The objective of this study is to investigate design parameters of a tuned liquid column damper(TLCD), which is affected by various excitation amplitudes, through shaking table test. Design parameters of a TLCD are examined based on the equivalent tuned mass damper(TMD) model of a TLCD, in which the nonlinear damping of a TLCD is transposed to equivalent viscous damping. Shaking table test is carried out for a TLCD specimen subjected to harmonic waves with various amplitudes. Transfer functions are ratios of liquid displacement of TLCD and control force produced by a TLCD, respectively, with respect to the acceleration excited by a shaking table. They are derived based on the equivalent TMD model of a TLCD. Then, the variation of design parameters according to the excitation amplitude is examined by comparing analytical transfer functions with experimental ones. Finally, the dissipation energy due to the damping of a TLCD, which is experimentally observed from the shaking table test, is examined according to the excitation amplitude. Comparisons between test results and analytical transfer functions showed that natural frequencies of TLCD and the ratio of the liquid mass in a horizontal column to the total liquid mass does not depend on the excitation amplitude, while the damping ratio of a TLCD increases with larger excitation amplitudes.

The purpose of this study is to verify the transfer function of input acceleration and output control force based on linearizing a damping term of Tuned Liquid Column Damper(TLCD) with nonlinearity analytically. In addition, analysis is conducted for dynamic characteristics according to the design parameter such as section ratio of both vertical and horizontal column and the level of liquid in the vertical column which is used for tuning method. The dynamic characteristics is identified by the analysis for the natural frequency, damping ratio and effective mass ratio of TLCD and a shaking table test for the transfer function. The results indicates that the level of liquid and section ratio affect the characteristics of damping ratio and mass ratio. Damping and mass ratio increase as the section of vertical column of TLCD decreases due to turbulence in the elbow of TLCD.

기존에 공간구조물의 동적거동에 관한 대부분의 연구는 수치해석적 방법을 이용하여 지붕구조의 동적거동 파악을 위주로 하고있다. 그러나 실제 공간구조물의 지붕구조는 기둥 또는 벽체와 같은 하부구조에 의해 지지되므로 지진발생시 상부구조의 동적거동은 하부구조에 따라서 많은 영향을 받는다. 본 연구에서 아치구조물에 대한 하부 기둥구조의 재질을 황동과 폴리카보네이트로 하고 각각의 단면 및 길이 변화와 상부 지붕구조의 추가질량에 따른 고유주기 변화특성을 파악하고자 한다. 기둥의 강성 및 추가질량의 변화에 대하여 고유주기의 변화율이 상대적으로 크게 나타났다. 즉 하부 기둥구조의 강성이 상부 지붕구조의 강성과 비교하여 매우 큰 경우에 기둥구조의 강성변화나 지붕구조의 질량변화에 따른 공간구조물의 고유진동수 변화가 거의 없다.

이 논문은 반복-수평력을 받는 프리캐스트 기둥-RC 기초 Anchor 접합부의 반복-수평력에 대한 내력 특성을 규명하기 위함이다. 본 연구는 하부 기초에 프리캐스트 콘크리트 기둥과 기초를 Anchor식으로 접합한 콘크리트 구조체가 정확한 응력전달 경로 및 파괴 메커니즘에 있어서 기존의 콘크리트-강재 연결부와 어떠한 차이가 있는지 제시한다. 반복-수평력 작용하의 철근의 인발력 실험결과는 프리캐스트 기둥-RC 기초 Anchor 시공에 필요한 철근의 최소 필요 삽입 깊이를 제시한다. 또한, 실험을 통해 제시된 응력 전달 경로 및 파괴 메커니즘을 제품별 메뉴얼에 제시되어 있는 메커니즘과 비교, 검토함으로서 접합부의 명확한 응력전달 경로 및 파괴 메커니즘을 시공자의 요구 성능에 맞게 제시한다. 그러므로 본 연구를 통해 프리캐스트 콘크리트 기둥의 정확한 주근의 개수, 공칭직경, 정착 길이 등에 대한 최적의 설계 조건을 제시함으로써, 시공 시 이들에 대한 정확한 데이터를 제공한다.

