This study investigates the seismic performance of beam-column connections using Thin-Walled Steel Composite (TSC) beams and Prestressed Reinforced Concrete (PSRC) columns. TSC beams are constructed from U-shaped thin steel plates that are filled with concrete, allowing for composite action with slabs through the use of shear connectors. They are widely applied in industrial buildings due to excellent strength, stiffness, and constructability. However, slender web plates are prone to local buckling, which may compromise their performance during seismic events. To mitigate this issue, internal supports have been introduced to enhance web stability and concrete confinement. Cyclic loading tests on three specimens—with and without internal supports—demonstrated that the supports increased moment capacity, improved energy dissipation, and effectively reduced buckling. Even slender sections demonstrated performance comparable to that of compact sections. All specimens reached peak strength at a 2.44% rotation angle, with damage localized near the supports. A practical connection detail was also proposed, taking into account constructability and structural reliability. The results provide valuable guidance for the seismic design of composite systems in large-scale structures.

Existing reinforced concrete building structures have seismically-deficient details on columns and beam–column joints; therefore, accurate modeling of structural behavior is required for reliable seismic performance assessment. This study aims to investigate the differences in dynamic responses resulting from modeling variations through developing four distinct numerical models. Separate models were established to simulate flexural and shear failures of columns and beam–column joints. Using these component-level models, a structural analysis model of the target building was constructed, and nonlinear time-history analyses were performed to evaluate seismic performance. Based on the simulated dynamic behavior of the target building, soft-story mechanisms were identified, and it was identified and confirmed that column behavior plays a dominant role in governing the overall structural response.

This study proposes empirical formulas for predicting the nonlinear behavior of GIR beam-to-column connections in timber structures to evaluate their structural performance. A database comprising 59 experimental results of GIR connections was collected, and the normality of data distribution was verified. Statistical analysis were conducted to investigate the correlations between input and output parameters. Based on input parameters with high correlation, derived variables were formulated and utilized in a multiple regression analysis to develop empirical formulas for moment capacity and rotation. The R-squared values of the proposed formulas exceeded 0.9, and the predicted initial stiffness and strength closely matched those of experimental results not used in the regression analysis. So the suggested empirical formulas exhibit excellent predictive performance for the nonlinear behavior of GIR beam-to-column connections in timber structures.

Due to the limited experimental data on the seismic performance of concrete-encased steel columns, standardized guidelines for nonlinear modeling parameters and acceptance criteria have not yet been developed. This study utilized analytical and numerical methods to predict the nonlinear behavior of concrete-encased steel columns with H-shaped steel sections. The findings of this study have direct and practical implications for the design and evaluation of concrete-encased steel columns. For instance, for concrete-encased steel columns constructed with normal-strength concrete and subjected to low-to-moderate axial load ratios, the yield rotation angle can be determined through fiber-based section analysis and analytical equations, and the nonlinear modeling parameter can be evaluated based on section analysis and the proposed empirical equation. For concrete-encased steel columns with high-strength concrete or high axial load ratios, inconsistencies between section analyses and experimental results are observed. Accordingly, the nonlinear modeling parameter a can be evaluated using the proposed empirical equation. The empirical equation was conservatively developed based on the modeling parameter criteria for reinforced concrete columns in ASCE 41-13.

There have been meaningful changes in column stirrup spacing by KDS 41 20 00 in 2022, which is to decrease one of the spacing limits from the minimum section dimension to half of the minimum section dimension. Decreased column stirrup spacing increases the seismic shear resistance of columns and the seismic performance of the entire building. Among the effects of the column stirrup spacing change, this study focused on deformation compatibility in the seismic design of building frame system buildings with ordinary shear walls for seismic design category D. The beams and columns in building frame systems shall satisfy moment and shear strength, or deformation capability induced by seismic design displacement for satisfaction of the deformation compatibility. The commentary of KDS 41 17 00 describes that the deformation compatibility check can be ignored if the members in moment frames are upgraded to intermediate section details. The study showed that the deformation compatibility of columns was satisfied without additional consideration if the building frame systems were designed by the decreased column spacing in KDS 41 20 00. However, beams adjacent to walls needed further consideration, such as the recommendation of commentary in the code.

