This study conducted nonlinear static analyses to evaluate the effect of structural eccentricity on the seismic performance of piloti-type buildings. Analytical models reflecting the actual structural details of buildings acquired and operated by the Korea Land and Housing Corporation (LH) and the Seoul Housing and Communities Corporation (SH) were developed, and eccentricity ratios were considered as key analytical parameters. The effects of eccentricity on structural response were quantitatively assessed through the evaluation of performance points, plastic hinge distribution, axial load sharing ratio, and interstory drift ratio. The analytical results demonstrated that increasing eccentricity caused the performance point to approach the maximum load and concentrated plastic hinges at the ground story, leading to a noticeable degradation in overall seismic performance. Furthermore, when the eccentricity exceeded approximately 8%, the interstory drift ratio at the ground story tended to surpass the allowable limit specified in the national seismic performance evaluation guidelines. Accordingly, maintaining the eccentricity ratio below approximately 5% is suggested as a rational design strategy to ensure stable seismic performance. The findings provide valuable insights for improving seismic performance evaluation methods and design criteria for piloti-type structures.

본 연구는 3차원 비선형 유한요소해석을 이용하여 고속도로 2주형 교각 코핑부에서 철근을 유리섬유보강폴리머(GFRP) 보강 근으로 대체하는 경우를 평가하였다. 콘크리트의 균열, 손상 및 보강근 응답을 모사하기 위해 콘크리트 손상소성(CDP) 모델을 적용하 였다. 단조하중 조건에서 철근 기준 Case와 다수의 GFRP Case를 비교하였다. 주요 변수로는 GFRP의 강성, 콘크리트와의 부착계수 영향, 그리고 수직 전단보강근 상세 배근을 포함하였다. 수치해석 모델은 실험 경향과의 비교를 통해 검증되었으며 전반적인 거동이 일관되게 나타났다. GFRP로의 대체는 철근 대비 강성과 하중 전달 메커니즘을 변화시켰다. 또한 콘크리트 손상이 전체 응답과 파괴 진행을 지배하는 주요 요인으로 나타났다. GFRP 강성이 높고 부착성능이 우수할수록 구조 효율과 상세설계의 실현성이 향상되었다. 적절한 설계가 전제될 경우 전단보강근의 양은 전체 거동에 미치는 영향이 제한적인 범위에서 최적화가 가능하였다. 이상의 결과는 GFRP 적용의 실무적 가능성을 뒷받침하는 동시에, GFRP의 선형탄성ㆍ취성 거동과 국부 응력집중 가능성을 고려할 필요가 있음을 시사한다.

유연한 지반 위에 놓인 비정착식 원통형 액체저장탱크의 지진응답을 바닥판의 들림을 고려하여 산정하기 위한 유한요소 해석기법 을 개발한다. 지반-구조물 상호작용력과 저장 액체 동수압력을 재료 및 기하 비선형 거동을 고려한 구조물의 비선형 유한요소 모형과 결합한다. 구조물과 지반 사이의 들림을 모사하기 위해 인장에 대해서는 강성을 무시할 수 있는 비선형 스프링 요소를 사용한다. 개발 된 비선형 유한요소 모델을 사용하여 지진지반운동이 작용하는 액체저장탱크의 지진응답을 정밀히 산정한다. 구조물의 재료 및 기 하 비선형 거동을 고려하면 구조물 벽체의 응력이 크게 증가하여 소성 응답이 증가하지만, 바닥 들림까지 고려하게 되면 구조물 바닥 이 자유롭게 들리게 됨으로써 구조물의 응력과 소성 응답이 크게 감소하게 된다. 그러므로 구조물의 재료 및 기하 비선형 거동 뿐만이 아니라 구조물과 지반 접촉면의 분리(바닥 들림)와 같은 경계 비선형 거동을 엄밀히 고려하여 비정착 유체-구조물-지반 상호작용계 의 지진응답을 정확히 산정해야 할 것이다.

To ensure structural safety, seismic performance must be evaluated under ground motions applied in the principal direction that produces the maximum seismic response. However, in irregular buildings, additional torsional behavior may cause this principal direction to deviate from the analysis axes. Determining the principal direction requires identifying the orientation that yields the maximum base shear among all possible directions, which makes the procedure highly cumbersome. In practice, the 100:30 combination rule specified in current seismic design provisions is commonly used to evaluate seismic responses while conservatively accounting for multi‐directional excitation effects. This study examines the validity of this rule for irregular buildings. After identifying the principal direction of the irregular building, nonlinear static analyses were performed by applying seismic loads along either the principal direction or the analysis axes. The analysis results showed that the 100:30 combination rule produced non-conservative outcomes even for regular buildings, and this tendency became more pronounced in irregular buildings due to torsional effects. To address this issue, the 100:40 combination rule was also examined; however, no significant improvement was observed. In addition, this study proposed a simplified mode-shape–based method for identifying the principal direction, which yielded results comparable to those obtained with the more rigorous base-shear–based approach.

