This study investigated a bio-tensegrity structural system that combines the characteristics of a general tensegrity structural system with a biological system. The final research objective is to accomplish a changeability for the structural system as like the movement of the natural bio-system. In the study, we present a shape finding procedure for the two stage bio-tensegrity system model inspired by the movement pattern of animal backbone. The proposed system is allowing a dynamic movement by introducing the concept of “saddle” for the variable bio-tensegrity structure. Several shape finding analysis example and results are presented and shows a efficient validation and suitability.

Ethylene Tetrafluoroethylene (ETFE) has been widely used in long-span buildings because of its light weight and high transparency. This paper studies the short and long term creep behaviour of ETFE foil. A series of short-term creep and recovery tests were performed, in which the residual strain was observed. A long-term creep test of the ETFE foil was also performed over 110 days. A viscoelastic-plastic model was then established to describe the short-term creep and recovery behaviour. The model contains a traditional multi-Kelvin part and an added steady-flow component to represent the viscoelastic and viscoplastic behaviour, respectively. The model successfully fit the data for three stresses and six temperatures. Additionally, time-temperature equivalency was adopted to predict the long-term creep behaviour of ETFE foil. Horizontal shifting factors were determined from the process of shifting creep-curves at six temperatures. The long-term creep behaviours at three temperatures were predicted. Finally, the long-term creep test showed that the short-term creep test at identical temperatures insufficiently predicted additional creep behaviour, and the long-term test verified the horizontal shifting factors derived from the time-temperature equivalency.

When we excavate an underground to build basement, the ground anchors are needed to prevent collapse of neighboring ground, subsidence and movement. Ground anchor construction required shore sheet piles, wales and struts as to maintain secure excavation. Existing box-type bracket using head part of ground anchor can not be possibly adjustable to the boring angle because the brackets are manufactured with unified angle in a factory. Also, box-type brackets have imperfection and instability caused by inequable force. In this study, a new bracket system is proposed. The bracket's side plate is reinforced and the angle of boring can be controlled. To investigate the structural performance of presented brackets, FEM analysis has been performed by using ANSYS commercial program. As a result, this bracket shows sufficient stability for all angle case and the strength is increased about 24% than existing bracket.

Beam string structures(BSS) are one kind of efficient structure system because the bending moment in the beams is reduced greatly through the struts and the strings. As the struts in BSS are used as middle supports to the beam and always in compression, the buckling of the struts should be avoided. This paper investigates the lateral buckling of the struts in BSS. Firstly, the strut of a one-strut BSS is simplified into an analytical model by considering load is formulated and some special cases of the model are analyzed. Finally, the lateral buckling load of the strut is numerically examined by means of parameter studies. It is known that, because on end of the struts is jointed to the beam while the other end is connected to the strings, the buckling of the struts not only depends on the length of the struts and the stiffness of the joints, but also depends on the rise and the lateral stiffness of the beam, the layout of the strings and the number of the struts.

For each cable component in a cable dome structure, pre-tension is needed for stability of whole the structure. The summation of these pre-tension at each joint should be zero to achieve the self equilibrium structure. The first step in cable dome structure analysis is to find the ratio of pre-tension in each member which can produce a stable and structure on self-equilibrium. In this paper, a new method based on the basic principle of closed force polygon for equilibrium system is proposed for the determination of self-equilibrium mode of cable dome structure. A single layer cable dome and two multi layer type domes have been analyzed. The ratios of cable members are determined by the presented method, and check the validation of the results by numerical calculation.