본 연구는 반복 횡하중 하에서의 기둥부재와 보-기둥 연결부에 대한 구조 성능 확인을 위하여 기 수행된 실험을 토대로 해석모델을 수립하고 사용 프로그램의 유용성과 실용성을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 기존 연구자들에 의해 제안된 콘크리트와 철근의 이력 모델을 비선형 해석 프로그램인 PERFORM3D에 적용하여 수행되었다. 결과로서, 반복 횡하중 하의 비보강 보-기둥 연결부재의 해석과 실험결과가 비교적 일치함을 확인하였다. 이로써 입증된 비보강 시험체의 해석 모델에 탄소와 아라미드 섬유시트 그리고 비좌굴 가새를 추가 적용하여 실험결과와 비교.검증하여 내진 성능 보강의 해석모델을 수립하였다. 이는 기존 구조물에 대한 보강에 있어서, 해석을 통한 사전 성능 검토에 활용함으로써 시간과 물질적 측면에서의 경제성 도모에 기여할 것으로 예상된다.

본 연구는 철근콘크리트 내부 보-기둥 접합부의 전단거동 예측에 관한 비선형 모델을 제안한 것이다. 보-기둥 접합부 패널존에서의 전단거동 모델을 위하여 면내전단 예측을 위한 연화트러스모델 이론을 수정한 이론을 적용하였다. 이로부터 접합부에서의 평형조건에 의한 등가 모멘트 및 회전 관계를 이용하여 접합부에서의 전단변형 관계를 접합부의 회전스프링의 특성관계로 변환하여 고려토록 하였다. 소개된 해석모델을 축력 및 전단을 받는 내부 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 실험과 비교하였으며, 제시된 모델은 접합부에서의 전단력 뿐만 아니라 전단변형의 예측에도 유효한 것으로 판단되었다.

교각의 합리적이고 경제적인 내진설계를 위해서는 연성도에 기반한 내진설계가 필요하며 이를 위해서는 신뢰성 있는 전단평가가 필수적이다. RC 기둥의 전단거동은 휨거동과 달리 부재의 단면크기, 형상비, 축력, 연성도 등 다양한 요인에 의하여 영향을 받아 거동이 매우 복잡하다.따라서,이들 요인을 고려한 많은 설계식 및 경험식이 제안되고 있으나 부재의 초기전단강도와 연성도에 따른 전단강도 저하를 평가하는데 상당한 차이를 보이고 있다. 본 연구에서는 형상비,단면의 중공비, 복부면적, 하중패턴을 변수로 하는 실험적 연구를 수행하여 중공단면 기둥의 초기 전단강도 특성을 살펴보았다. 실험결과는 기존의 다양한 전단평가식과 비교.검토하여 특성을 분석하였으며, 역학적 특성과 실험결과에 기초하여 보다 합리적인 초기 전단평가식을 제안하고 타당성을 검토하였다.

본 연구의 목적은 일정 축하중과 반복횡하중 하에서 탄소섬유시트와 비좌굴 가새로 보강된 보-기둥 시험체의 횡방향 거동 평가를 통하여 사용된 보강 방법의 구조적 성능을 검증하는 것이다. 세 개의 시험체를 비보강, 탄소섬유보강, 탄소섬유와 비좌굴 가새 보강 방법을 각각 적용하여 제작하였다. 변위에 따른 최대, 최소하중은 하중-변위 관계를 분석함으로써 평가되어지며, 하중과 강성의 관계는 비교구간의 유효강성 분석에 의해 평가된다. 실험의 수행 결과, 보강을 하지 않은 시험체에 비하여 보강을 적용한 시험체는 최대허용하중과 유효강성, 철근 항복 시 재하 횡하중, 변위연성비 등에서 상대적으로 우수한 성능을 보였다.

