• 콘크리트학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.451-460
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• 2010

리모델링에는 여러 형태가 있을 수 있다. 그 중 건축주나 리모델링 수행자가 선호하는 방법이 두 개의 주거 공간을 하나로 만들어 평면 확장을 목표로 하는 세대 병합형 리모델링이다. 그러나 이러한 방법을 현재 국내에서 리모델링 대상이 되고 있는 벽식 구조의 아파트에 적용할 경우 주요 횡력 저항 요소인 전단벽에 큰 손상을 가하게 될 수 있다. 그러나 아직 이러한 주요 구조 부재인 철근콘크리트 전단벽에 개구부가 발생할 경우의 명확한 손상 정도를 정의 해주는 연구는 진행되고 있지 않은 실정이다. 현행 ACI 기준은 이러한 철근콘크리트 전단벽 내의 개구부에 대한 명확한 고려 방안을 제시하지 않고 있다. 반면 AIJ 기준은 철근콘크리트 전단벽 내부의 벽체에 대한 고려 방안으로 강도 저감률 $\gamma$를 제시하고 있다. 그러나 이 강도 저감률은 탄성 판 이론으로부터 제시된 것으로 철근콘크리트 부재에 있어서의 강도 저감률을 제대로 표현하지 못하고 있는 실정이다. 그러므로 이 연구에서는 AIJ에서 제시하고 있는 강도 저감률 $\gamma$에 대하여 현재까지 진행되었던 실험 결과에 대한 통계적 분석과 유한요소해석을 통한 변수 분석을 통해 개구부에 의한 강도 저감률에 대한 연구를 수행하였다. 통계적 분석 결과 현재 제시되어 있는 강도 저감률은 개구부의 벽체 면적에 대한 비율만을 변수로 설정하여 그 저감률이 실험 결과보다 크게 나타나고 있었다. 또한 개구부의 형상비를 면적과 통합적으로 고려하며 철근비에 대한 고려를 하지 못하는 것으로 나타났다. 이에, 기존의 실험 결과와 이를 토대로한 유한요소해석을 통한 변수분석을 수행하여 새로운 강도 저감률을 제안하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제16권4호
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• pp.493-517
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• 2003

Attempts at improving beam-column joint performance has resulted in non-conventional ways of reinforcement such as the use of the crossed inclined bars in the joint area. Despite the wide accumulation of test data, the influence of the crossed inclined bars on the shear strength of the cyclically loaded exterior beam-column joints has not yet been quantified and incorporated into code recommendations. In this study, the investigation of joints has been pursued on two different fronts. In the first approach, the parameters that influence the behaviour of the cyclically loaded beam-column joints are investigated. Several parametric studies are carried out to explore the shear resisting mechanisms of cyclically loaded beam-column joints using an experimental database consisting of a large number of joint tests. In the second approach, the mechanical behaviour of joints is investigated and the equations for the principal tensile strain and the average shear stress are derived from joint mechanics. It is apparent that the predictions of these two approaches agree well with each other. A design equation that predicts the shear strength of the cyclically loaded exterior beam-column joints is proposed. The design equation proposed has three major differences from the previously suggested design equations. First, the influence of the bond conditions on the joint shear strength is considered. Second, the equation takes the influence of the shear transfer mechanisms of the crossed inclined bars into account and, third, the equation is applicable on joints with high concrete cylinder strength. The proposed equation is compared with the predictions of the other design equations. It is apparent that the proposed design equation predicts the joint shear strength accurately and is an improvement on the existing code recommendations.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.353-367
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• 2003

이 논문에서는 단조증가하중 하에서 철근콘크리트 전단벽의 수치해석을 위해 개발된 재료모델을 반복하중을 포함한 일반적인 하중 하에서의 구조 거동을 효과적으로 모사하기 위한 해석모델로 확장하여 제안하고 있다. 먼저 재료모델을 구성함에 있어 하중이력에 따라 인장과 압축이 교대로 작용하는 콘크리트는 기본적으로 회전균열모델을 따르는 직교이방성 재료로써 가정하였고, 직교하는 축에 대해 인장과 압축을 오가는 이력곡선을 중심으로 등가의 일축응력-변형률 관계를 정의하였다. 나아가 철근은 평균응력-변형률 개념을 통해 단조증가 상태의 응력-변형률 관계를 구성하였고, 역전된 반복하중으로 인해 발생하는 Bausc-hinger 효과를 고려하여 이력곡선을 정의하였으며, 전단 효과를 고려하기 위해 전단지간 비에 따라 기존에 제안된 이력곡선을 수정하였다. 특히 해석과정의 효율성을 도모하고 변형연화 거동특성 등 일반적인 하중-변위 평형경로를 갖는 철근콘크리트 구조물의 비선형 해석을 위해 arc-length 기법을 도입하였다. 또한 제안된 수치해석모델에 대한 효율성을 검증하기 위해 요소단위의 철근콘크리트 판넬 시험체와 대표적인 전단벽 시험체의 반복하중 이력에 따른 하중-변위 관계 등 전단에 의해 지배를 받는 구조체에 대한 해석 결과와의 비교가 이루어졌다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.93-103
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• 2006

