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.

본 연구는 고속도로용 RC 교각 기둥구조에 대하여 축방향 기존 철근을 중공철근으로 대체하는 설계방안을 제시하였 다. 동일직경 기준으로 기존 이형철근을 중공철근으로 대체할 수 있는 합리적인 설계방안을 제시하였으며, 기존 축방향 배근량 을 감소하는 방안을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 설계방안을 검증하기 위하여 3차원 유한요소 구조해석을 수행하였으며, 압 축하중에 의한 변수 수치해석을 통하여 본 연구에서 제안한 방안의 타당성을 제시하였다. 향후 다양한 변수 수치해석 및 실물 시험을 통하여 본 연구에서 제시한 설계방안에 대한 추가 검증이 필요하다.

This study presents a sustainable design method to optimize the embodied energy and CO2 emission complying with the design code for reinforced concrete column. The sustainable design method effectively achieves the minimization of the environmental load and energy consumption whereas the conventional design method has been mostly focused on the cost saving. Failure of reinforced concrete column exhibits compressive or tensile failure mode against an external force such as flexure and compression; thus, optimization analyses are conducted for both failure modes. For the given sections and reinforcement ratios, the optimized sections are determined by optimizing cost, embodied energy, and CO2 emission and various aspects of the sections are thoroughly investigated. The optimization analysis results show that 25% embodied energy and 55% CO2 emission can be approximately reduced by 10% increase in cost. In particular, the embodied energy and CO2 emission were more effectively reduced in the tensile failure mode rather than in the compressive failure mode. Consequently, it was proved that the sustainable design method effectively implements the concept of sustainable development in the design of reinforced concrete structure by optimizing embodied energy consumption and CO2 emission.

This paper presents the resizing method of columns and beams that considers column-to-beam strength ratios to simultaneously control the initial stiffness and ductility of steel moment frames. The proposed method minimizes the top-floor displacement of a structure while satisfying the constraint conditions with respect to the total structural weight and column-to-beam strength ratios. The design variable considered in this method is the sectional area of structural members, and the sequential quadratic programming(SQP) technique is used to obtain optimal results from the problem formulation. The unit load method is applied to determine the displacement participation factor of each member for the top floor lateral displacement; based on this, the sectional area of each member undergoes a resizing process to minimize the top-floor lateral displacement. Resizing members by using the displacement participation factor of each member leads to increasing the initial stiffness of the structure. Additionally, the proposed method enables the ductility control of a structure by adjusting the column-to-beam strength ratio. The applicability of the proposed optimal drift design method is validated by applying it to the steel moment frame example. As a result, it is confirmed that the initial stiffness and ductility could be controlled by the proposed method without the repetitive structural analysis and the increment of structural weights.

This study describes the development of innovative connections between steel beams and concrete-filled tube columns that utilize a combination of low-carbon steel and super-elastic shape memory alloy components. The intent is to combine the recentering behavior provided by the shape memory alloys to reduce building damage and residual drift after a major earthquake with the excellent energy dissipation of the low-carbon steel. The analysis and design of structures requires that simple yet accurate models for the connection behavior be developed. The development of a simplified 2D spring connection model for cyclic loads from advanced 3D FE monotonic studies is described. The implementation of those models into non-linear frame analyses indicates hat the recentering systems will provide substantial benefits for smaller earthquakes and superior performance to all-welded moment frames for large earthquakes.

For the artistic column used by Glass Fiber Reinforced Plastic(GFRP), the connection of steel with GFRP were needed. Due to the fabricating characteristics of hand laminating, GFRP surfaces had to be connected. Because there were no existed data of these connection, experimental study has to be followed so that the structural strength and buckling mode could be investigated. In this paper, therefore, the axial tests of steel with GFRP were performed. The connection of GFRP's surfaces could be also tested as well. As a result, it could be figured out that the strength of these connections were determined by the adhesive strength.