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.

본 논문에서는 OpenSees 프로그램을 사용하여 축력과 폭발하중을 받는 철근콘크리트 기둥의 SDOF 해석 절차를 제시하였다. 해석 의 정확도를 검증하기 위해 저항함수 검증과 축력 및 폭발하중을 받는 철근콘크리트 기둥의 동적 거동을 비교하였다. 192개 단면에 대해 재료 강도, 철근비, 단면비, 축하중비를 주요 매개변수로 사용하여 매개변수 해석을 수행하였다. 축력을 고려하지 않을 경우 최 대 변위에 있어서 최대 50%의 오차가 발생하였다. 연성비 3을 기준으로 축하중비 30% 미만에서는 연성 거동을, 30% 이상에서는 취 성 거동을 보였다. 본 연구는 축력과 폭발하중을 받는 철근콘크리트 부재의 SDOF 해석 절차를 개발하고, 축하중비에 따른 내폭 설계 기준을 제시함으로써 내폭 설계에 널리 활용될 수 있다.

본 연구는 보행자용 방호울타리의 구조 재료를 FRP로 대체하는 경우의 구조적 타당성을 동적 조건에서 검토하였다. ABAQUS/Explicit 기반의 비선형 충돌 해석을 통해 FRP 복합재 방호울타리의 충돌 거동을 분석하였으며, 각 재료의 비선형성을 반영 한 적절한 재료 모델을 적용하였다. 해석 결과, 기존 강재 방호울타리는 최대 약 167.6 mm의 변위가 발생하였으며, 방호구조물 및 기둥부의 소성 파괴가 관촬되었다. 추가적으로 콘크리트 연석의 고정부에서는 광범위한 파괴 양상이 확인되었으며, 이는 차량 충돌 시 구조체가 보행자 측으로 비산될 수 있는 위험성을 내포한다. 한편, CFRP 및 GFRP 방호울타리는 강재 대비 최대 변위가 약 7.1∼ 9.6%까지 증가하였으며, Hashin 파손 기준에 따른 파손 지수가 최대 1,548.428로 나타나 초기 단계에서 파손이 시작된 것으로 분석 되었다. 이러한 결과는 단순한 재료 치환만으로는 충분한 구조 안전성을 확보하기 어려움을 보여주며, FRP 복합재에 적합한 구조 설계 및 변수 최적화에 대한 추가 연구가 필요함을 시사한다. 아울러 수치해석 결과의 신뢰성 확보를 위해서는 향후 실험적 검증이 필수적이다.

본 연구는 고속철도 궤도 구조의 핵심 부재인 상부 콘크리트층(TCL)에 GFRP 보강근을 적용하여 기존 철근을 대체한 구조의 비선형 동적 거동 특성을 규명하였다. GFRP는 비도전성, 내식성, 경량성과 같은 특성을 갖추고 있어 철도 신호 간섭 방지와 내구성 향상에 적합하다. 국내외 설계기준은 정적 하중 중심이어서 GFRP 적용 구조의 동적 응답과 균열 거동에 대한 연구가 부족한 상황이다. 이에 본 연구에서는 동적 비선형 3차원 유한요소해석을 수행하여 GFRP 보강 TCL 구조와 기존 철근 보강 구조의 하중-변위, 균열폭, 응력 분포를 비교하였다. 분석 결과, 철근 적용 구조는 높은 연성으로 인해 반복 재하에 따른 균열 확대가 크지만 GFRP 적용 구조는 취성적 파괴 양상을 보이며 균열폭이 작고 안정적이었다. 두 구조 모두 허용기준 내의 성능을 만족하였으며, GFRP 보강 구조는 특히 반복 하중에 대한 안정성과 구조 신뢰성에서 우수한 결과를 나타냈다. 본 연구는 GFRP 보강근을 활용한 철도 구조물의 설계 및 유지관 리 측면에서 실용적 근거를 제시하며, 향후 설계기준 수립에 기여할 수 있을 것이다.

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.