최근, 교량교각과 같은 기둥구조물의 사용성능을 향상시킴과 동시에 복잡한 도심지 내 효율적 공간활용을 위해 콘크리트 충전강관(CFT: concrete-filled steel tube)의 적용이 점차 증가하고 있다. 이러한 기둥구조물의 정확한 설계를 위해서는 재료 및 기하학적 특성에 따른 콘크리트 충전강관 기둥의 거동에 관한 실험적 연구가 요구된다. 이에 본 연구에서는 압축강도실험을 통하여 외경-두께비 (D/t) 및 강재-콘크리트 단면적비 (As/Ac)에 따른 콘크리트 충전강관 기둥의 극한강도 분포특성에 대해 명확히 파악하였다. 또한 콘크리트 배합강도에 따른 콘크리트 충전강관 기둥의 극한강도 분포특성을 실험을 통하여 명확히 파악하였다. 실험결과의 고찰을 통하여 압축하중을 받는 콘크리트 충전강관 기둥의 극한강도는 콘크리트 강도보다 강과의 단면특성에 주로 의존함을 알 수 있었다.

PPS(Post-tensioned Precast concrete System)공법은 U자형 PC로 제작된 넓은 보와 PC또는 현장 타설 콘크리트로 제작한 기둥으로 구성되며, PC보와 기둥의 일체성 확보를 위하여 프리스트레스를 도입하였다. 본 연구에서는 포스트텐션을 도입한 넓은 보-기둥 접합부의 구조적 특성을 규명하고, 다양한 변수해석이 가능하기 위한 자료를 제공하고자 유한요소해석 프로그램인 ANSYS을 사용하여 비선형 해석을 수행하였다 콘크리트에 대한 해석요소는 8개의 절점을 가지며 각 절점이 3개의 자유도(X, Y, Z축에 대한 병진 변위)를 갖는 Solid 65요소를 사용하였다. Solid 65요소에서 전단전달계수(Shear-Transfer factor)는 실험값에 근사적으로 해석값을 맞추기 위한 영향 계수값으로 균열이 발생하는 위치에 대한 전단강도의 감소를 반영한다. 그 결과, 본 실험체에 대한 해석에서는 열려진 전단전달계수 0.125와 닫혀진 전달계수 0.85에 기초하여 해석한 결과 닫혀진 전단전달계수는 0.85에서 열려진 전단전달계수에서는 0.2일때 가장 실험값에 근사한 해석치를 보였다.

TR-CFT(Transversely Reinforced Concrete Filled Steel Tube) 기둥은 CFT 기둥의 국부좌굴부위를 탄소섬유쉬트로 보강을 하여 국부좌굴을 방지하거나 지연시키는 기둥부재이다. 본 연구에서는TR-CFT 기둥의 휨내력 산정을 위한 설계식을 제안하였다. CFT 기둥의 ACI 설계식은 강관내부에 발생하는 콘크리트의 구속효과를 고려하지 않아 저평가 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 구속효과를 고려한 콘크리트의 응력-변형률 곡선를 이용하여 CFT 기둥과 TR-CFT 기둥의 휨내력 산정식을 제안했으며 해석에 의한 예측 값들은 실험값과 잘 일치함을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 3개 이상의 기둥그룹에 대해서도 일반적으로 적용 가능한 기둥축소량의 최적보정기법을 제안하고, 이를 실제 시공된 건물에 적용하여 그 적용성을 평가하였다. 제안된 최적보정기법은 성능 및 시공상의 제약조건을 만족하면서 보정개소를 최소한으로 할 수 있는 층그룹 및 이때의 보정량을 산정하며, 상대보정뿐만 아니라 절대보정을 고려한 혼합보정도 가능하다. 최적보정에는 시뮬레이티드 어닐링(simulated annealing)이 주요 알고리즘으로 사용되었다. 제안된 기법을 실제 축소량 보정이 수행된 61층 건물에 적용한 결과, 보정량을 쉽게 산출할 수 있고 또한 실무방식보다 보정개소를 줄일 수 있어 적용성이 뛰어남을 확인하였다.