텐세그리티 구조시스템의 한 종류인 케이블 돔 시스템은 케이블과 마스트로 이루어져 있다. 이 케이블에 외부하중이 가해지지 않은 상태에서 안정된 구조물이 되기 위하여 일정의 프리텐션이 가해져야 하며 구조물은 가해진 프리텐션 하에서 자기평형응력상태에 있어야 한다. 본 연구에서는 부재의 내력 벡터의 합 원리를 기초하여 자기평형 응력모드를 구하는 새로운 방법을 제안하였으며, 자기평형응력을 유지하기 위해 필요한 응력모드를 시각화할 수 있다는 점이 기존의 논문과 비교하여 독특성을 갖는다. 본 연구에서 제안된 방법에서 사용된 기본 원리는 모든 절점에서 외부하중이 가해지지 않은 상태에서 내력벡터의 합은 0이 되어야 한다는 것이다. 제안된 방법은 CAD를 이용하여 간단히 자기 평형응력모드를 찾을 수 있으며, 예제 케이블 돔 구조물을 대상으로 각 절점에 연결된 부재들의 내력을 결정하였다. 결과 값은 역학적 계산 방법과 기존의 이론에 의해 검증하였으며 잘 일치하였다.

본 논문에서는 세 종류의 ETFE 막재에 대한 단축인장실험을 수행하였다. 이 실험에서 얻은 변형도-변위 곡선을 분석함으로써 항복응력, 두 번째 항복응력, 탄성계수, 두 번째 탄성계수, 그리고 세 번째 탄성계수를 얻게 되었다. 아울러, 탄성 단계와 항복 단계, 소성유동 단계에서 각각 ETFE 막재의 사이클 하중시험을 진행하여, 잔여변형률, 응력 이완, 하중 변화(재하/제하) 중 ETFE 막재의 탄성 변화 등을 알아본다. 재료의 크리프시험에서는 25, 40, 60℃의 시험온도와 3, 6, 9MPa의 인장 응력 하에서 크리프시험의 시간은 24시간으로 설정하였다.

본 연구는 와플구조의 구조적 거동에 파악하고자 한다. 와플슬래브의 두께, 주요 보의 깊이와 기둥의 크기를 변수로 하여 와플구조의 모드형상과 고유진동수를 파악하고자 하였다. 또한 쉘요소와 입체요소를 사용한 유한요소모델의 해석결과를 비교하였다. i)레벨2에서 주요 보의 깊이가 증가함에 따라, ii)레벨3에서 와플슬래브 두께가 감소함에 따라 모드진동수는 증가하였다. 3차원 모델과 2차원 모델의 모드형상은 유사한 형상을 보였다. 또한, 3차원 모델과 2차원 모델사이의 모드진동수는 25%에서 36%의 차이를 보였다.

본 논문에서는 케이블-막구조의 요소이동을 고려한 해석 기법을 제시하기 위하여 초기평형형상해석 및 응력해석과 요소이동성을 고려한 해석으로 구분하여 연구함으로서 이론적인 접근을 통해 요소이동성을 평가하였으며, 요소이동을 고려한 해석으로 ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian) 유한요소법을 이용하여 작성된 알고리즘을 제시하여 다양한 예제의 검증을 통해 제안방법을 평가하였다.

휨이나 압축에 저항할 수 없는 막재료에 적절한 장력을 도입함으로써 안정화 되는 막구조물은, 유지 관리면에 있어서 막면에 도입되어 있는 장력을 설계대로 유지하는 것이 매우 중요하지만, 준공후 막면에 도입되어 있는 장력을 정확하게 파악하기가 어렵다. 저자들은, 직방형의 경계를 가지는 막을 가청역의 음파를 이용해 진동시키고, 진동하는 막의 공진진동수를 측정함으로써 간접적으로 막장력을 측정하는 방법을 제안하고, 막을 진동시키는 음파로서 정현파와 화이트 노이즈를 이용해 검증실험을 해 왔다. 본 논문은 주요 막재료를 이용해 행한 막장력 측정 이론의 검증을 위한 실험 결과와, 실재하는 막구조물의 장력측정을 통해, 본 측정장치의 정확성과 폭 넓은 적용성 및 측정에 있어서의 안정성을 검증한다.

텐세그리티 구조물의 설계를 위한 다목적 최적화 기법이 제시되었다. 구조물의 기하가 먼저 주어지며, 설계변수는 부재력이다. 목적함수는 최대 강성매트릭스에 대한 최저 고유치와 찾고자 하는 목표값으로부터 가장 근접하게 일치하는 부재력이다. 복수의 목적함수 문제가 구속조건을 도입하여 일련의 단일 목적함수 문제로 전환되었다. 본 논문의 타당성을 알아보기 위해 텐세그리티 그리드에 대한 최적해를 구해 보았다.