격납건물은 원자로 사고발생시 방사능물질의 외부 유출을 막는 최후의 방벽이므로 가동 중 원전의 격납건물에 대한 안전성평가는 반드시 수행되어야 된다. 이러한 맥락에서 이 논문은 원전 격납건물의 비선형해석을 위해 탄소성 모델을 바탕으로 개발된 8절점 가변형도 쉘 요소와 이를 이용한 구조물의 비선형해석에 대하여 기술하였다. 비선형해석을 위해 콘크리트의 압축거동에 Drucker-Prager 파괴기준을 적용하였고 파괴포락선의 형상을 결정짓는 재료매개변수는 이축응력 실험으로부터 도출하였다. 개발된 쉘 유한요소는 퇴화 고체기법과 횡 전단변형도를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin(RM)가정을 도입하였고 쉘의 두께가 얇거나, 즉 종횡비가 작거나, 균일하지 않은 유한요소망을 사용할 경우 구조물의 강성이 과대하게 평가되는 묶임현상(locking phenomenon)을 제거하기 위해 본 논문에서는 가변형도법을 도입하였다. 개발된 철근콘크리트 쉘 요소의 성능검증을 위해서 벤치마크 테스트를 수행하였고 그 결과 이 논문에서 도출한 유한요소해석 결과는 실험결과와 잘 일치 하였다

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제14권2호
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• pp.171-190
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• 2002

Two cases of design are performed for the hyperbolic paraboloid saddle shell (Lin-Scordelis saddle shell) and the hyperbolic cooling tower (Grand Gulf cooling tower) to check the design strength against a consistent design load, therefore to verify the adequacy of the design algorithm. An iterative numerical computational algorithm is developed for combined membrane and flexural forces, which is based on equilibrium consideration for the limit state of reinforcement and cracked concrete. The design algorithm is implemented in a finite element analysis computer program developed by Mahmoud and Gupta. The amount of reinforcement is then determined at the center of each element by an elastic finite element analysis with the design ultimate load. Based on ultimate nonlinear analyses performed with designed saddle shell, the analytically calculated ultimate load exceeded the design ultimate load from 7% to 34% for analyses with various magnitude of tension stiffening. For the cooling tower problem the calculated ultimate load exceeded the design ultimate load from 26% to 63% with similar types of analyses. Since the effective tension stiffening would vary over the life of the shells due to environmental factors, a degree of uncertainty seems inevitable in calculating the actual failure load by means of numerical analysis. Even though the ultimate loads are strongly dependent on the tensile properties of concrete, the calculated ultimate loads are higher than the design ultimate loads for both design cases. For the cases designed, the design algorithm gives a lower bound on the design ultimate load with respect to the lower bound theorem. This shows the adequacy of the design algorithm developed, at least for the shells studied. The presented design algorithm for the combined membrane and flexural forces can be evolved as a general design method for reinforced concrete plates and shells through further studies involving the performance of multiple designs and the analyses of differing shell configurations.

• 대한토목학회논문집
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• 제38권2호
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• pp.193-202
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• 2018

이 연구는 철근콘크리트 부재에서 사용한계상태 검증 및 내구성능 평가의 요소인 균열폭을 계산하는데 중요한 변수가 되는 균열간격 계산식을 제안한 것이다. 철근콘크리트 부재의 균열거동 해석을 위한 지배방정식이 되는 부착특성을 반영하여 평균균열간격 기본식을 유도하고, 피복두께와 콘크리트 강도의 영향을 고려할 수 있도록 여러 연구자들이 수행한 124개의 직접인장실험에서 측정된 균열간격을 분석하여 각각의 계수를 제안하였다. 그리고, 최대 및 평균 균열간격이 동시에 측정된 80개의 실험체 자료로부터 상관관계 분석을 실시하여 평균균열간격으로부터 최대 균열간격을 간편하게 예측할 수 있는 상관계수를 제안하였다. 제안된 평균균열간격 계산식 및 최대균열간격 상관식에 대해서 현행 설계기준의 규정과 비교를 실시하였다. 비교 결과, 평균균열간격 및 최대균열간격에 대한 제안식은 콘크리트구조기준 및 도로교설계기준(한계상태설계법)의 해당 규정과 비교하여 예측의 정확성 및 신뢰도가 개선됨을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.387-399
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• 2003

