• Structural Engineering and Mechanics
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• 제70권2호
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• pp.221-231
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• 2019

This paper performs for the first time a simultaneous optimization for members sections along with semi-rigid beam-to-column connections for space steel frames with fixed, semi-rigid, and hinged bases using a biogeography-based optimization algorithm (BBO) and a genetic algorithm (GA). Furthermore, a member's sections optimization for a fully fixed space frame is carried out. A real and accurate simulation of semi-rigid connection behavior is considered in this study, where the semi-rigid base connections are simulated using Kanvinde and Grilli (2012) nonlinear model, which considers deformations in different base connection components under the applied loads, while beam-to-column connections are modeled using the familiar Frye and Morris (1975) nonlinear polynomial model. Moreover, the $P-{\Delta}$ effect and geometric nonlinearity are considered. AISC-LRFD (2016) specification constraints of the stress and displacement are considered as well as section size fitting constraints. The optimization is applied to two benchmark space frame examples to inspect the effect of semi-rigidity on frame weight and drift using BBO and GA algorithms.

• Steel and Composite Structures
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• 제18권6호
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• pp.1405-1421
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• 2015

Semi-rigid connections are the actual behavior of beam-to-column connections in steel frames. However, the behavior of semi-rigid connections is not taken into account for the simplicity in the conventional analysis and design of steel frames. A computer-based analysis and design has been studied for the three-dimensional steel frames with semi-rigid connections. The nonlinear analysis which includes the effects of the flexibility of connections is used for this study. It is designed according to the buckling and combined stress constraints under the present loading after the joint deformations and the member end forces of the space frame are determined by the stiffness matrix method. The semi-rigid connection type is limited to the top and bottom angles with a double web angle connection. The Frye-Morris polynomial model is used to describe the non-linear behavior of semi-rigid connections. Various design examples are presented to demonstrate the efficiency of the method. The results of design and analysis of unbraced semi-rigid frames are compared to the results of unbraced rigid frames under the same design requirements.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제73권2호
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• pp.153-165
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• 2020

The effect of soil foundation plays active role in optimum design of steel space frames when included. However, its influence on design can be calculated after a long iterative procedure. So it requires longer computer time and more computational effort if it is done properly. The main purpose of this study is to investigate how these effects can be calculated in more practical way in a shorter time. The effects of semi-rigid column bases are taken into account in optimum design of steel space frames. This study is carried out by using JAYA algorithm which is a novel and practical method based on a single revision equation. The displacement, stress and geometric size constraints are considered in the optimum design. A computer program is coded in MATLAB to achieve corporation with SAP2000-OAPI (Open Application Programming Interface) for optimum solutions. Four different steel space frames including soil structure interaction taken from literature are investigated according to different semi-rigidly supported models depending on different rotational stiffness values. And the results obtained from analyses are compared with the results available in reference studies. The results of the study show that semi-rigidly supported systems in the range of appropriate rotational stiffness values offer practical solutions in a very short time. And close agreement is obtained with the studies on optimum design of steel space frames including soil effect underneath.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권5호
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• pp.535-546
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• 2011

본 연구에서는 다양한 명시적 호장법을 사용하여 공간프레임의 반강접 탄소성 후좌굴 해석을 수행하였다. 이를 위해 이전 연구를 발전시켜 다양한 명시적 알고리즘의 호장법과 명시적, 묵시적 해석법에 동시에 적용 가능한 반강접 탄소성 공간프레임요소를 제안하였다. 다양한 명시적 호장법은 예측단계와 수렴단계에 명시적 해석법인 동적이완법을 적용한 것을 의미한다. 따라서 명시적 호장법에는 명시적(예측단계)-명시적(예측단계) 호장법, 명시적(예측단계)-묵시적(수렴단계) 호장법, 묵시적(예측단계)-명시적(수렴단계) 호장법으로 구분된다. 또한 명시적 호장법에 적용 가능하도록 수정된 반강접 탄소성 공간프레임요소는 오일러리안 유한변형이론에 의해 강체회전변형을 고려하였기 때문에 대변위가 발생하는 기하학적 비선형 문제에 적용될 수 있고, 완전 탄소성 소성힌지 알고리즘에 의한 재료적 비선형성을 고려하였으며, 부재내부에 정적 응축된 회전 및 축방향 성분의 선형 스프링에 의해 접합부 반강접 특성을 반영하였다. 제안된 해석법을 이용하여 검증예제를 수행함으로써 본 연구에서 제안된 다양한 명시적 호장법 및 공간프레임요소의 정확성을 검증한다.

