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        2층도로용 강구조 덱 시스템의 최적설계

        조효남,민대홍,김현우,Cho, Hyo Nam,Min, Dae Hong,Kim, Hyun Woo 한국강구조학회 1998 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.10 No.3

        Recently, more and more steel-deck structural system for two story roads has been adopted as a solution against traffic congestion in urban area, mainly because of fast construction, reduced self-weight, higher stiffness and efficient erection compared to that of concrete decks. The main objective is to study on the unit-elective optimal type and proportioning of a rational steel-deck system for two story roads using an optimum design program specifically developed for steel-deck systems. The objective function for the optimization is formulated as a minimum cost design problem. The behavior and design constraints are formulated based on the ASD(Allowable Stress Design) criteria of the Korean Bridge Design Code. The optimum design program developed in this study consists of two steps - the first step for the optimization of the steel box or plate girder viaducts, and the second step for the optimum design of the steel-decks with closed or open ribs. A grid model is used as a structural analysis model for the optimization of the main girder system, while the analysis of the deck system is based on the Pelican-Esslinger method. The SQP(Sequential Quadratic Programming) is used as the optimization technique for the constrained optimization problem. By using a set of application examples, the rational type related to the optimized steel-deck system designs is investigated by comparing the cost effectiveness of each type. Based on the results of the investigation it may be concluded that the optimal linear box girder and deck system with closed ribs may be utilized as one of the most rational and economical viaducts in the construction of two-story roads. 최근도심지의 극심한 교통체증의 해소를 위한 방안으로 2층도로 강구조 덱 시스템의 채택이 증가하고 있다. 그 주된 이유는 신속한 시공과 콘크리트덱에 비하여 자중의 감소효과가 크고 보다 큰 강도와 효율적인 가설이 가능하기 때문이다. 본 연구의 목적은 강구조 덱 시스템의 최적설계프로그램을 이용한 2층도로용 강구조 덱 시스템의 가장 합리적인 형식 결정에 관한 연구이다. 최적화의 목적함수는 최소 초기비용으로 정식화하였다. 설계 제약조건은 도로교시방서의 ASD설계기준에 맞추어 정식화하였으며 최적설계과정은 두 단계로 이루어져 있다. 첫 번째 단계는 박스 또는 플레이트주형에 대한 강구조 덱 시스템의 최적설계가 수행된다. 그리고 두 번째 단계에서 개단면 또는 폐단면리브를 갖는 강상판에 대하여 최적설계를 한다. 최적설계 프로그램의 구조해석은 주형에 대하여 격자해석 모델링을 이용하였고 강상판에 대해서는 Pelican-Esslinger법을 사용하였다. 최적화 기법은 SQP를 이용하였다. 적용 예의 각 형식별 강구조 덱 시스템의 최적설계 결과의 비교를 통하여 비용의 효율성을 검토하였고 폐단면리브를 가지는 직선 형상의 박스거더 형식이 가장 효율적이고 경제적으로 판단된다.

      • KCI등재

        유한요소해석을 이용한 공업화박판강구조 단부판 접합부의 회전강성감소계수

        이준섭,신경재,이수헌,이희두,김철환,Lee, Jun-Seop,Shin, Kyung-Jae,Lee, Swoo-Heon,Lee, Hee-Du,Kim, Cheol-Hwan 한국강구조학회 2017 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.29 No.4