본 연구는 철근콘크리트 특수모멘트골조(SMF)내 보-기둥 접합부의 비탄성 회전능력에 대한 연구결과를 조사한 것이다. 모든 실험체들은 ACI 318-02에 정의된 설계 및 세부지침에 따라 특수모멘트골조로 분류되었다. AISC(2002)기준에서 모멘트골조의 접합부에 대한 내진성능의 만족 기준을 이용하여 보-기둥 접합부를 평가하였다. 총 39개의 실험체들에 대해 자세하게 조사되었다. 특수모멘트골조에 대한 내진설계기준을 만족하는 대부분의 접합부들은 3%의 소성회전까지 휨강도의 심각한 감소 없이 연성이 유지되었다. 이는 특수모멘트골조 접합부들에 대한 엄격한 콘크리트 내진설계 규정에 따른 것으로 조사되었다. 접합부내의 횡방향 보의 존재는 보-기둥 접합부의 구속력과 전단에 대한 저항성을 증가시킨 것으로 조사되었다 접합부 전단응력에 대한 ACI 328-02 제한조건을 만족하는 모든 특수모멘트골조의 접합부들은 요구되는 내진성능을 만족하는 것으로 나타났다.

CFT(Concrete Filled Steel Tube)기둥은 부재의 합성효과와 경제적인 측면 때문에 최근 고층건물 시공 시 널리 쓰이고 있다. 그러나 기존의 연구문헌을 살펴보면 CFT 기둥은 강관의 항복이후 강관의 일정지점에 국부좌굴이 생기는 단점을 지니고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 예상 국부좌굴부위를 탄소섬유쉬트로 보강하여 국부좌굴을 방지하거나 지연시키는 TR-CFT (Transversely Reinforced Concrete Filled Steel Tube) 기둥에 관한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 고강도 콘크리트를 사용한 TR-CFT기둥의 실험을 수행하였으며 휨내력에 대한 해석을 수행한 결과 실험값과 해석값이 잘 일치하였다. 또한 기존의 ACI 318 설계법은 강관내부에서 발생하는 콘크리트에 대한 구속효과를 고려하지 않아 저평가가 되어있음을 알 수 있었다.

본 논문은 유닛 모듈러를 구성하는 주구조체인 각형강관 기둥과 냉간성형 LEB C-형강 보로 볼트 접합된 접합부의 거동을 실험적으로 평가하는 것이 연구의 목적이다. 접합부에서 기둥과 LEB C-형강 보를 접합하기 위한 브라켓의 두께변화, LEB C-형강 보와 브라켓 접합부 볼트 개수 등의 주요변수에 대한 실험을 통하여 기둥-보 접합부의 내력증대와 변형성상 및 파괴모드 변화 등을 고찰하였다. 실험결과, 접합부의 보강형상과 관계없이 또한 접합부의 파괴 없이 LEB C-형강 보의 국부좌굴강도가 지배하는 것으로 파악되었으며, 브라켓 두께 크기에 따라 내력과 강성이 조금 높게 나타남을 알 수 있었다. 또한 접합부에 사용된 볼트 수량에 관계없이 강성면에서 큰 차이를 나타내지 않았으며 LEB C-형강과 브라켓을 볼트접합으로 반강접합의 역학적 거동 가능성을 확인하였다.

이 연구에서는 새로운 접합장치인 자동체결장치(Self-Locking Connectors)를 사용한 강재보-PC기둥 접합부의 내진성능에 대한 연구를 수행하였다. PC기둥(또는 합성기둥)과 강재보로 이루어진 합성모멘트골조는 각각의 재료의 장점을 최대한으로 이용한 합리적인 구조형식이다. 그러나 서로 다른 두 재료 사이의 접합에 따른 어려움으로 인해 접합부의 상세가 복잡해지고 제작비가 상승하는 단점을 가지고 있다. 반면에 자동체결장치는 쐐기의 원리를 이용한 접합장치로서 시공이 단순한 장점이 있다. 또한 자동체결장치를 사용한 접합부는 용접을 사용하지 않음으로써 기존의 접합부에 비해 내진성능을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 자동체결장치를 사용한 강재보-PC기둥(또는 합성기둥) 접합부에 대한 내진성능을 검증하기 위해 반복하중 실험을 수행하였다. 실험결과 자동체결장치를 사용한 보-기둥 접합부는 우수한 내진성능을 발휘할 수 있는 것으로 나타났다.

