기둥의 디자인 컨셉을 제시하였다. 부분 CFST 기둥에서 외부 강관과 내부 콘크리트 사이의 계면에서 거동을 수치해석적으로 모사하기 위해 개선된 부착슬립모델을 적용한 유한요소모델을 구축하고, 이중곡률 휨-압축시험결과와 비교를 통해 타당성을 검증하였다. 검증된 수치모델을 바탕으로 매개변수 연구를 통해서 P-M 상관도를 그려 단면 조건에 따른 최대 저항력을 평가하였다. 또한, 강관 두께별로 필요 보강길이를 산출하고, 보강 조건에 따른 부분 CFST 기둥에서의 파괴메커니즘을 분석하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권3호
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• pp.357-365
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• 2011

저층 장스팬 철골프레임에는 강재절감을 위해 휨모멘트 저항을 극대화 한 판폭두께비가 큰 변단면 부재를 이용한 PEB시스템을 사용하고 있다. 과다한 외력에 의해 PEB시스템의 붕괴에 대한 안정성을 파악하기 위해서는 변단면 부재의 좌굴거동에 관한 실험 및 해석적 예측은 중요하다. 이에 본 연구에서는 변단면의 판폭(춤)두께비(d/t)와 변단면비를 주요 변수로 한 변단면 부재에 대한 실대형 실험을 행하였다. 현행 설계기준, 수정된 Yoda 모델을 이용한 소성힌지해석 및 유한요소해석으로 예측한 초기강성, 내력 및 모멘트-회전각관계에 대해서 실험결과와 비교하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.299-311
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• 2003

점진적 소성화를 고려한 공간뼈대구조의 극한강도를 평가하기 위한 비선형 유한요소 해석법을 제시한다. 유한한 회전각의 2차항 까지 고려된 개선된 변위장을 도입하여 결과적으로 축력뿐만 아니라 휨모멘트 그리고 비틂모멘트에 의한 비선형 효과를 모두 고려한다. 탄-소성 해석을 위하여 소성힌지 개념을 도입하고 비선형 해석방법으로 하중 및 변위증분법을 이용한다. 잔류응력 분포에 의거한 초기항복함수를 정의하고 축력뿐만 아니라 모멘트의 함수로 표현되는 소성영역함수를 사용하여 flow rule과 normality condition을 적용하여 탄-소성 강도매트릭스를 도출한다. 계산시간이 빠른 기존의 소성힌지 해석기법을 사용하는 동시에 소성영역의 진전효과를 효율적으로 나타내었다. 요소의 소성화 진행정도를 나타내는 파라미터를 도입하고 여러 가지 강도감소모델을 사용하여 극한해석을 수행하여 그 결과를 소성영역해석, 쉘요소를 이용한 정밀해석 그리고 실험결과와 비교하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권3호
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• pp.283-292
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• 2009

공력면의 전개 거동을 지배하는 미분방정식을 적분 형태를 바꾸어 전개 가능한 조건을 유도하여 전개에 필요한 힌지 토크를 추산할 수 있는 방정식을 얻었다. 방정식의 해는 주어진 전개 조건과 공력 조건에 대해 전개가 가능하기 위하여 전개 장치에 저장되어야 할 최소의 전개 에너지이며 방정식을 풀기위하여 공력과 중력, 마찰력 등 공력면에 작용하는 모멘트의 적분을 계산하여야 한다. 공력 롤 감쇠와 마찰력과 같은 비가역적 현상에 대한 적분을 수행하기 위하여 몇가지 가정과 모델링이 필요하였으며 특히 공력 롤 감쇠의 적분을 위하여 전개 각속도를 전개각만의 함수로 표현되도록 모델링하였고 이는 전개 과정에서 나타날 수 있는 최대 각속도와 형태를 가정함으로써 가능하였다. 방정식 풀이와 전개 각속도의 모델을 위하여 전개 에너지를 대표하는 이상 전개 각속도를 정의하였으며 최소의 전개 에너지를 구하는 방정식은 이상 전개 각속도에 대한 이차 방정식으로 표현된다. 제안된 추산법을 검증하기 위하여 여러 가지 전개 조건과 공력 조건에 대하여 최소 전개에너지를 추산하고 기 개발된 전개 거동 모사 프로그램을 이용하여 여러 형태의 전개 토크 형태에 대하여 추산 결과의 타당성을 비교 검토하였다.

• Earthquakes and Structures
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• 제9권2호
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• pp.353-373
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• 2015

In this paper, the effects of different types of irregularity along the height on the seismic responses of moment resisting frames are investigated using nonlinear dynamic analysis. Furthermore, the applicability of consecutive modal pushover (CMP) procedure for computing the seismic demands of vertically irregular frames is studied and the advantages and limitations of the procedure are elaborated. For this purpose, a special moment resisting steel frame of 10-storey height was selected as reference regular frame for which the effect of higher modes is important. Forty vertically irregular frames with stiffness, strength, combined-stiffness-and-strength and mass irregularities are created by applying two modification factors (MF=2 and 4) in four different locations along the height of the reference frame. Seismic demands of irregular frames are computed by using the nonlinear response history analysis (NL-RHA) and CMP procedure. Modal pushover analysis (MPA) method is also carried out for the sake of comparison. The effect of different types of irregularity along the height on the seismic demands of vertically irregular frames is investigated by studying the results obtained from the NL-RHA. To demonstrate the accuracy of the enhanced pushover analysis methods, the results derived from the CMP and MPA are compared with those obtained by benchmark solution, i.e., NL-RHA. The results show that the CMP and MPA methods can accurately compute the seismic demands of vertically irregular buildings. The methods may be, however, less accurate especially in estimating plastic hinge rotations for weak or weak-and-soft top and middle storeys of vertically irregular frames.