        공업화박판강구조물은 재료 및 인건비의 절약, 공기 단축 및 대공간 구조의 공간 활용과 시공의 편리성 등의 장점으로 사용이 증가하고 있다. 그러나 최근 갑작스런 과도한 하중으로 인해 붕괴 사고가 일어나고 있다. 구조 설계에 정확하고 전문적인 기술이 필요하지만, 공업화박판강구조의 접합부 볼트 접합부를 완벽하게 고려해주지 않고 단순화하여 해석하는 경우가 많다. 위 논문에서는 선행 실험된 볼트 접합부를 ABAUQS를 이용한 유한요소해석을 실시하고, 실험 결과 비교를 통해 신뢰성을 검증하였다. 그리고 접합부의 변수해석을 통하여 실제 설계에 이용할 수 있는 볼트 접합부의 강성감소계수를 제시하였다. The pre-engineered building(PEB) construction has been gradually applied to single story buildings as a practical and efficient alternative to conventional buildings. However, there has been a few structure collapse due to suddenly excessive load. Although a structure design requires accurate and professional skills, the PEB system tends to be designed simply because of complexation of structural analysis for connections. This paper shows the finite element analysis(FEA) using ABAQUS software on bolted connection which was previously tested. The FEA condignly simulated the behavior of bolted connection in PEB system and was in close agreement with experimental results. Then the stiffness reduction factor of the bolted joints that can be used in the actual design is presented through the analysis of the joint parameters.

      • KCI등재

        강상자형교의 뒤틀림 해석을 위한 프로그램 개발

        이희업,양창현,Lee, Hee Up,Yang, Chang Hyun 한국강구조학회 1999 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.11 No.1

        본 연구에서는 처짐각법을 개선하여 강박스형교의 뒤틀림 거동을 분석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 박스거더의 뒤틀림 거동을 분석하는 대표적인 방법으로 BEF유사법과 EBEF법이 있으나, 전자는 등단면에 국한되고 경계조건에 따른 적분상수를 계산하기 위해 복잡한 삼각함수를 적용해야 하는 번거로움이 있다. 후자는 격벽의 강성을 무한으로 하여 연속보로 해석하는 근시적인 수치해석 방법이다. 따라서 본 연구에서는 변단면과 격벽의 강성을 해석에 반영할 수 있는 방법을 개발하였다. 몇 가지 예제 해석을 통하여 본 연구에서 개발한 프로그램의 타당성을 검증하였고, 격벽의 강성에 따른 매개변수 연구를 수행하였다. The objective of this paper is to develop a program for distortional analysis of steel box girder bridges. This program is formulated by using MSDM(modified slope deflection method). Two examples are carried out to verify the validity of the developed technique and its computation procedures. The analyzed results are compared with the previously proposed methods, BEF(beam on elastic foundation) and EBEF(equivalent beam on elastic foundation). The BEF method is limited only to prismatic straight box girders. In the EBEF method, stiffness of the intermediate diaphragms is infinitely considered. On the other hand, stiffness of the intermediate diaphragms is idealized as spring contant in this study. And then, nonprismatic straight box girders can be analyzed using the same procedure. Therefore, the comparison shows that the MSDM algorithm proposed in this paper is more efficient and reliable. Also parametric studies are perfomed using the proposed algorithm.

      • KCI등재

        신경망을 이용한 강박스거더교의 손상평가

        이인원,오주원,박선규,김주태,Lee, In Won,Oh, Ju Won,Park, Sun Kyu,Kim, Ju Tae 한국강구조학회 1999 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.11 No.1

        신경망을 이용하여 강박스거더교의 손상을 평가하였다. 최근, 신경망을 이용한 손상평가는 구조공학분야에서 많은 연구가 진행되고 있다. 이것은 기존방법의 한계를 극복하고자 하는 새로운 시도로서 본 연구에서는 강교의 손상평가에 적용되었다. 신경망 학습을 위한 자료는 이동하중에 의한 교량의 가속도 응답으로부터 얻었다. 유한요소모델이 우선 정의되고 여기에 5, 10, 15 및 20%의 손상을 가정하였다. 평가단계에서는 학습한 손상은 물론 학습하지 않은 손상도 잘 감지하였다. 본 연구에서는 손상부위가 몇 개의 부위로 한정되었으며 현장의 적용을 위해서는 보다 많은 연구가 필요하다. Damages of a steel box girder bridge are detected using neural networks. Damage detection using neural networks has increasing momentum in structural engineering. It is a new effort to overcome the limitations of the conventional analytical approaches and applied to the damage detection of a steel box-girder bridge. Data sets for training neural networks are obtained from the acceleration response of the bridge under moving load. Finite element model is first defined and damages of 5, 10, 15 and 20% are assumed in the model. Not only the trained damages but untrained damages are detected in the assessment stage. The untrained damages can be detected with acceptable errors. Because the number of damaged locations are limited to a few parts, more researches are needed to put this technique into practice.