최근 환경오염 문제에 대한 심각성이 대두되며 전 세계적으로 환경부하 저감을 위해 다양한 노력을 쏟고 있다. 특히 환경 저해 산업의 하나인 건설분야에서는 CO2배출량과 에너지 소비량을 줄이기 위해 활발한 연구를 진행해 왔다. 그러나 건설분야의 기존 연구들은 대부분 CO2배출량이 가장 큰 사용 및 유지관리 단계에만 집중하고 있으며, 설계단계에 대한 연구는 2D의 철근콘크리트 부재 및 구조물에 대해서만 실행되었을 정도로 초기단계이다. 사실, LCA적 관점에서 친환경적 건설산업을 이루기 위해서는 건물의 초기설계 단계에서부터 CO2배출량을 저감시키기 위한 방향으로 설계를 유도할 수 있어야 하며, 구조 엔지니어로서 환경성을 고려한 설계안을 제시할 수 있어야 한다. 그러므로 본 연구에서는 매입형 합성기둥(SRC)을 대상으로 CO2최적화 기법을 제시하였으며, 이를 통해 얻은 여러 설계단면을 이용하여 SRC기둥의 CO2배출량에 영향을 미치는 3가지 요소(① 강재 크기, ② 콘크리트 압축강도, ③ 작용 하중 크기)에 대한 영향관계를 분석하였다.

In this study a hybrid safety barrier system consisting of steel rail and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) post is considered. W hile CFRP post is selected for impact energy reflection due to its high strength, steel rail is selected for impact energy absorption due to its high ductility. A numerical model considering the elastoplastic behavior of steel is formulated to simulate the dynamic responses of the hybrid system subject to an impact load. A hybrid roadside guard rail system of steel rail and CFRP post is proposed and analyzed with a case study. The numerical model for the hybrid roadside guard rail system is used to find optimized design of the proposed hybrid system.

본 연구에서는 변위기반 성능설계 개념에 의해 기존 철근콘크리트 기둥과 콘크리트에 강재를 매입한 SRC 합성기둥에 대하여 최대 설계지진 가속도에 대한 내진성능개선의 성능설계을 비교하였다. SRC 합성기둥은 구조물의 강도를 증가시킬 뿐 아니라 연성도를 증가시키는 효과가 있다. SRC 합성기둥의 단면은 H형 강재와 원형의 중공 강관을 매입한 형태로 구성되어 있다. SRC 합성기둥에 대한 P-M상관도와 단면 공칭휨모멘트를 분석하고 이를 바탕으로 SRC 합성기둥에 대한 설계 변위 추정을 위해 변위기반 내진 설계 알고리즘을 제시하였다. 성능기반설계에 의한 성능개선설계를 위하여 목표성능변위 및 설계지진가속도 조건에 대해 직접변위 기반 설계방법 및 변위계수법에 의한 내진성능개선 설계 방법을 제시하였다. SRC 합성기둥은 기존 RC 기둥과 비교하여 성능개선 설계 결과 변위 연성비 및 변위성능에서 크게 개선된 성능설계 결과를 나타내었다.

유리강회플라스틱(GRP)은 재료의 자중에 비해 아주 높은 강도를 가지고 있다. 또한 부재의 두께에 따라서 투명 혹은 반투명의 효과를 거둘 수 있다. 하지만 Hand laminating의 특성상 일률적인 재료의 강도를 선뢰하기 어렵기 때문에 구조 계산 혹은 설계 시 반드시 재료 실험을 수행하여야한다. 본 논문은 두께 4mm, 높이 30m의 의장적 기둥을 구조적으로 설계하기 위한 재료 실험을 수행하였다. 또한 실험 결과에 대한 평가를 통해 DIN에서 규정하는 재료적인 강도와 비교 분석하였다. 이를 통해 규준에서 제시하는 값과의 차이를 확인했으며 실제 설계에 반영하기 위해 반드시 재료실험이 수행되어야함을 알 수 있다.

The Axial compression tests were conducted on FRP strengthened circular CFT short clumns with the test parameters of D/t ratio and the number of FRP sheet ply. The ultimate strength design formula were proposed by applying ACI 440 code for FRP strengthened circular CFT columns.