건설 구조물의 기초에 많이 사용되고 있는 말뚝의 횡방향 거동특성을 검토하기 위해서는 말뚝의 휨 거동에 대한 비선형 수치해석을 수행할 필요가 있다. 범용 구조해석 소프트웨어로 말뚝 구조물의 비선형 거동을 검토하는 위해서는 합리적인 재료모델을 정의할 필요 가 있다. 특히, 지진 발생 시 등 구조물의 한계상태에서의 안정성을 검토하기 위해서는 적용 가능한 건설재료의 비선형 재료모델에 따 른 해석결과의 타당성을 검토해야할 확보할 필요가 있다. 본 연구에서는 STRAND7 해석 소프트웨어에 기존 연구에서 단순화하여 제 시한 철근과 콘크리트 재료의 응력-변형률 곡선과 콘크리트의 Mohr-Coulomb 재료모델을 적용하여 변위제어에 의한 일련의 비선형 수치해석을 수행하였다. 비선형 재료모델에 따른 휨 거동 결과를 검토하여 재료모델의 사용성을 살펴보았다.

형상기억합금(SMA)-섬유 액추에이터는 소프트 로봇 공학 및 웨어러블 기술을 포함한 다양한 분야에서 큰 주목을 받아왔다. 이러 한 부드러운 액추에이터는 SMA와 단순 직물 섬유를 결합하여 개발되었으며, K 루프와 P 루프라는 두 가지 루프 패턴으로 편직되었 다. 두 루프 모두 루프 헤드 형상으로 인해 반대 굽힘 특성으로 구별된다. 그러나 이러한 액추에이터 시트의 편직 공정에는 전문 지식 과 시간이 필요하므로 편직 루프 작동 시트의 생산 비용이 높아진다. 이 논문에서는 전압을 가할 때 큰 변형이 발생하는 SMA 직물 기 반 액추에이터의 변형을 평가하는 새로운 방법을 소개하였다. SMA 재료의 매우 비선형적인 구성 방정식으로 인해 수치 분석을 위한 분석 모델을 개발하는 것은 어렵다. 따라서 본 연구에서는 SMA 재료의 대변형을 고려하면서 SMA-섬유 액추에이터의 초기 설계에 사용할 수 있는 선형 구성 방정식을 활용하는 새로운 접근 방식을 제안하였다. 전기-기계연성 효과를 모델링할 수 있는 선형구성방적 식은 ABAQUS의 UMAT을 사용하여 구현하였다. 이 등가 단위 셀 모델(EUC)은 K-루프와 P-루프의 실험적 굽힘 작동 결과와 비교하 여 검증하였다.

본 논문에서는 충격파 형태의 폭발 하중을 받는 부재의 소성 범위를 고려한 SDOF 해석의 수정계수를 개발하였다. SDOF 해석의 수 정계수는 MDOF 해석 결과 값을 비교하여 도출하였다. SDOF 해석에 영향을 미치는 매개변수로 부재의 경계조건, 폭발 하중 지속시 간과 고유주기 비를 선정하였다. 수정계수는 탄성 하중-질량 변환 계수를 기준으로 산정하였다. 수정계수 곡선은 상한, 하한 매개변수 경계 사이에 있도록 타원 방정식을 이용하여 도출하였다. 서로 다른 단면과 경계조건을 가지는 예제에 수정계수를 적용한 결과 SDOF 해석의 오차율이 15%에서 3%로 감소하였다. 본 연구의 결과는 수정계수를 적용하여 SDOF 해석의 정확도를 높임에 따라 폭발 해석 에 널리 활용될 수 있다.

비선형적 서사 기법은 시공간적 초월성과 설득력 있고 다양한 가능성의 사건 전개의 방식을 말하며 이를 뮤지컬의 등장인물에 적용하며 서사를 전달하는 주인공이 아닌 다른 등장인물들 중에서 비선형적 인 인물의 가치와 역할을 분석하는데 연구의 목적이 있다. 본 연구는 이야기를 전달하는 인물이 아닌 새로이 창작된 인물들이 등장하는 뮤지컬 <엘리자벳>과 <서편제>를 통해 비선형적 인물들을 규정하고 이들의 음악적 역할들을 분석하였다. 뮤지컬 <엘리자벳>에서 루케니는 지속적인 사건 개입과 시간과 공간으로 넘나들며 관객을 이끌어가고, 토드는 추상적인 의미를 인물화 하여 음악적 변화를 주도하는 대표적인 비선형적 인물이다. 뮤지컬 <서편제>의 비선형적 인물은 대중음악을 공연을 위한 새로운 인 물 춘식으로 다른 음악적 양식을 융합하는 역할을 주로 한다. 동호모는 비선형적인 인물로 죽음과 상처 그리고 오랜 유랑생활을 상징하는 초월적 인물이며 시공간을 이끄는 역할을 한다. 본 연구는 뮤지컬 주인공이 아닌 비선형적인 인물들을 분석하여 무대에서 시공간을 효과적으로 전환하고, 다양한 음악 장르들을 융합할 수 있으며 더 나아가 흥행적인 요소를 가진 뮤지컬 배역을 개발할 수 있다. 뮤지컬에 서 비선형적인 인물들의 연구는 다양한 음악의 융합과 보다 구조적으로 짜임새 있는 뮤지컬을 제작할 수 있다.