교량의 교각과 같은 원형기둥구조물의 성능과 강도을 향상시키기 위해 최근 콘크리트 충전강관(CFT: concrete-filled steel tube)의 적용이 점차 증가하고 있다. 이러한 콘크리트 충전강관 구조물의 정확한 소성설계를 위해서는 사용된 재료인 강재 및 콘크리트의 대변형 거동을 구현할 수 있는 소성모델이 필요하다. 본 연구에서는 사용강재의 실험을 통하여 제안된 소성모델을 적용한 탄소성 대변형 해석을 개발하였으며 콘크리트 충전강관 기둥 해석과 실험 결과에 비교하여 그 정도 및 타당성을 검증하였다. 그리고 개발된 프로그램을 이용하여 콘크리트 충전강관 기둥의 초기처짐이 극한장도에 미치는 영향 및 상관관계를 명확히 파악하였다.

합성 교각의 설계에서 요구 내진성능을 만족하기 위한 철근상세 규정이 명확하지 않은 측면이 있다. 합성 교각은 단면치수를 감소시키고 지진하중하에서 기둥의 연성을 개선하기 위해 제안되었다. 이 논문에서는 400mm 직경을 가진 단일 강재를 콘크리트에 매입한 합성기둥 부재를 5기 제작하여 합성기둥의 내진성능을 연구하였다. 진동대 실험과 유사동적 실험이 수행되었는데 근단층지반운동을 고려한 축소모형의 구조적 거동이 평가되었다. 실험 변수는 횡철근의 간격, 주철근의 겹침이음, 매입 강재 단면으로 설정하였다. 진동대 실험에 의해 평가된 변위연성도가 유사동적 실험에 비해 적게 나타났고 한정연성설계, 주철근의 겹침 이음 50%를 가진 부재가 기준 부재에 비해서 낮은 연성도를 보였다. 강재비는 극한강도에 영향을 미치고 겹침이음과 횡철근 비의 감소는 변위능력을 감소시켰다. 합성 교각의 상세에 따른 에너지 소산능력의 차이는 뚜렷하게 나타나지 않았다.

본 논문에서는 철근콘크리트 모멘트 골조의 보-기둥 접합부에 대한 비탄성 회전 능력의 성능을 조사한 연구 결과를 하고 있다. 총 91개의 보-기둥 접합부 실험체에 대해 상세히 조사되었으며, 그 중 28개의 실험체는 ACI 318-02의 상세 요구에 기초하여 특수 모멘트 골조 접합부로서 분류되었다. AISC-97 내진 기준에서 철골 모멘트 골조 접합부를 위해 정의된 허용기준이 분류된 철근콘크리트 모멘트 골조의 접합부에 대해 평가하기 위해서 사용되었다. 특수 모멘트 골조 접합부에 대한 설계 상세를 만족하는 28개의 실험체 중 27개의 특수 모멘트 골조 접합부가 충분한 강도를 가지고 있었으며, 급격한 강도 감소 없이 0.03 rad.의 소성 회전에 대해 연성 거동을 발휘할 수 있음을 보여 주었다. 접합부의 전단 강도, 기둥과 보에 대한 휨 강도 비율, 접합부내에서의 횡방향 철근비 등에 대한 제한이 보-기둥 접합부의 만족스런 내진 성능을 보여주는데 중요한 역할을 하였다.

이 논문은 일정체적 캔틸레버 기둥의 정확탄성곡선(elastica)에 관한 연구이다. 기둥의 자유단에 압축하중과 모멘트 하중으로 구성되는 조합하중이 작용하는 캔틸레버 기둥의 정확탄성곡선을 지배하는 비선형 미분방정식과 경계조건을 유도하였다. 미분방정식에는 전단변형효과를 고려하였다. 기둥의 변단면으로는 정다각형 단면을 갖는 선형, 포물선형 및 정현의 변단면을 채택하였다. 기둥의 정확탄성곡선을 해석하기 위하여 유도된 미분방정식을 수치해석하였다. 수치해석의 결과를 이용하여 기둥의 무차원 변수들이 정확탄성곡선에 미치는 영향을 분석하였다. 실험실 규모의 실험을 실시하여 이 연구에서 얻어진 수치해석의 결과를 검증하였다.