• 한국전산구조공학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.211-216
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• 2008

최근 구조물의 국부적인 손상이 전체적인 붕괴로 이어지는 연쇄붕괴 현상에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연쇄붕괴에 관한 기존의 연구는 대부분 해석변수의 불확실성을 포함하지 않는 확정론적인 방법이므로, 해석결과에 대한 신뢰도를 알 수 없다. 본 논문에서는 재료의 항복강도, 활하중의 크기, 감쇠비, 탄성계수 등치 설계변수들이 기둥이 제거됨에 따라 발생하는 수직변위에 영향을 미치는 민감도를 분석하였다. 이를 위하여 몬테카를로 시뮬레이션, 일계이차법, 토네이도 다이어그램의 세 가지 해석기법을 적용하였다. 비선형정적 해석결과에 의하면 난수로 설정한 해석변수들 중에서 보의 항복강도가 수직변위의 변동폭이 가장 컸으며, 비선형동적해석의 경우 보의 항복강도와 감쇠비가 서로 유사한 변동폭을 가지는 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권4호
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• pp.503-514
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• 2011

본 연구에서는 콘크리트채움 U형 합성보와 H형강 기둥 십자형 합성접합부의 내진상세를 제시하고, 2개의 실물대 실험체를 설계/제작하여 강구조내진기준의 표준실험절차에 따라 내진성능을 평가하였다. 주요 실험체 구성요소는 춤 450mm(실험체 A) 및 550mm(실험체 B) U형 강재보, 두께 165mm의 골데크플레이트 위에 타설된 콘크리트 바닥슬래브, U형보의 완전합성작용을 하기 위한 전단스터드, 부모멘트 전달을 위한 4개의 주철근 및 H형강 기둥에 정착을 위한 용접커플러 그리고 접합부 보강을 위한 보강판으로 구성된다. 순수 강재 보-기둥 접합부와 상이한 U형 합성접합부의 독특한 특성을 고려하여, 지진하중 하에서 내진성능에 결정적 영향을 미치는 보-기둥 접합부의 용접부 취성파단, 강판의 국부좌굴, 주철근의 휨좌굴, 콘크리트 압괴 등의 한계상태가 적절히 제어되도록 실험체를 설계하였다. 강구조내진기준의 지진하중 가력프로그램에 따른 실험결과, 설계에서 의도한 바와 같이 여러 한계상태가 적절히 제어되어 실험체 A 및 B는 각각 6% 및 6.8% 라디안에 이르는 매우 뛰어난 층간변형능력을 발휘하였다. 이는 특수모멘트골조에 요구되는 4% 라디안 수준을 충분히 상회하는 만족스런 층간변형능력이다. 특히 접합부 강화전략에 의해 제안된 합성접합부 상세는 설계에서 의도한 것과 같이 소성힌지를 보강단부로서 밀어냄으로서 취약할 수 있는 보-기둥 용접접합부를 효과적으로 보호하였다. 실험체 A의 최종 파괴모드는 6.0% 층간변위에서 발생한 보강단부에 인접한 냉간성형 코너부의 점진적 저사이클피로에 의한 하부플랜지의 파단에 의해 발생하였다. 한편, 실험체 B는 8.0%의 높은 수준의 층간변위에서 발생한 볼트이음부 파단에 의해 내력을 상실하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제7권2호
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• pp.29-37
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• 2003

본 연구에서는 지진하중에 의하여 철골 모멘트저항골조(MRF)와 좌굴이 방지된 가새골조(BRBF) 그리고 힌지로 접합된 좌굴이 방지된 가새골조(HBRBF)에서 발생하는 층별 이력에너지의 분포에 대하여 고찰하였다. 예제 구조물의 에너지 요구량을 산정하기 위하여 다른 지반조건에서 계측된 60개의 지진기록을 사용하였다. 해석결과에 따르면 MRF와 BRBF에서의 이력에너지는 밑면에서 최대가 되고 상부층으로 갈수록 점진적으로 감소하여, 상부층에서는 부재의 이력거동이 거의 발생하지 않았다. 그러나 HBRBF에서의 층별 이력에너지는 구조물의 높이에 따라 상대적으로 균등하게 분포하였으며, 이러한 경우 손상이 한 층에 집중적으로 발생하지 않아 다른 시스템에 비하여 보다 바람직하다고 할 수 있다. 연암 지반, 연약한 토사, 단층 근처의 지반 조건에 따른 에너지의 분포형태는 거의 동일하게 나타났다.