유체-구조물-지반 상호작용을 고려한 액체저장탱크의 유한요소 모형을 제시하고, 비선형 지진응답 해석기법을 정식화한다. 탱크 구조물은 기하 및 재료 비선형 거동을 고려할 수 있는 쉘 요소로 모델링한다. 유체의 거동은 acoustic 요소로 구현하고, interface 요소 를 사용하여 구조물과 결합한다. 지반-구조물 상호작용을 고려하기 위해 지반의 근역과 원역을 각각 solid 요소와 perfectly matched discrete layer로 모델링한다. 예제 20만 kl급 액체저장탱크의 지진취약도 해석에 적용하여, 유연한 지반에 구조물이 놓인 경우 부지에 서의 암반노두운동의 증폭 및 필터링으로 인해 지진취약도의 중앙값과 대수 표준편차가 감소하는 것을 관찰할 수 있다.

PURPOSES : Concrete, which is a construction material, is the most widely used compression material; however, unlike steel, it exhibits nonlinear material characteristics. Therefore, to examine the behavior of structures under the nonlinear conditions of concrete materials, one must select an appropriate numerical-analysis technique and a reasonable material model. When performing the nonlinear numerical analysis of a structure using general-purpose structural analysis software, the stress–strain curve or the Mohr–Coulomb failure criterion is typically employed to consider the nonlinear material characteristics. In this study, an efficient nonlinear numerical analysis is conducted by defining the stress–strain curves and Mohr–Coulomb parameters applicable to Strand7 to examine and design the stability of reinforced concrete structures. METHODS : This study was conducted by improving existing data. Based on the tensile region of the concrete stress–strain curve presented in a simple shape and the results of the splitting test, the proposed Mohr–Coulomb parameter was improved based on regulations stipulated in the design standards of concrete structures. The characteristics and usability of the improved material models were examined using concrete splitting tensile and bending models. RESULTS : A yield area distribution similar to that of the reference data is obtained when the Mohr–Coulomb material model is used in the numerical analysis of the concrete splitting tension, thus confirming the validity of the model. In the Mohr–Coulomb material model, nonlinear resistance continues even after the maximum reaction force occurs. However, when the stress–strain curve material model is applied, at the moment the maximum reaction force occurs, the material yields and begins to be damaged. In addition, by applying the Mohr–Coulomb material model to the bending numerical-analysis model, the magnitude of stress in the tensile region from the initial stage exceeds the yield stress defined in the stress–strain curve. CONCLUSIONS : Based on a series of examples, the usability of the proposed concrete stress–strain curve and Mohr–Coulomb parameters is confirmed. However, to obtain numerical-analysis results that are consistent with the nonlinear behavior of actual structures, nonlinear testing of reinforced concrete structures shall be conducted and material models shall be improved.

This study presents code-compliant seismic details by addressing dry mechanical splices for precast concrete (PC) beam-column connections in the ACI 318-19 code. To this end, critical observations of previous test results on precast beam-column connection specimens with the proposed seismic detail are briefly reported in this study, along with a typical reinforced concrete (RC) monolithic connection. On this basis, nonlinear dynamic models were developed to verify seismic responses of the PC emulative moment-resisting frame systems. As the current design code allows only the emulative design approach, this study aims at identifying the seismic performances of PC moment frame systems depending on their emulative levels, for which two extreme cases were intentionally chosen as the non-emulative (unbonded self-centering with marginal energy dissipation) and fully-emulative connection details. Their corresponding hysteresis models were set by using commercial finite element analysis software. According to the current seismic design provisions, a typical five-story building was designed as a target PC building. Subsequently, nonlinear dynamic time history analyses were performed with seven ground motions to investigate the impact of emulation level or hysteresis models (i.e., energy dissipation performance) on system responses between the emulative and non-emulative PC moment frames. The analytical results showed that both the base shear and story drift ratio were substantially reduced in the emulative system compared to that of the non-emulative one, and it indicates the importance of the code-compliant (i.e., emulative) connection details on the seismic performance of the precast building.