      • KCI등재

        수평력과 축력을 받는 강골조의 최대수평내력 평가

        김종성,Kim, Jong Sung 한국강구조학회 1999 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.11 No.1

        구조물이 지진과 같은 수평력을 받으면 골조의 기둥은 횡이동을 하게 되고 이 횡이동이 크면 골조는 불안정 좌굴, 초기항복, 골조전체의 강성이 감소하게 된다. 본 연구에서는 이러한 골조의 기둥이 횡이동에 의해 수평력과 축력을 동시에 받는 강골조를 대상으로하여 골조강성의 저하, 보와 기둥의 상대적인 강성비, 세장비효과, 하중조건 등을 고려한 다양한 해석모델을 상정하여 수치해석을 실시했다. 그 해석결과를 분석하여 강골조의 최대수평내력을 평가하고, 기둥의 세장비 제한치를 구하는 절차에 대해서도 검토한다. 해석에 있어서는, 골조의 $P-{\Delta}$효과를 고려해서 기발표된 저자의 탄소성해석법을 이용하여 일정한 축력하에 점증의 수평력을 골조에 가했으며, 최대내력후의 해법으로서 일반역행렬을 응용했다. When the lateral forces are applied to a frame, columns in the frame are usually accompanied with sidesway. If this sidesway is large, the frame is subjected to buckling and an early yielding of members which reduces the overall frame stiffness. In this study, numerical analysis of frames were conducted to evaluate the ultimate lateral strength of steel moment resisting frames permitted to sidesway under axial and lateral forces, and develope the procedure for determining the limits of column slenderness ratios. In the numerical analysis, the effects of the relative stiffness ratio between beam and column, deterioration of overall frame stiffness, slenderness ratio and loading conditions were considered. The elasto-plastic analysis method in which the $P-{\Delta}$effect is implemented, presented by the author previously, was adopted in the analysis. Incremental lateral forces were applied to the frame under constant axial loads and the generalized inverse is employed for the post-ultimate behavior.

      • KCI등재

        결합부위 단순모델의 정확성 평가 방법의 개발

        이광주,Lee, Kwang Ju 한국강구조학회 1999 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.11 No.1

        The concept models are used for the analysis of joints because they are simple to use and accurate. The modeling parameters of concept models are estimated using the results of experiments performed on the joints. The concept joint models accurately describe the behavior of joints under the loads which are used in the experiments for the estimation of parameters. However, they may not be accurate under the loads which are not used in the experiments. The accuracy can be dependent on the loads which are used in the evaluation of accuracy. In this study, antioptimization is presented to find the worst possible loads, under which the accuracy of concept joint models can be evaluated. The procedure was applied to the accuracy evaluation of concept joint models in an isolated 3-D joint and 2-D joints of a vehicle structure. 결합부위의 해석을 위하여, 계산 효율과 정확성이 모두 뛰어난 단순모델의 사용이 필요한 경우가 많다. 이 단순모델은 결합부위의 특성을 잘 묘사하는 파라미터들로 구성된다. 이들 파라미터의 값은 실험을 통하여 얻어지게 된다. 따라서 단순모델은 실험에서 사용된 하중하에서는 결합부위의 거동을 잘 묘사하지만, 그외 다른 하중하에서는 결합부위의 거동을 어느 정도 구현할지 알 수 없다. 따라서 단순모델의 정확성을 객관적으로 얻을 수 있는 방법이 필요하게 된다. 본 연구에서는 역최적화 (antioptimization) 개념으로 최악의 하중조건을 정의하여, 이 하중하에서 단순모델의 정확성을 평가하는 방법을 제시하였다. 최악의 하중조건 하에서, 용접으로 체결된 3차원 결합부위의 단순모델과 2차원 구조물에서의 결합부위 단순모델의 정확성을 평가하였다.