Walking loads are usually considered as nodal loads in the finite element vibration analysis of structures subjected to walking loads. Since most of the walking loads act on elements not nodes, the walking loads applied on the elements should be converted to the equivalent nodal walking loads. This paper begins with measuring walking loads by using a force plate equipped with load cells and investigates the characteristics of the walking loads with various walking rates. It is found that the walking loads are more affected by walking rates than other parameters such as pedestrian weight, type of footwear, surface condition of floor etc. The measured walking loads are used as input loads for a finite element model of walking induced vibration. Finally, this paper proposes the equivalent nodal walking loads that are converted from the walking loads acting on elements based on finite element shape functions. And the proposed equivalent walking loads are proved to be applicable for efficient analysis of floor vibration induced by walking loads.

막이나 케이블 요소는 재료의 경량성과 유연성으로 인해 여타의 철강이나 콘크리트와는 다른 대공간 구조물이다. 막이나 케이블 요소가 유연성을 가지는 이유는 휨 강성이 인장 강성에 비해 무시할 수 있을 정도로 아주 작기 때문이다. 이러한 막이나 케이블 구조물이 강성 구조물과 다른 가장 큰 특징중의 하나는 전체적인 구조물을 구성하는 부재들에 의하여 발생하게 되는 변위보다는 구조물 자체의 변형이 더 지배적이다. 다시 말하면, 이러한 구조물은 변형없이 대변위를 발생시킨다는 것이다. 본 논문에서는 이러한 변위를 '불신장 변위(inextensible displacement)'라고 부른다. 그리고 불신장 변위가 발생하는 구조물을 '불안정 구조물'이라고 정의한다. 따라서, 이러한 불안정한 구조물을 안정한 구조물의 형태로 이행하기 위한 과정이 필요하고 이러한 과정을 '불안정 구조물의 안정화 이행과정'이라고 한다. 기존에는 준정적인 해석을 통해 구조물의 초기 불안정 형태를 안정화 시켰다. 여기서 '준정적'이라고 하는 것은 시간에 따라 속도는 일정하고 가속도는 존재하지 않는다는 것이다. 더 나아가 로봇공학, 생물역학 그리고 대공간 구조물에의 적용을 위하여 이러한 종류의 구조물을 동적인 메카니즘하에서 구속되어 있는 다수요소로써 모델화하는 연구가 진행되어졌다. 본 논문에서는 불안정 구조물의 동적 해석을 위한 정식화 과정중에서 수치적인 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 기존의 동적 해석기법과는 달리 본 논문에서는 차원을 저감시키는 수치해석기법으로써 RREF를 이용하였고, 불신장 변위모드를 추출함으로써 불안정 구조물의 동적 거동을 추적하였다. 본 논문에서 제안하는 수치해석기법을 이용하면 불안정 구조물의 효율적인 동적 해석이 가능하다는 것을 알 수 있었고, 나아가서 이러한 방법은 트러스 구조물 뿐만 아니라, 케이블이나 막 구조, 케이블과 막이 결합된 형태인 복합구조물에도 그 응용이 가능하리라고 사료된다.

There exists a structural problem for link structures in the unstable state. The primary characteristics of this problem are in the existence of rigid body displacements without strain, and in the possibility of the introduction of prestressing to change an unstable state into a stable state. When we make local linearized incremental equations in order to obtain knowledge about these unstable structures, the determinant of the coefficient matrices is zero, so that we face a numerically unstable situation. This is similar to the situation in the stability problem. To avoid such a difficult situation, in this paper a simple and straightforward method was presented by means of the generalized inverse for the numerical analysis of stability problem.

The capacity of post-installed anchor used in joining of new and old concretes structures is dominated by shear force of steels. Thus, too many anchors are required to demonstrate the reinforcement effects. In this study, a new ring anchor with high-shear resistance capacity is presented. This study evaluated that shear capacity by concrete strength and beam width through nonlinear analysis.