최근 지구온난화로 인한 피해가 심각해짐에 따라 화석연료 사용을 줄이고자 친환경 수소 에너지의 활용이 증가하고 있다. 이에 따라 수소의 저장 및 운송을 위한 수소 저장 용기의 수요가 확대되고 있으나, 현재 널리 사용되고 있는 강재 기반 저장 용기는 부식과 같은 내구성 저하 현상에 취약하다. 따라서 선행 연구는 지지부 부식에 따른 내진 성능 저하 문제를 해결하기 위해 부식 저항성 이 뛰어난 CFRP를 지지부 기둥을 적용하여 설계 하중에서 적용성을 검토하였다. 이때 본 연구는 CFRP의 강도-중량비가 높음을 고려 하여 기존 강재 구조물 지지부 ㄱ 단면 대비 높은 강성을 가진 H 단면과 ㅁ 단면을 지지부 기둥에 적용하여 연구를 수행하였다. 이때 실제와 가까운 해석 결과를 도출하기 위해 고유진동수 추출해석을 진행하여 감쇠 계수를 적용 시켰고, AC 156 인공 지진을 설계 하중 으로 적용한 결과, ㅁ 단면을 적용한 강재 기둥의 접합부 응력은 222.34 MPa로 기존 ㄱ 형강 대비 78.93%로 설계 하중에 만족함을 보였다. ㅁ 단면 적용 CFRP 기둥은 파손 지수(DI)를 통해 평가하였고, 이때 최대 DI는 수지 인장에서 발생하였으며, 그 값은 0.708로 파괴 기준 대비 29.2% 낮아 설계 하중에 만족함을 보였다. 또한, 기초 슬래브에서 쪼갬 인장 응력과 휨 인장 응력을 통한 평가를 진행 하였고, 현장 실험 결과와 마찬가지로 설계 하중에 휨 인장 파괴가 발생하는 것으로 확인하였다. 하지만 파단 시점은 CFRP에서 1.54배 오래 설계 하중에 견디는 것을 확인하여, 그 적용성을 확인하였다. 결론적으로 지진의 발생 빈도가 높아짐에 따라 수소 저장 용기의 안전성 확보가 시급하다. 따라서 기존 강재 대상 구조물의 부식으로 인한 강성 저하 문제를 해결하기 위해, 높은 내구성 및 부식 저항성 재료의 적용은 필수적이다. 동시에 기초 슬래브의 안전성 확보에 대한 연구가 추가적으로 수행되어야 한다.

본 연구에서는 지반-구조물 상호작용(SSI, Soil-Structure Interaction) 해석에서 계산 효율성과 해석 정확성을 동시에 확보하기 위해 철근 콘크리트 기둥의 단순 모델링 기법과 PML(Perfectly Matched Layer) 요소를 결합한 방법을 제안하였다. 단순 모델링 기법은 상 세모델과 비교하였을 때 강성 및 고유진동수 차이가 1% 이내로 나타나 구조물의 정적 및 동적 거동을 효과적으로 모사할 수 있음을 확인하였다. PML 요소를 적용한 SSI 해석은 반무한지반 모델 대비 계산 영역을 1/5로 줄이고, 해석 시간을 7% 수준으로 단축하면서 도 기둥의 고유진동수가 동일하게 나타났다. 이를 통해 PML 요소가 계산 비용을 대폭 줄이면서도 해석 결과의 정확성을 유지할 수 있음을 확인하였다.

Reinforced concrete (RC) columns exhibit cyclic damage, such as strength degradation, under cyclic lateral loading, such as earthquakes. Considering the cyclic damage, the nonlinear load-deformation response of RC columns can be simulated using a lumped plasticity model. Based on an experimental database, this study calibrates lumped plasticity model parameters for 371 rectangular and 290 circular RC columns. The model parameters for adequate flexural rigidity, plastic rotation capacity, post-capping rotation capacity, moment strength, and cyclic strength degradation parameter are adjusted to match each experimentally observed load-deformation response. We have developed predictive equations that accurately relate the model parameters to the design characteristics of RC columns through regression analyses, providing a reliable tool for engineers and researchers. To demonstrate their application, the proposed and existing models numerically simulate the earthquake response of a bridge pier in a metropolitan railway bridge. The pier is subjected to several ground motions, increasing intensity until collapse occurs. The proposed lumped plasticity model showed about 41% less vulnerable to collapse.

본 연구에서는 반복 하중에 의한 철근 및 GFRP로 보강된 교각 기둥부의 비선형 거동을 수치해석적으로 모사하기 위하여 Parabolic 함수와 Weibull 함수가 적용된 콘크리트 손상 소성모델 및 운동학적 경화모델을 적용하였다. 3차원 유한요소 모델링을 구현하였으며, 고속도로용 교각 기둥부의 실제 설계 제원을 기반으로 GFRP 보강근의 축방향 배근 개수를 변화하였을 때 하중-변위 곡선 및 포락선을 도출하여 각 변수해석 결과를 비교 분석하였다. 본 연구의 수치해석 결과로부터, 교각 기둥부와 같은 압축부재에 기존의 국외기준에서 GFRP 보강근의 압축성능이 무시된 것은 보수적이고 과다한 설계로 판단되며, 본 연구결과는 GFRP 보강근의 압축부 설계에 대한 가이드라인이 될 수 있을 것으로 기대된다.