본 연구는 기존 철근콘크리트 구조물에 대하여 대표적인 변위-기반 설계법인 Chopra&Goel 이 제안한 직접변위-기반 설계법의 기본개념을 적용하여 최대 설계지반 가속도에 대한 보강 Steel Jacket의 두께를 결장하고, 결정된 보강 두께를 적용하여 보강전 후 성능설계기법에 의한 비선형 해석 및 보강설계법에 의한 보다 개선된 알고리즘 및 프로그램을 제시하였다. Steel Jacket 보강된 철근콘크리트 기둥에 대한 설계 변위 추정을 위해 Steel Jacket 보강된 철근콘크리트 부재의 비선형 층상화 세그멘트 해석 모델을 제시하고, 성능기반설계에 의한 성능개선설계를 위하여 목표성능변위 및 설계자전가속도 조건에 대해 직접 변위-기반 설계 방법 및 변위계 수법에 의한 내진성능개선 설계 방법을 제시하였다. 적용 예에서 본 방법은 기존 철근콘크리트 기둥과 비교하여 성능개선설계 결과 보강 전에 비해 변위 연성비 및 변위성능에서 크게 개선된 성능설계 결과를 제공해 주었다.

본 연구에서는, 기존 철근 콘크리트 구조물에 적용된 직접 변위-기반 설계법을 적용 FRP 피복 보강된 성능개선 콘크리트 부재에 대한 정밀 비선형 휨 해석 및 내진성능설계의 구체적 알고리즘을 제시하였다. 비선형 휨 해석의 정밀 예측을 위하여 콘크리트 및 FRP 복합재료의 다축 구성관계를 고려하였으며, Chopra 등 (1999)이 제안한 직접 변위-기반 설계법(DDM)을 개선하여 철근콘크리트 기둥에 대한 성능개선을 위한 FRP 피복 보강을 위한 성능설계 알고리즘을 제시하였다. 제시된 직접 변위-기반 설계법은, 변위계수법과 비교하여, 비선형 거동이 큰 경우에도 목표 변위 성능 값에 대한 정확한 추정을 해준다. 이는 변위계수법이 항복 이전의 유효탄성계수를 사용하는 반면, 직접 변위-기반 설계법은 유효탄할선탄성계수를 고려하고 있어, 목표 변위에 따른 성능설계 평가에 있어서 보다 높은 연성비의 거동을 반영하고 있기 때문인 것으로 평가된다.

Steel, concrete and their combination materials are the most 6commonly used materials for civil engineering structural systems such as buildings, bridge structures and other structures. Recently, however, fiber reinforced polymer (FRP) composites, a relatively new composite material made of fibers and polymer resins, have been gradually used in structural systems as an alternative structural material. This paper describes a comparison of design strength equations for steel column and FRP composite column based on design philosophies. The safety factors used in allowable stress design (ASD) are relatively higher in FRP structural design than steel structural design. Column critical stress equations of FRP composites column from an experimental study can be represented by Euler elastic buckling equation at the long-range of slenderness, and an exponential form at the short-range of slenderness as defined in Load and Resistance Factor Design (LRFD) of steel column. The column strength of steel and FRP composite columns in large slenderness is independent of material strength, this result verified the elastic buckling equation as derived by Eq. (15) and Eq. (5).

외측 보-기둥 접합부에 정착된 곧은 보 주철근의 인발거동을 예견하기 위한 해석모델이 개발되었다. 이 모델은 외측조인트에 수직방향으로 콘크리트를 구속하기 위하여 횡방향 철근을 배치한 상태의 구속조건(confined condition)하에서 이형철근의 부착특성에 관한 정착철근의 직경, 콘크리트 압축강도, 항복강도, 철근간격 및 주압력(column pressure)에 대한 영향을 고려할 수 있는 국부부착에 관한 시뮬레이션을 구체화하였다. 이 연구에서 채택된 해석 기법은 횡방향 철근이 배근된 공시체에 매입한 곧은 이형철근에 대한 인발실험의 결과를 만족하게 예견하였다. ACI-ASCE 352 위원회가 제안하고 있는 외측조인트 상태에서의 정착 철근길이에 관한 규정이 개발된 해석접근법을 사용해 평가 되었다. 이 해석 평가의 결과는 현재의 외측조인트의 구속조건에서의 정착길이에 대한 규정이 너무 안정적인 측면에 있다는 것을 암시하고 있다.

