• Steel and Composite Structures
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• 제52권2호
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• pp.145-163
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• 2024

This paper presents six novel hybrid machine learning (ML) models that combine support vector machines (SVM), Decision Tree (DT), Random Forest (RF), Gradient Boosting (GB), extreme gradient boosting (XGB), and categorical gradient boosting (CGB) with the Harris Hawks Optimization (HHO) algorithm. These models, namely HHO-SVM, HHO-DT, HHO-RF, HHO-GB, HHO-XGB, and HHO-CGB, are designed to predict the ultimate strength of both rectangular and circular reinforced concrete (RC) columns. The prediction models are established using a comprehensive database consisting of 325 experimental data for rectangular columns and 172 experimental data for circular columns. The ML model hyperparameters are optimized through a combination of cross-validation technique and the HHO. The performance of the hybrid ML models is evaluated and compared using various metrics, ultimately identifying the HHO-CGB model as the top-performing model for predicting the ultimate shear strength of both rectangular and circular RC columns. The mean R-value and mean a20-index are relatively high, reaching 0.991 and 0.959, respectively, while the mean absolute error and root mean square error are low (10.302 kN and 27.954 kN, respectively). Another comparison is conducted with four existing formulas to further validate the efficiency of the proposed HHO-CGB model. The Shapely Additive Explanations method is applied to analyze the contribution of each variable to the output within the HHO-CGB model, providing insights into the local and global influence of variables. The analysis reveals that the depth of the column, length of the column, and axial loading exert the most significant influence on the ultimate shear strength of RC columns. A user-friendly graphical interface tool is then developed based on the HHO-CGB to facilitate practical and cost-effective usage.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.351-365
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• 2002

현재 국내에서는 벽체와 바닥판으로만 구성된 벽식 구조형식의 아파트 건물이 많이 사용되고 있다. 또한 청력에 대한 저항이 뛰어나기 때문에 전단벽 코어를 갖는 입체골조구조물이 고층 빌딩의 구조시스템으로 자주 이용된다. 기능적인 이유로 인해 이러한 구조물들의 전단벽에는 하나 또는 여러 개의 개구부가 발생하게 된다. 개구부가 있는 전단벽을 정확하게 해석하기 위해서는 여러 개의 유한요소를 사용하여 구조물을 세분모형화하는 것이 필요하다. 그러나, 전체 구조물을 유한요소로 세분하여 모형화하는 것은 막대한 해석시간과 컴퓨터 메모리를 소요하게 된다. 개구부의 수, 크기, 위치에 상관없이 적용할 수 있는 효율적인 해석기법이 본 논문에서 제안되었다. 제안된 해석기법에서는 슈퍼요소와 부분구조, 행렬응축, 가상보 등을 이용하였고 제안된 해석기법의 효율성을 검증하기 위해 벽식구조물과 전단벽 코어를 갖는 입체골조구조물의 3차원 해석이 수행되었다. 예제구조물의 해석을 통해 제안된 해석기법이 해석시간과 컴퓨터메모리를 크게 감소시키고, 정확한 해석결과를 얻을 수 있음이 확인되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.21-34
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• 2008

이 논문에서는 철근콘크리트 프레임 구조물을 대상으로 직접탐색기법을 도입하여 보다 개선된 유전자 알고리즘을 이용한 최적설계 기법을 제안하고 있다. 먼저 유전자 알고리즘을 이용하여 다양한 초기 가정 단면을 발생시키고, 이로부터 도출되는 각 설계 부재력 조건에 대해 미리 구성한 설계 단면 데이터베이스(DB)를 기반으로 회귀분석과 직접탐색을 이용하여 최적해를 도출한 후 여러 세대에 걸쳐 누적된 결과로부터 전역 최적해(global minimum)를 선택하였다. 제안된 알고리즘은 일반적인 유전자 알고리즘만을 이용할 경우 전역 최적해에 도달하기까지 수렴성이 떨어져서 그 결과 해의 적합도(Fitness)가 저하되는 단점을 보완하여 빠른 수렴성과 함께 최종해의 경제성에서도 향상된 결과를 보인다. 또한, 작용 하중 조건 하에서 전 부재가 최대의 효율로 저항함으로써 보다 경제적인 설계가 되도록 하기 위하여 비선형 해석을 수행하여 도출된 부재력을 바탕으로 설계 단면을 결정하였으며, 제안된 알고리즘을 예제 구조물에 적용하여 그 효율성을 검증하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제83권6호
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• pp.811-824
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• 2022

