• Steel and Composite Structures
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• 제11권2호
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• pp.149-168
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• 2011

This paper presents a computational study of column loss scenarios for typical multi-story steel buildings with perimeter moment frames and composite steel-concrete floors. Two prototype buildings (three-story and ten-story) were represented using three-dimensional nonlinear finite element models and explicit dynamic analysis was used to simulate instantaneous loss of a first-story column. Twelve individual column loss scenarios were investigated in the three-story building and four in the ten-story building. This study provides insight into: three-dimensional load redistribution patterns; demands on the steel deck, concrete slab, connections and members; and the impact of framing configuration, building height and column loss location. In the dynamic simulations, demands were least severe for perimeter columns within a moment frame, but the structures also exhibited significant load redistribution for interior column loss scenarios that had no moment connectivity. Composite action was observed to be an important load redistribution mechanism following column loss and the concrete slab and steel deck were subjected to high localized stresses as a result of the composite action. In general, the steel buildings that were evaluated in this study demonstrated appreciable robustness.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.227-236
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• 2008

강합성 교량에서 일반적으로 사용되는 콘크리트는 단위질량이 ${2,300kg/m^{3}}$인 일반콘크리트이다. 그러나 강합성 교량에서 경량콘크리트를 사용한다면 바닥판 자중에 의한 단면력을 감소시킬 수 있어 더욱 경제적인 교량설계가 가능할 것이다. 경량콘크리트를 사용한 강합성 거더 교량에서 적용될 수 있는 바닥판 형식은 크게 현장타설 콘크리트 바닥판과 프리캐스트 바닥판으로 구분할 수 있다. 이 두형식의 바닥판은 시공측면이나 구조적 거동 측면에서 다소 차이가 있어, 바닥판과 강거더를 연결하는 전단연결부도 사용되는 바닥판의 형식에 따라 구조적 거동 특성이 위하여 Push-out 실험을 수행하였다. 또한 베딩층이 있는 프리캐스트 부재에 대해서는 강도감소의 주요한 원인이 되는 베딩층의 균열을 방지하기 위하여 프리캐스트 바닥판과 베딩층 사이에 전단키를 설치하고 베딩층을 횡방향으로 구속시킨 실험체에 대해 실험을 수행하여 그 영향을 평가하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권1호
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• pp.109-123
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• 2023

Headed studs welded to steel beams and embedded within the concrete of deck slabs are vital components of modern composite floor systems, where safety and economy depend on the accurate predictions of the stud shear resistance. The multitude of existing deck profiles and the complex behavior of studs in deck slab ribs makes developing accurate and reliable mechanical or empirical design models challenging. The paper addresses this issue by presenting a machine learning (ML) model developed from the natural gradient boosting (NGBoost) algorithm capable of producing probabilistic predictions and a database of 464 push-out tests, which is considerably larger than the databases used for developing existing design models. The proposed model outperforms models based on other ML algorithms and existing descriptive equations, including those in EC4 and AISC 360, while offering probabilistic predictions unavailable from other models and producing higher shear resistances for many cases. The present study also showed that the stud shear resistance is insensitive to the concrete elastic modulus, stud welding type, location of slab reinforcement, and other parameters considered important by existing models. The NGBoost model was interpreted by evaluating the feature importance and dependence determined with the SHapley Additive exPlanations (SHAP) method. The model was calibrated via reliability analyses in accordance with the Eurocodes to ensure that its predictions meet the required reliability level and facilitate its use in design. An interactive open-source web application was created and deployed to the cloud to allow for convenient and rapid stud shear resistance predictions with the developed model.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권4호
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• pp.175-184
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• 2011