모듈형 구조시스템은 학교 및 아파트 건물과 같은 저층 및 중층 구조물에 점점 더 많이 사용되고 있다. 최근에는 고층 건물에 모듈러 구조시스템을 적용하는 방법에 대한 연구가 수행되고 있다. 고층 모듈러 구조시스템에 대해 충분한 저항력과 경제적인 구조를 제공하기 위해 복합모듈 구조시스템이 제안되었다. 본 연구에서는 일련의 실험을 통해 단위 복합모듈 구조에 적용하기 위한 목적으로 비대칭 복합 기둥의 강도를 평가하고자 하였다. 실험적 연구는 기둥의 세장비, 편심율 및 관통바 유무에 따라 기둥의 강도에 미치는 영향에 중점을 두었다. 단위 모듈 구조에 대한 비대칭 기둥단면의 설계식을 제안하였다. 결과로부터, 설계식은 단위 복합모듈 구조에서 비대칭 기둥단면의 적절한 강도 예측을 제공한다는 것을 알 수 있다.

For the safe design of steel-concrete composite structure, usable yield strength of steels are limited in most of design standard. However, this limitation sometimes cause the uneconomical design for some kind of members such as slender columns which was affected by elastic buckling load. For the economical design for slender columns, parametric study of RCFT (Rectangular CFT) with high-strength steel is conducted, especially investigating the limitation of yield strength of high-strength steels. Using ABAQUS, finite element analysis program, the finite element model was constructed and calibrated with experimental study for RCFT with high strength steel which have yield strength up to 680MPa. Investigated design parameters are yield strength of steel, compressive strength of concrete, steel thickness and slenderness ratio. The effect of desgn parameters were compared with design standard, KBC-09. From the parametric study with 54 models and previous test specimens, RCFT can be safely design with higher yield strength of steels than currently limited by KBC for large range of slenderness ratio.

This paper presents a design process of columns in precast concrete frame building structure constructed by using hollowed precast concrete (HPC) column. An example PC frame building was designed and the structural safety of HPC columns was checked as a form for during slab construction and a composite column for design load after construction based on the previous research.

In the research, there were seismically strengthened reinforced concrete composite columns by applying Strain Hardening Cementitious Composites(SHCC). The seismic performance of SHCC-RC composite columns were studied by the concepts of seismic performance-based design approaches as well as with experiments.

본 연구에서는 이중강관-콘크리트 합성 (double-skinned composite tube; DSCT) 기둥 단면을 자동으로 설계하는 소프트웨어를 개발하고, 이를 이용한 단면 설계 예를 제시하였다. 본 설계 소프트웨어는 DSCT 기둥의 외경 및 콘크리트와 내부·외부 강관의 재료 물성치를 입력하고, 모멘트 및 축력과 같은 요구 성능을 입력하면, 외부 강관의 두께, 중공비, 내부 강관의 두께 등의 인자를 변화시켜 수백 개의 단면 종류에 대해 해석을 실시하고, 이 중 요구 조건에 맞는 10개의 설계안과 각 안에 대한 축력-모멘트 상관 관계도를 제시하여 준다. 해석 방법은 기존 연구자에 의해 개발된 DSCT 기둥의 비선형 해석 솔버(한택희 등, 2011)를 이용하였으며, 콘크리트의 구속효과에 의한 강도 증진, 콘크리트 및 강관의 재료 비선형성을 고려하였다. 본 연구에서는 내부 강관으로 일반 강관을 갖는 경우와 파형강관을 갖는 경우에 대해 해석 예제를 수행하였으며, 제시된 해석 예제 중 만족하는 설계 안이 없을 경우에 대한 재설계 예를 제시하였다. 단면 설계 수행 결과 개발 소프트웨어는 요구 성능을 만족하는 최적 설계안을 제시함을 알 수 있었다.