본 논문에서는 소성 설계를 기반으로 한 프레임 구조 설계 시, 기둥의 종류에 따른 구조 제작 비용과 거동의 차이를 연구하였다. 축 력과 횡력을 모두 받는 구조물에 적합한 기둥 부재를 선택하는 것이 중요하며, 플라스틱 설계 방법을 채택할 경우 기둥의 역할이 더욱 강조된다다. 특히, 횡력은 기둥의 연성을 요구하며, CFT(콘크리트 충전 강관)형 기둥은 RC(철근 콘크리트) 기둥보다 높은 강철 비율 로 연성을 확보하게 된다. 이 논문에서는 CFT 기둥이 RC 기둥보다 더 나은 성능을 보이는지 확인하기 위해 다양한 구조 유형에서 기 둥을 설계하고 분석하였다. CFT 기둥을 소성 설계에 채택함으로써 얻을 수 있는 이점은 다양한 구조 유형에 따른 하중 유형의 분석을 통해 제시한다.

The purpose of this study is to experimentally analyze the seismic performance of a vertical irregular beam-column specimen reinforced with RBS (Replaceable Steel Brace System), a steel brace system. To evaluate the seismic performance of RBS, three specimens were manufactured and subjected to cycle loading tests. The stiffness ratio of beam-upper column of the non-retrofitted specimen was 1.2, and those of the two retrofitted specimens were 1.2 and 0.84. The stiffness ratio of the beam-lower column of all specimens was 0.36. And the stiffness ratio were used for variable. As a result of the experiment, the specimen retrofitted with RBS showed improved maximum load, effective stiffness and energy dissipation capacity compared to the non-retrofitted specimen with the same beam-upper column stiffness ratio. The specimen with 0.84 beam-upper column stiffness ratio showed improved performance compared to the specimen with 1.2 stiffness ratio.

This study proposes an economically affordable method for retrofitting non-seismic detailed roof reinforced concrete beam-column joints (BCJs). The proposed method presents an innovative arrangement of steel plates designed to delay the propagation of joint shear cracks by externally applying compressive stress to the area surrounding the BCJs. Two full-scale sub-assemblage specimens for each exterior and interior roof BCJ, i.e., control and retrofitted specimens, were subjected to reversed cyclic loading to evaluate the proposed method. The retrofitted specimens displayed a preferable ductile behavior to the corresponding control specimen, with an enhancement in lateral strength by at least 100%. Furthermore, retrofitted specimens dissipated up to 13 times more energy than the control specimen by initiating a plastic hinge on beams or columns. These results indicated the effectiveness of the proposed method in preventing joint shear failure and improving the seismic behavior of roof BCJs.

국내에서 지진 발생빈도가 증가함에 따라 다가구주택 필로티기둥의 내진보강이 필수적이다. FRP 패널은 경량성과 고강도를 갖춘 내진 보강재료 사용되고 있으나, 상대적으로 낮은 임계온도로 인해 화재에 취약하다. 따라서 FRP 패널로 보강된 RC 기둥의 내화 성능을 확보할 방안이 필요하다. 본 연구에서는 FRP 패널로 보강된 RC 기둥의 내화성능을 평가하기 위해, FRP 패널의 열적특성(비열, 열전도율, Weight loss)을 확인하는 소재시험을 진행하였다. 또한, FRP 패널로 보강된 RC 단주기둥에 뿜칠을 도포하고, 표준화재 1시간 동안의 온도거동을 분석하였다.

본 연구는 RC(철근콘크리트) 기둥과 FRP 콘크리트 기둥의 압축성능을 P-M 상관도를 통해 비교, 분석하였으며, 특히 콘크리 트 압축강도, 보강비, FRP의 탄성계수 변화에 따른 기둥의 거동 특성을 분석하였다. 연구 결과, 고강도 콘크리트(40MPa 이상) 사용 시 FRP 보강 기둥의 성능이 RC 기둥을 상회하며, 균형파괴점이 압축영역으로 이동하여 안정성이 향상됨을 확인하였다. 보강비는 0.010∼ 0.015 범위에서 최적 성능을 발휘하며, 과도한 보강은 오히려 취성파괴 위험을 증가시킬 수 있음을 확인하였다. FRP 물성 선택에 있어 낮은 파괴변형률과 적절한 탄성계수를 가진 재료를 사용하여 균형파괴점을 압축영역에 위치시키는 것이 중요함을 제시하였다. 본 연구 는 FRP 보강 기둥 설계 시 콘크리트 강도, 보강비, FRP 물성을 종합적으로 고려하여 압축성능을 최적화하고 안정성을 확보할 수 있는 방안을 제시하였다. 이러한 결과는 FRP 보강 콘크리트 기둥의 효과적인 설계 및 성능 향상에 기여할 것으로 기대된다.