구조용 형강을 사용하는 격자형 합성바닥판은 비교적 신속한 시공과 보수시 교통통제를 최소화할 수 있는 장점으로 인해 1930년대 이후 현재까지 다양한 단면상세가 연구개발 되고 있다. 강형의 상부 일부만 콘크리트와 합성된 형태를 취하는 격자형 합성바닥판은 강형이 완전히 매입되는 형태에 비해 자중이 작고 공장에서 프리캐스트 제작이 가능하여 원거리의 현장이나 산악지역과 같이 건설조건이 열악한 경우에도 적용이 가능한 구조이다. 본 연구에서는 형강이 노출된 격자형 강합성 바닥판을 각종 기반시설물의 수평지지구조에 적용하고자 형강과 콘크리트의 합성을 위한 전단연결부의 형식과 격자형 구조에서 형강을 서로 연결하는 가로막대의 간격, 상부 콘크리트 슬래브의 두께 등을 변수로 휨실험을 하였고, 휨성능 및 합성거동을 비교 평가하였다. 이를 통해 설계변수 변화에 따른 구조거동의 변화를 비교 검토할 수 있었고, 적절한 전단연결방식 및 단면제원에 대한 기본자료를 얻을 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권1A호
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• pp.71-80
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• 2010

교량 바닥판은 차량하중 및 환경 등의 영향을 직접 받는 부재여서 열화손상에 취약하므로 이에 대한 적절한 보수 및 보강이 필요하다. 그러므로 교량 바닥판의 유지관리를 최소화하고 교량의 설계수명까지의 공용을 위해서는 현재의 바닥판 성능을 개선한 고강도, 고내구성의 바닥판 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 기존의 철근콘크리트 바닥판의 문제점을 보완하여 새롭게 개발된 강-콘크리트 합성바닥판의 피로성능을 평가하기 위하여 정적실험을 실시하고, 이를 토대로 피로하중을 선정하고 일정진폭 반복하중 하에서 피로실험을 실시하였다. 이로부터 합성바닥판의 주요 구조상세의 S-N 곡선을 작성하고, 이를 피로설계기준과 비교, 평가하여 피로거동 특성을 규명하고 피로설계지침을 제시하였다. 그 결과 본 연구에서 제안된 합성바닥판의 각 구조상세인 절곡강판 상부플랜지 및 절곡강판 중간부, 전단연결재 및 절곡강판 하부플랜지는 모두 충분한 피로강도를 확보하고 있는 것을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.1667-1676
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• 2014

강합성 바닥판은 두 방향의 휨 강성이 다르기 때문에 직교이방성의 성질을 가진다. 강합성 바닥판의 휨 강성비는 활하중 모멘트에 영향을 미친다. 비충전 강합성 바닥판의 휨 강성비는 메인 베아링 바 간격과 직접적인 관계를 가지고 있어 메인 베아링 바 간격과 형상비 영향이 고려된 하중분배 계수식에 대한 연구가 필요한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 휨 강성비를 고려하는 AASHTO LRFD Bridge Design Specification에 의한 비충전 강합성 바닥판의 활하중 모멘트를 평가하고 비충전 강합성 바닥판의 하중분배 계수식을 제안하고자 한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.593-604
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• 2007

합성형 사교는 비합성형 사교에 비해 역학적 측면에서 큰 장점을 지니고 있는 것이 사실이지만 사각이 심한 사교들의 경우 합성형 사교에 매우 큰 상판응력이 유발될 가능성이 있어 종종 이들 사교들에 대한 비합성형 설계가 검토되어지곤 한다. 본 연구에서는 동적해석이 가능한 비합성형 사교의 해석모델을 제안하고 이 해석모델들을 이용하여 사교들에 대한 비합성형의 적용 타당성을 검토하였다. 또한 주형과 상판과의 세 가지 상호작용(합성작용, 부분합성작용, 비합성작용)이 단순 판형사교들의 동적특성과 동적거동에 미치는 영향을 조사하였다. 주형간격, 사각, 상판 종횡비를 매개변수로 총 27개의 판형 사교들에 대한 일련의 연구를 수행하였다. 상판과 주형 경계면에서의 미끄러짐은 고유진동주기가 길어지는 현상을 유발하여 사교의 교축직각방향에 작용하는 전체밑면전단력의 크기를 감소시킬 수도 있지만 모드형장과 강성분포에 큰 영향을 미쳐 바람직하지 않은 사교 거동을 유발할 수도 있다. 부분합성작용의 최소 규정에 따라 설치된 전단연결재는 주형응력과 상판응력을 감소시키는 효과가 있다. 즉, 몇몇 사교의 경우를 제외하고는 전반적으로 부분합성형으로부터 구한 주형응력과 상판응력의 크기는 합성형 사교로부터 구한 관련 응력들의 크기와 유사하거나 약간 크게 나타난다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제54권6호
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• pp.1135-1152
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• 2015