      • KCI등재

        블로우홀을 가진 횡방향 맞대기 용접부의 피로특성에 관한 연구

        장동일,경갑수,조광현,홍성욱,Chang, Dong Il,Kyung, Kab Soo,Cho, Kwang Hyun,Hong, Sung Wook 한국강구조학회 1999 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.11 No.4

        이 연구에서는 강교량 주부재의 연결에 주로 사용되는 횡방향 맞대기 용접부를 대상으로 입체결함의 일종인 블로우홀을 인위적으로 도입하고 블로우홀의 크기 및 형상에 따른 피로특성을 정량적으로 평가하기 위해서 일련의 실험을 실시하였다. 정적실험결과 블로우홀을 가진 횡방향 맞대기 용접부의 정적강도는 블로우홀의 크기 및 형상에 관계없이 일정한 경향을 나타내었다. 피로실험결과 블로우홀을 가진 횡방향 맞대기 용접부의 피로강도는 용접루트부 내부에 존재하는 블로우홀의 기하학적 형상이나 결함률에 크게 영향을 받으므로 이로부터 결함률과 피로강도 사이의 상관관계를 정량적으로 규명하였다. 또한 피로균열성장속도와 응력확대계수범위 사이의 관계로부터 블로우홀을 가진 횡방향 맞대기 용접부의 피로수명을 정확하게 산정할 수 있었다. In this study, blowholes, a kind of solid defects, were intentionally introduced in transverse butt-welded joints which are widely used for the connection of main members in steel structures to evaluate the fatigue characteristics of these joints with blowholes according to the difference of the size and shape of blowholes, and a series of tests were performed. Static test results proved that the static strength of these joints with blowholes was not affected by their size and shape. From the fatigue test results on these joints with blowholes, the size and shape of blowholes inside the weld metals were strongly affected in fatigue strength, and we suggested the relationship between fatigue strength and their size and shape quantitatively. Also, Using the relationship of fatigue crack growth rate and stress intensity factor range, the fatigue life of transverse butt-welded joints with blowholes can be estimated properly.

      • KCI등재

        레일강의 균열발생·천이 및 피로균열진전거동

        이종선,강기원,최린,김정규,Lee, Jong Sun,Kang, Ki Weon,Choi, Rin,Kim, Jung Kyu 한국강구조학회 1999 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.11 No.1

        궤도용 차량의 안전성 확보를 위한 연구의 일환으로서 레일강의 균열 발생 조건과 모재와 용접부에 대한 정적파괴거동 및 단일모드 하중하의 피로균열진전거동을 검토하였다. 레일에서 횡방향 균열의 원점은 표면하층균열이며 이는 최대전단응력에 의해 발생하였다. 또한 표면하층균열의 크기가 증가함에 따라 균열의 진전은 전단모드에서 혼합모드로 천이될 가능성이 증가하였다. 용접부의 평면변형률 파괴인성은 조직의 조대화와 경도의 상승으로 인하여 모재에 비하여 약 10% 저하하였다. 용접부의 제 2단계 영역의 피로 균열진전속도는 낮은 ${\Delta}K$ 영역에서 모재에 비하여 저하하였으나 높은 ${\Delta}K$영역에서는 이의 차이가 소멸되었으며 이러한 경향은 R=0.1의 낮은 응력비에서 현저하였다. 이는 용접부의 미시조직이 모재에 비하여 성장하였기 때문이라고 판단된다. In the present study, crack initiation criteria, static failure and tensile mode fatigue behavior for a rail steel are evaluated to assure the railway vehicle's safety. The transverse fissure, which is the most critical damage in the rail, is initiated by the maximum shear stress and its location is subsurface. In addition, the possibility of transition from the shear mode to the mixed mode increases with increasing the length of subsurface crack. Because of the brittleness by the welding, the fracture toughness of the welded part is lower than of the base metal. For low ${\Delta}K$, the stage II fatigue crack growth rates of the welded part is slower than of the base metal but, for high ${\Delta}K$, this different behavior for fatigue crack growth rate is nearly diminished. These trends are more remarkable for low stress ratio, R=0.1. It is believed that this behavior is caused by the change of the microstructure which that of the welded part is coarser than of base metal.

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