• Advances in nano research
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• 제13권3호
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• pp.285-295
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• 2022

Creation of plastic deformation under seismic loads, is one of the most serious subjects in RC structures with steel bars which reduces the life threatening risks and increases dissipation of energy. Shape memory alloy (SMA) is one of the best choice for the relocating plastic hinges. In a challenge to study the seismic response of concrete moment resisting frame (MRF), this article investigates numerically a new type of concrete frames with nano fiber reinforced polymer (NFRP) and shape memory alloy (SMA) hinges, simultaneously. The NFRP layer is containing carbon nanofibers with agglomeration based on Mori-Tanaka model. The tangential shear deformation (TASDT) is applied for modelling of the structure and the continuity boundary conditions are used for coupling of the motion equations. In SMA connections between beam and columns, since there is phase transformation, hence, the motion equations of the structure are coupled with kinetic equations of phase transformation. The Hernandez-Lagoudas theory is applied for demonstrating of pseudoelastic characteristics of SMA. The corresponding motion equations are solved by differential cubature (DC) and Newmark methods in order to obtain the peak ground acceleration (PGA) and residual drift ratio for MRF-2%. The main impact of this paper is to present the influences of the volume percent and agglomeration of nanofibers, thickness and length of the concrete frame, SMA material and NFRP layer on the PGA and drift ratio. The numerical results revealed that the with increasing the volume percent of nanofibers, the PGA is enhanced and the residual drift ratio is reduced. It is also worth to mention that PGA of concrete frame with NFRP layer containing 2% nanofibers is approximately equal to the concrete frame with steel bars.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권6호
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• pp.711-722
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• 2011

횡보강근이 적게 포함된 보통강도 철근콘크리트 보-기둥 접합부에서 강섬유의 보강효과에 관한 실험적 연구를 진행하였다. 이를 규명하기 위해 총 10개의 접합부 실험체를 제작하였으며, 접합부 횡보강근량과 강섬유 혼입률($V_f$ = 0%, 1%, 1.5%)을 주요변수로 실험하였다. 실험은 총 19싸이클의 반복주기하중의 형태로 가력되었으며 각 싸이클의 반복회수는 2싸이클씩 준정적 지진하중의 형태로 적용되었다. 실험 결과를 통해 보통 강도 철근콘크리트 보-기둥 접합부에 강섬유를 보강함으로써 횡보강근 감소에 따른 피해정도를 어느 정도 줄일 수 있다는 결론을 얻었고, 또한 강섬유 보강으로 접합부 전단강도를 증가시킬 수 있고 동시에 에너지소산능력을 향상시킬 수 있다는 결론을 도출하였다. 보다 정량적인 평가를 위해 이 연구의 시험체들과 기존의 보-기둥 접합부 RC 시험체들에서 측정된 최대 접합부 전단강도값과 ACI 352R-02의 설계기준식, Jiuru et al.의 제안식, 그리고 Kim et al.의 제안식을 비교 분석하였다. 이러한 분석 결과 Jiuru et al.의 전단강도 제안식이 실험 결과를 과대평가하는데 반해 Kim et al.의 전단강도 제안식은 모든 시험체에 대해 안정적인 결과와 적은 오차범위를 나타내었다. 따라서, 이 연구를 바탕으로 해서 적절한 접합부 배근상세와 함께 강섬유 보강 철근콘크리트 보-기둥 접합부에 대한 추가적인 연구가 진행된다면, 횡보강근의 감소를 통한 시공의 어려움 해소 및 내진성능의 향상이 가능할 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권4호
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• pp.363-375
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• 2015