현재 국내에서는 벽과 바닥판으로만 이루어진 벽식구조형식이 아파트 건물에 많이 적용되고 있다. 이와 더불어 최근에는 건축 계획적인 필요에 따라서 필로티가 있는 건물이 급격히 늘어나고 있다 이런 건물은 전이보를 기준으로 상부층과 하부층의 구조적 특성의 급격한 변화가 발생하게 된다. 필로티가 있는 벽식건물을 정확하게 해석하기 위해서는 많은 수의 유한요소를 사용하여 구조물을 모형화하는 것이 필요하다. 그러나 구조물 전체를 수많은 요소로 세분하여 해석하는 것은 막대한 해석시간과 기억용량을 필요로 한다. 따라서 본 연구에서는 필로티가 있는 구조물에 효과적으로 적용할 수 있는 해석기법을 제시하고자 한다. 제안된 해석기법은 전이보를 슈퍼요소로 모형화하고, 각 부재 사이의 변형적합조건을 만족시키기 위하여 가상의 보를 사용하였다. 필로티가 있는 여러 가지 유형의 예제 모델을 사용하여 제안된 해석기법의 정확성을 검증하였다.

• Advances in concrete construction
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• 제6권2호
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• pp.177-197
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• 2018

This paper presents a case study about the damages on the structural elements of a cast in place reinforced concrete (RC) building after a big fire which was able to be controlled after six hours. The fire broke off at the $2^{nd}$ basement floor of the building, which has five basements, one ground, and two normal floors. As a result of intensely stocked ignitable materials, it spread out to the all of the upstairs. In visual inspection, most of the typical fire damages were observed (such as spalling, net-like cracks, crumbled plasters, bared or visible reinforcement). Also, failures of the $2^{nd}$ basement columns were encountered. It has been concluded that the severity failures of the columns at the $2^{nd}$ basement caused utterly deformation of the building, which is responsible for the massive damages on the beam-column connections. All of the observed damages were categorized related to the types and presented separated regarding the floors. Besides to the visual inspection, the numerical analysis was run to verify the observed damaged on the building for columns, beams, and the connection regions. It is concluded from the study that several parameters such as duration of the fire, level of the temperature influence on the damages to the RC building. Also, it is highlighted by the study that if the damaged building is considered on the overall structural system, it is not able to satisfy the minimum service requirements neither gravity loads nor earthquake conditions.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권5호
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• pp.149-156
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• 2021

FRP 보강근은 철근-콘크리트 부재의 부식 문제를 해결하기 위해 제안되어왔으나, FRP는 높은 인장강도, 낮은 연성 및 선형 탄성 거동으로 인해 하중이 전달될 때 콘크리트와 보강재 사이의 부착 메커니즘이 다르다. 그러므로, FRP-Rebar와 콘크리트 사이의 부착 거동은 주의 깊게 검토해야 한다. 이를 위해 직접 인발 실험이 간단하게 부착 거동을 평가할 수 있으므로 사용됐으나, 직접인발의 실험 결과는 실제 FRP를 보강근으로 사용한 콘크리트 부재의 휨-부착 거동과 다르다. 그러므로 실제 휨-부착 거동을 평가할 방안이 필요하다. 본 연구에서는 FRP를 보강근으로 사용한 콘크리트 부재의 휨-부착 거동에 대한 평가방법을 검토하고 비교하였다. 그 결과, 겹침이음이 있는 부재의 실험 방법이 실제 휨-부착 특성을 잘 반영할 수 있으나 다른 실험방법보다 시험체의 단면 및 지간이 커야 하고 시험체의 설계 및 해석이 복잡하다. 한편, 아치가 있는 부재 실험은 모멘트 팔길이의 변화를 무시하는 평형 방정식을 기반으로 한 힌지가 있는 부재 실험과 달리 콘크리트의 영향을 반영할 수 있으나, 휨-부착에 의한 파괴 이전에 전단파괴의 우려가 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.223-233
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• 2011

본 논문에서는 수직하중, 풍하중 및 지진하중에 의해 발생하는 변위 관련 구속조건을 만족하면서 RC(Reinforced Concrete) 빌딩 구조의 부피를 최소화하기 위한 설계문제를 정식화하였다. 구조해석 절차 자동화의 어려움으로 인해 실험 계획법과 근사화기법, 최적화기법을 이용한 근사모델기반 최적설계를 수행하였다. 특히, 만족할 만한 설계 결과를 얻을 때까지 설계변수의 범위와 구속조건의 허용값을 조정하는 단계적 최적설계 방법을 제안하였다. 제안된 단계적 최적설계 방법을 통해 주어진 구속조건을 모두 만족하면서 RC 빌딩 구조의 부피를 초기 설계 대비 53.3% 감소시키는 결과를 얻음으로 써 본 논문에서 보인 단계적 최적설계 방법의 타당성을 보였다.