Despite its disadvantages, soft story can reduce the damage to the upper floors by concentrating drift in that specific story provided that large drifts are avoided. Gapped-Inclined Brace (GIB) with reduced P-delta effects and the control of soft story stiffness makes it possible to take advantage of the soft story in buildings and increase their capacity for energy dissipation. OpenSees software is used in this study to validate and modify the GIB model's shortcomings. Also, the analysis method for this element is changed for design. The modified element is evaluated in 3D analysis. Finally, to retrofit an existing building, this element is used. Based on the Iranian seismic code, a six-story reinforced concrete building is modelled and studied with 3D analysis. In this building, the construction shortcomings and elimination of infills on the ground floor cause the formation of a soft story. Results of nonlinear static analysis, nonlinear dynamic, and incremental dynamic analysis using both components of seismic acceleration applied to the structure at different angles and the fragility curves indicate the improvement of the retrofitted structure's performance using the modified element to reach the required performance level following the retrofit code.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.89-98
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• 2022

The recent earthquake in Korea caused a lot of damage to reinforced concrete (RC) columns with non-seismic details. The nonlinear analysis enables predicting the hysteresis behavior of RC columns under earthquakes, but the analytical model used for the columns must be accurate and practical. This paper studied the nonlinear analysis models built into a commercial structural analysis program for the existing RC columns. The load-displacement relationships, maximum strength, initial stiffness, and energy dissipation predicted by the three analysis models were compared and analyzed. The results were similar to those tested in the order of the fiber, Pivot, and Takeda models, whereas the fiber model took the most time to build. For columns subjected to axial load, the Pivot model could predict the behavior at a similar level to that of the fiber model. Based on the above, it is expected that the Pivot model can be applied most practically for existing RC columns.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.621-628
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• 2005

최근 고성능 콘크리트의 경우 자기수축으로 인해 발생되는 초기균열에 대한 관심이 커지고 있다. 본 논문의 목적은 고성능 콘크리트의 자기수축 예측모델의 제안 및 이를 통한 철근콘크리트 부재의 휨 거동 영향 분석에 있다. 이를 위해 물-결합재비가 $30\%$이고 광물질 혼화재의 종류 및 치환율을 변수로 한 자기수축 실험을 수행하였다. 실험 결과 플라이애쉬를 혼입한 고성능 콘크리트의 자기수축은 OPC 콘크리트의 경우에 비해 감소하였으며, 고로슬래그미분말 및 실리카퓸을 치환한 경우에는 증가하였다. 실험 결과에 대한 회귀분석을 통해 광물질 혼화재를 혼입한 고성능 콘크리트의 자기수축 예측식을 수정 제안하였으며, 제안된 자기수축 예측식은 실험 결과와 비교적 일치하였다. 본 연구에서 제안된 유한요소해석 프로그램은 자기수축을 고려한 휨 해석을 가능하도록 하였으며, 이를 이용한 구조해석 결과 철근콘크리트 구조물의 자기수축을 고려한 휨 응력은 자기수축을 고려하지 않은 경우와 비교하여 $20\~27\%$ 정도 크게 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.569-576
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• 2011

본 논문에서는 비선형정적해석 방법을 이용하여 기존의 연쇄붕괴 선형정적해석 절차에 수반되는 반복과정을 자동으로 수행하면서도 선형해석 결과와 동일한 결과를 나타내는 새로운 연쇄붕괴 해석절차를 제안하였다. 제안된 해석절차는 GSA 기준에 규정된 기존 선형정적해석법의 단점인 반복적 해석작업 및 그 과정에서 발생할 수 있는 시간과 오류의 가능성을 최소화하여 해석결과의 신뢰성을 확보가 있는 선형정적해석 절차이다. 제안된 해석절차를 검증하기 위하여 철근콘크리트 모멘트골조 및 철골 가새골조의 최하층 기둥부재를 제거한 후 기존 해석법과 제안 해석법을 적용하고 그 결과를 비교 분석하였다. 해석결과에 따르면 제안된 해석절차는 구조물의 붕괴여부의 판정 및 힌지 분포에 있어서 기존의 선형정적해석과 동일한 결과를 나타내었으며, 반복해석 과정이 불필요하므로 기존 해석법에 비하여 매우 짧은 시간에 해석을 수행할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.71-79
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• 2020