• 한국항해항만학회지
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• 제29권5호
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• pp.389-394
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• 2005

초대형 부유식 구조물의 경우 지진하중보다 파랑하중에 의한 영향이 크게 작용하기 때문에 파랑하중에 의한 하부부체의 변형이 상부구조물에 부가모멘트를 발생시키는 요인이 된다. 이러한 부가모멘트를 저감시키기 위해 본 연구에서는 강접합과 핀접합 사이의 거동을 하는 반강접 접합부를 적용하였다. 초대형 부유식 구조물의 상부구조체에 반강접 접합부를 적용할 경우 보의 부가모멘트를 감소시킬 수 있으며, 더욱 경제적인 설계가 가능하다. 본 논문에서는 4경간 3층 예제구조물에 대하여 파랑하중에 의한 영향을 분석하고, 구조물의 반강접 접합부 적용에 따른 효율성을 검토하였다. 접합부는 각형강관 외-다이아프램 접합부를 적용하였으며 파랑하중에 의한 동적 특성을 분석하기 위하여 시간 이력해석을 수행하였다. 초대형 부유식 구조물의 상부구조물의 경우 파랑하중에 의해서 정하중의 최대모멘트 응답이 강접 구조물에서는 $33\%$ 증가하였으며, 스프링 모델을 이용한 반강접 구조물에서는 $26\%$ 증가하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권5호통권72호
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• pp.683-694
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• 2004

본 논문에서는 접합부의 비선형을 고려한 공간 강뼈대 구조물의 고등해석과 최적설계를 수행하였다. 고등해석은 접합부의 비선형, 기하학적 비선형 및 재료적 비선형을 고려한다. 접합부의 비선형은 Kishi와 Chen이 제안한 3가지 매개변수를 가지는 파워모델을 사용하여 고려하였다. 기하학적 비선형은 안정함수를 사용하여 고려하였으며, 재료적 비선형은 CRC 접선 탄성계수와 포물선 함수를 사용함으로서 고려하였다. 최적화 기법으로는 Choi와 Kim이 제안한 직접탐색법을 사용하였다. 직접탐색법은 LRFD의 상관방정식으로 계산된 값중에서 최대값을 가지는 부재의 크기를 단계별로 증가시키는 방법이다. 목적함수는 구조물의 중량을 사용하였으며, 제약조건식은 구조시스템의 하중-저항능력, 처짐, 층간 수평변위 및 연성요구 조건을 고려하였다. 제안된 방법에 의한 설계결과를 LRFD방법과 비교하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제27권1호
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• pp.63-70
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• 2003

초대형 부유식 구조무？ 상부구조는 육상 구조물과는 달리 파량하중의 영향을 받기 때문에 하부부체의 변형에 의해서 상부구조물에는 부가 모멘트가 크게 발생한다. 이와 같은 부가모멘트의 저감을 위하여 보-기둥 접합부에 반강접의 도입에 관한 연구는 시작단계이며 반강접의 비선형 거동을 고려한 상부구조물의 연구는 초기단계이다. 본 논문에서는 초대형 부유식 구조물의 상부구조물에 정적하중과 진폭의 크기가 다른 파랑하중이 동시에 작용할 경우 강접 골조와 부분적으로 반강접 접합부가 사용된 세 가지 접합부 종류에 대한 2차 탄성해석을 수행하였다. 접합부는 웨브에 더블 앵글을 가진 상하 앵글(TSD) 접합과 확장 엔드 플레이트 접합 그리고 각형강관 외다이아프램 접합부를 적용하였으며 중고층 구조물에 파랑하중이 작용할 경우 반강접 접합부의 위치에 따른 모멘트와 수평변위의 응답특성에 대하여 연구하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.597-608
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• 2009

본 연구에서는 접합부 특성이 고려된 공간프레임의 대변형 탄소성해석법에 관한 내용을 기술한다. 이 해석법은 유한변형을 고려한 대변형 탄성해석법에 기초한 것으로 부재의 재료적 탄소성, 접합부 반강접 특성을 추가적으로 고려하였다. 절점의 유한변형은 오일러의 개념으로 부터 유도되었으며, 부재좌표계에서 계산된 부재변형은 보-기둥식에 대입하여 부재력을 계산하였다. 부재변형은 부재축변형과 휨에 의한 축변형효과를 함께 고려하여 계산하였으며, 부재축력의 휨강성, 비틀림강성에 대한 효과를 고려하여 항복함수를 계산하였다. 재료는 완전 탄소성으로 가정하였고, 항복은 부재 양단부에서 집중하여 발생하는 소성힌지의 개념을 사용하였다. 부재 접합부 반강접 특성은 지수모델이나 선형모델을 적용하였고, 접합부 특성이 고려된 탄소성 후좌굴해석을 수행하기 위해 호장법을 사용하였다. 본 연구내용의 정확성 및 효율성을 검증하기 위해 공간프레임에 대한 해석을 수행하였다.