본 연구에서는 탄성변형 에너지를 이용하는 충격실험장치인 변형에너지 충격시험장치(SEFIM)의 변형률 속도를 증가시키기 위하여, 탄성변형 에너지가 저장되는 에너지 프레임의 직경 및 재질을 다르게 하여 그 영향을 조사하였다. 현재 강재를 에너지 프레임의 재질로 사용한 SEFIM의 발현 가능한 변형률 속도범위는 10-40 /sec까지이지만, 에너지 프레임의 재질과 직경을 다르게 하여 충격 시 변형률 속도가 72 /sec까지 증가되었다. 충격실험에 사용된 HPFRCCs는 장섬유 1%와 단섬유 1%를 함께 초고강도 콘크리트에 혼입하였다. 정적 변형률 속도에서 뿐만 아니라, 네 가지 종류의 에너지 프레임을 사용한 높은 변형률 속도(14-72 /sec)에서도 변형경화 거동을 나타내었다. 에너지 프레임의 직경을 기존의 35 mm에서 25 mm로 작게 변경함에 따라서 변형률 속도가 증가하였으며, 에너지 프레임 재질을 강재, 알루미늄 그리고 티타늄으로 변경함에 따라, 강재보다 높은 탄성파 속도를 가지고 많은 크기의 탄성변형 에너지를 저장할 수 있는 티타늄 합금을 사용한 경우 더욱 높은 변형률 속도(72 /sec)를 생성하였다. 알루미늄 재질의 에너지 프레임의 경우 충격실험 시 작용되었던 응력으로 인해 탄성영역을 벗어나 소성변형을 일으켜 파단되어 본래 가지고 있던 성질을 발현하지 못하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.875-888
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• 2013

최근에는 초탄성 형상기억합금을 구조물 일부에 설치하여 지진과 같은 외부 충격하중으로 인해 발생되는 영구적인 소성 변형을 줄이고 자동치유가 가능한 변위제어 시스템을 개발하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 초탄성 형상 기억합금은 상당량의 변위를 가하더라도 별도의 열처리 없이도 상온에서 단지 하중만을 제거하여도 원형으로 복원이 가능한 독특한 합성 금속재료이다. 뼈대 구조물에서 변형이 집중이 되는 부위에 기존에 사용된 강재를 대신하여 초탄성 형상기억합금을 사용한다면 시스템의 복원 효과를 극대화 시킬 수 있다. 따라서 본 연구는 내진성능이 우수한 좌굴방지 가새프레임에 초탄성 형상기억합금 소재를 접목시킨 새로운 구조 시스템을 제안하고 자 한다. 본 연구에서 제안된 구조시스템의 성능을 검증하기 위하여 현재 사용되는 설계코드를 참고하여 6층의 가새프레임 빌딩을 설계를 하고 2차원적인 유한요소 프레임 모델에 각각의 지진 위험도 레벨의 가속도 데이터를 사용하여 비선형 동적 해석을 실시하였다. 해석결과를 바탕으로 초탄성 형상기억합금 가새시스템을 사용한 프레임 구조물과 기존의 가새시스템을 성능적인 측면에서 서로 비교하였다. 해석결과는 지진하중 이후에 초탄성 형상기억합금 가새시스템은 구조물에 잔류 처짐을 감소하는데 매우 효율적임을 보여주고 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.351-359
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• 2015