In this paper, the hybrid prefabricated retrofit method that improve structural performance and reduce construction period was developed by using a finite element analysis. The hybrid prefabricated retrofit method consist of a Z-shaped side plate, a L-shaped lower plate, and a bottom plate containing an steel plate with openings. This shape has advantage that a retrofit method is possible regardless of the size of the beams and a follow-up process such as reinforcement bars placing are not required. The finite element analysis of hybrid Prefabricated retrofit method showed the most ideal stress distribution when the thickness of bottom plate was 10mm, the thickness of the L-shaped lower plate was 5mm, the thickness of the Z-shaped side plate was 2.5mm, and the bolt spacing was 200mm. The bending strength equation of Hybrid prefabricated retrofit method was proposed through the plastic stress distribution method in KDS 41 31 00. The result of Comparison the proposed equation with the finite element analysis, it is determined that the design of hybrid prefabricated retrofit method is possible through the KDS 41 31 00.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제55권5호
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• pp.1015-1035
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• 2015

A three-dimensional (3D) numerical analysis for the train-bridge interaction (TBI) system is actively developed in this study in order to investigate the vibration characteristics of rigid-frame reinforced concrete (RC) viaducts in both vertical and lateral directions respectively induced by running high-speed trains. An analytical model of the TBI system is established, in which the high-speed train is described by multi-DOFs vibration system and the rigid-frame RC viaduct is modeled with 3D beam elements. The simulated track irregularities are taken as system excitations. The numerical analytical algorithm is established based on the coupled vibration equations of the TBI system and verified through the detailed comparative study between the computation and testing. The vibration responses of the viaducts such as accelerations, displacements, reaction forces of pier bottoms as well as their amplitudes with train speeds are calculated in detail for both vertical and lateral directions, respectively. The frequency characteristics are further clarified through Fourier spectral analysis and 1/3 octave band spectral analysis. This study is intended to provide not only a simulation approach and evaluation tool for the train-induced vibrations upon the rigid-frame RC viaducts, but also instructive information on the vibration mitigation of the high-speed railway.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.587-594
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• 2005

최근 판상형 전단벽식 아파트 건물의 고층화와 필로티 설치는 지진발생시 벽량부족현상과 약층 및 연약층을 발생시켜 그 층에서 비탄성 거동이 집중되는 우려가 있다. 본 연구에서는 필로티를 갖는 철근콘크리트 전단벽식 건물에 대하여 FEMA 273과 ATC-40에서 제안하고 있는 성능평가기법을 이용하여 내진성능평가를 실시하고, 그 결과를 비교$\cdot$고찰하였다. 탄성해석을 이용한 내진성능평가 결과, 필로티와 층수에 따라 내진성능지수가 감소되는 것으로 나타났다. 전단벽식 구조물의 경우 강도, 즉 전단응력의 부족 현상이 전체 성능을 지배하고 있었으며, 특히 25층 이상의 경우 그 정도가 더욱 심한 것으로 나타났다. 특히 필로티가 있는 건물에서는 전단응력의 부족과 더불어 약층 및 층 중량 변화가 성능지수의 감소를 초래하고 있어 필로티가 없는 건물에 비하여 성능지수의 감소 경향이 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 능력스펙트럼을 이용한 비선형정적해석 결과, 층수가 증가하고 필로티가 있는 구조물일수록 성능점이 증가하고 있는 것으로 나타났으며, 평가대상 건물들의 대부분 변형 특성은 인명안전수준에서 허용치를 만족하고 있는 것으로 나타났으나, 25층 이상의 경우 즉시거주 요구수준을 초과하는 것으로 나타났다.