Many school buildings are vulnerable to earthquakes because they were built before mandatory seismic design was applied. This study uses machine learning to develop an algorithm that rapidly constructs an optimal reinforcement scheme with simple information for non-ductile reinforced concrete school buildings built according to standard design drawings in the 1980s. We utilize a decision tree (DT) model that can conservatively predict the failure type of reinforced concrete columns through machine learning that rapidly determines the failure type of reinforced concrete columns with simple information, and through this, a methodology is developed to construct an optimal reinforcement scheme for the confinement ratio (CR) for ductility enhancement and the stiffness ratio (SR) for stiffness enhancement. By examining the failure types of columns according to changes in confinement ratio and stiffness ratio, we propose a retrofit scheme for school buildings with masonry walls and present the maximum applicable stiffness ratio and the allowable range of stiffness ratio increase for the minimum and maximum values of confinement ratio. This retrofit scheme construction methodology allows for faster construction than existing analysis methods.

Many older reinforced concrete (RC) buildings were constructed and designed with only gravity loads in mind. Columns in those buildings have insufficient reinforcement details that do not satisfy the requirements specified in current seismic design standards. This study aims to develop drift-based fragility functions for lightly RC columns. For this purpose, a database of 193 lightly RC columns was constructed to determine central and dispersion values of drift ratios for individual damage states. Additionally, to develop more accurate fragility functions of the columns, the failure mode of RC columns was incorporated into fragility functions. The classification procedure for column failure mode is proposed in this study. Fragility functions for older RC columns are constructed according to four different damage states. The main variables of the fragility functions proposed in this study are column properties and failure mode.

For low-rise piloti-type buildings that suffered significant damage in the Pohang earthquake, the seismic performance of those designed by codes issued before and after the earthquake has been recently revised. This study started with the expectation that many of the requirements presented in the current codes may be excessive, and among them, the spacing of column stirrup could be relaxed. In particular, the recently revised design code of concrete structures for buildings, KDS 41 20 00, suggests that the column stirrup spacing is 1/2 of the minimum cross-sectional size or 200 mm, which is strengthened compared to KBC 2016, but relaxed than the current KDS, 41 17 00, which is 1/4 of the minimum size or 150 mm. As a result of the study, it was found that the target performance level was sufficiently satisfied by following the current standards and that it could be satisfied even if the relaxed spacing was followed. Therefore, the strict column stirrup spacing of KDS 41 17 00 could be relaxed if a wall other than core walls is recommended in the current guideline for the structural design of piloti-type buildings.

최근 Carbon Fiber Sheets(CFS)를 이용하여 철근콘크리트(RC) 기둥을 보강하는 방법이 널리 사용 되고 있다. 기존 연구들은 대부분 원형 단면을 가진 RC 기둥에 초점을 맞추고 있는 반면, 사각 단면 을 가진 RC 기둥에 대한 연구는 비교적 제한적이다. 특히 실험 결과를 예측하기 위한 해석적 연구는 실험적 연구에 비해 제한적으로 수행되었다. 따라서 본 연구에서는 CFS로 횡구속된 RC 기둥의 횡구 속 효과를 예측하기 위한 해석적 연구결과를 제시한다. CFS로 횡구속된 RC 기둥의 횡구속 효과를 예 측하기 위해 상용 구조해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 유한요소해석이 수행되었다. 유한요소해 석 시 콘크리트는 Solid 요소로 모델링 되었으며, 철근과 CFS는 각각 Beam 요소 및 Shell 요소로 모 델링 되었다. 또한 콘크리트와 철근은 일체 거동하는 것으로 가정되었으며, CFS와 콘크리트는 완전부 착하는 것으로 가정되었다. 실험결과와 해석결과의 파괴양상을 분석하였을 때, 본 연구에서 제안된 유 한요소해석 모델은 실험체의 부착파괴를 적절히 모사할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 해석을 통해 예측된 극한응력에 대한 실험결과의 오차는 평균 2.97%로 나타났으며, 극한응력 시의 축방향 변형률 및 횡방향 변형률은 실험결과와 비교하여 각각 평균 17.32% 및 9.52%의 오차를 나타내었다. 따라서 제안된 해석모델은 CFS로 횡구속된 RC 기둥의 횡구속 효과를 비교적 잘 예측할 수 있는 것으로 판 단된다.