Most of current bridge decks are made of reinforced concrete and often deteriorate at a relatively rapid rate in operational environments. The quick deterioration of the deck often impacts other critical components of the bridge. Another disadvantage of the concrete deck is its high weight in long-span bridges. Therefore, it is essential to examine new materials and innovative designs using hybrid system consisting conventional materials such as concrete and steel with FRP plates which is also known as composite deck. Since these decks are relatively new, so it would be useful to evaluate their performances in more details. The present study is dedicated to Hat-Shape composite girder with concrete slab. The structural performance of girder was evaluated with nonlinear finite element method by using ABAQUS and numerical results have been compared with experimental results of other researches. After ensuring the validity of numerical modeling of composite deck, parametric studies have been conducted; such as investigating the effects of constituent properties by changing the compressive strength of concrete slab and Elasticity modulus of GFRP materials. The efficacy of the GFRP box girders has been studied by changing GFRP material to steel and aluminum. In addition, the effect of Cross-Sectional Configuration has been evaluated. It was found that the behavior of this type of composite girders can be studied with numerical methods without carrying out costly experiments. The material properties can be modified to improve ultimate load capacity of the composite girder. strength-to-weight ratio of the girder increased by changing the GFRP material to aluminum and ultimate load capacity enhanced by deformation of composite girder cross-section.

• Steel and Composite Structures
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• 제32권6호
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• pp.743-752
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• 2019

Steel and concrete composite structures are commonly applied in multi-story buildings as they maximise the material strength through composite action. Despite the popularity of employing a trapezoidal deck slab, limited experimental data are available under elevated temperatures. The behaviour of the headed shear stud embedded in a transverse trapezoidal deck and solid slab was investigated at both ambient and fire conditions. Twelve push-out tests were conducted according to the ISO 834 standard fire utilising a customised electric furnace. A stud shearing failure was observed in the solid slab specimen, whereas the failure mode was changed from a concrete-dominated failure to the stud shearing in the transverse deck specimen with an increase in temperature. Comparisons between the experimental observations and design requirements are presented. The Eurocode design guidance on the transverse deck slab gives a highly conservative estimate for shear resistance. A new design formula was proposed to determine the capacity of the shear connection regardless of the slab type when the stud shearing occurs at high temperatures.

• Steel and Composite Structures
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• 제2권1호
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• pp.67-84
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• 2002

Traffic decks of steel or composite motorway bridges sometimes provide the opportunity of using the composite action between an existing steel deck and a reinforced concrete plate (RC plate) in the process of rehabilitation, i.e., to increase the load-carrying capacity of the deck for concentrated traffic loads. The steel decks may be orthotropic decks or also unstiffened steel plates, which during the rehabilitation are connected with the RC plate by shear studs, such developing an improved local load distribution by the joint behaviour of the two plate elements. Investigations carried out, both experimentally and numerically, were performed in order to quantitatively assess the combined static behaviour and to qualitatively verify the usability of the structure for dynamic loading. The paper reports on the testing, the numerical simulation as well as the comparison of the results. Conclusions drawn for practical design indicated that the static behaviour of these structures may be very efficient and can also be analysed numerically. Further, the results gave evidence of a highly robust behaviour under fatigue equivalent cyclic traffic loading.