구조물의 붕괴성능을 정확하게 평가하기 위해서는 구조물과 관련된 구조부재 및 지반운동의 불확실성을 고려한 확률적 접근방식이 요구된다. 불확실성의 종류에 상관없이 불확실성은 구조물의 응답에 영향을 미치게 되는데, 구조물의 성능목표를 설정함에 있어 이러한 불확실성 전파를 예측할 필요가 있다. 최근 들어, 구조물의 붕괴성능을 평가하는 방법으로 사용되고 있는 증분동적해석은 지반운동과 관련된 임의적 불확실성을 해석과정에서 고려할 수 있다는 장점이 있으나, 확률론적 평가를 위한 또 다른 중요 요인인 인식론적 불확실성을 직접적으로 평가할 수 없다는 제한사항이 있다. 본 연구에서는 철골모멘트골조를 표본 건물로 선정하여 인식론적 불확실 요인으로 정의한 구조물의 고유감쇠, 지진중량, 구조부재의 항복강도 및 탄성계수가 구조물의 붕괴성능에 미치는 영향을 확률적으로 평가하였다. 이를 위하여 라틴 방격 추출법을 사용한 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 증분동적해석을 수행하여 구조시스템 붕괴성능의 변동성을 정량적으로 예측하였다. 해석결과, 붕괴성능의 변동성에 인식론적 불확실성을 대표하는 변수 중에서 구조물 고유감쇠의 영향이 가장 두드러지는 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권2호
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• pp.111-122
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• 2017

본 연구에서는 1900mm급의 춤이 깊은 콘크리트 채움 U형 메가 합성보의 합성보통모멘트골조에 대한 적용성을 검토하였다. 대형 합성보의 실물대 내진성능실험에 대한 현실적 제약으로 인하여 작은 규모의 실험체에 대해 수행된 기존 실험결과의 분석과 수치해석연구의 보완을 통해 연구를 수행하였다. 이러한 형태의 합성보는 부모멘트 작용시의 웨브국부좌굴이 가장 중요하므로 선행 실물대 실험결과로부터 웨브의 판폭두께비와 층간변형능력 사이의 관계를 분석하였다. 그 결과, 25mm 두께의 U형 강재단면을 지닌 1900mm급의 대형 합성보라 하더라도 층간변위각 2% 이후 웨브국부좌굴을 경험하고 3% 이후 최대변형에 도달하는 것으로 확인되었다. 이는 합성보통모멘트골조의 요구조건을 상회하는 것으로 AISC 기준에 따른 웨브 판폭두께비 제한이 본 연구의 U형 단면에는 보수적임을 시사하기도 한다. 유한요소해석을 통해서는 합성보의 휨성능 및 웨브국부좌굴에 대한 수평스티프너의 영향을 분석하였다. 대형 합성보는 스티프너 보강과 관련없이 부모멘트 방향으로 공칭소성모멘트 이상의 휨성능을 발휘하였으며, 스티프너를 보강할 경우에는 웨브국부좌굴이 상당히 지연되는 긍정적인 효과가 있었다. 이상의 실험결과 분석 및 해석연구에 의하면 1900mm급의 춤이 깊은 콘크리트 채움 U형 메가 합성보는 합성보통모멘트골조에 보수적으로 적용가능한 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.601-612
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• 2013

본 연구에서는 중간 지진 영역대에서 사용 가능한 TSC 합성보-PSRC 합성기둥 접합부의 내진 상세를 개발하였다. 시공성 향상을 위하여 TSC보의 상하부 플랜지는 조인트를 관통시키지 않고, 웨브만 조인트를 관통하였다. 이에 따라 접합부 공칭강도 평가시 상하부 플랜지의 인장력은 고려하지 않았다. 두 개의 내부 접합부와 한 개의 외부 접합부에 대하여 반복가력 실험을 통하여 내진성능을 검증하였다. 내부 접합부의 실험 변수는 보 춤으로 슬래브 두께를 포함하여 600mm, 700mm이다. 실험결과, 실험체는 KBC 2009로 예측한 접합부의 하중재하능력은 실험결과와 잘 일치하였으며, 변형능력과 에너지 소산에 있어서 중간모멘트 골조 요구조건을 만족하는 우수한 성능을 보여주었다. 3%~4% 층간변위비 이후 보 웨브 강판의 좌굴 및 파단으로 인하여 실험체의 하중 재하능력이 감소하였다. ASCE 합성접합부 설계기준을 수정하여 TSC보-PSRC기둥 접합부의 전단강도를 평가하였다.