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유연도 행렬을 이용한 전단빌딩의 유전자 알고리즘 기반 손상추정
나채국,김선필,곽효경,Na, Chae-Kuk,Kim, Sun-Pil,Kwak, Hyo-Gyoung 한국전산구조공학회 2008 한국전산구조공학회논문집 Vol.21 No.1
전단빌딩에 발생한 손상 추정에 있어서 대상 구조물의 물성치를 가정하고 이상화한 모델을 이용한 역해석이 필요하다. 강성행렬을 이용하는 고전적인 손상추정 방법에 비해 유연도 행렬을 이용한 손상추정은 구조물의 저차모드를 이용하기 때문에 비교적 정확한 값을 계산할 수 있기 때문에 더 효과적으로 알려져 있다. 이 논문에서는 손상추정을 위한 알고리즘으로 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 도입하였고, 구조 응답에서 취득할 수 있는 유연도 행렬을 이용하여 역해석을 통한 손상추정 기법을 소개하고 있다. 제안된 손상추정 기법은 전단빌딩의 강성에 대한 정확한 정보가 없는 상황에서 전단빌딩의 손상으로 인한 실제 강성변화량을 추정하도록 하였다. 더불어 open source code인 OPENSEES를 이용하여 전단빌딩 수치해석을 통해 제안된 손상추정 기법의 효율성을 검증하였다. Stiffness estimation of a shear building due to local damages is usually achieved though structural analysis based on the assumed material properties and idealized numerical modeling of structure. Conventional numerical modeling, however, frequently causes an inevitable error in the structural response and this makes it difficult to exactly predict the damage state in structure. To solve this problem, this paper introduces a damage detection technique for shear building using genetic algorithm. The introduced algorithm evaluates the damage in structure using a flexibility matrix since the flexibility matrix can exactly be obtained from the field test in spite of using a few lower dynamic modes of structure. The introduced algorithm is expected to be more effectively used in damage detection of structures rather than conventional method using the stiffness matrix. Moreover, even in cases when an accurate measurement of structural stiffness cannot be expected, the proposed technique makes it possible to estimate the absolute change in stiffness of the structure on the basis of genetic algorithm. The validity of the proposed technique is demonstrated though numerical analysis using OPENSEES.
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부착슬립을 고려한 철근콘크리트 구조체의 비선형 거동해석
곽효경(Kwak Hyo-Gyoung),나채국(Na Chaekuk) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.3A
This study introduces a numerical model that can simulate the nonlinear behavior of reinforced concrete (RC) structures subject to monotonic loading. Based on the force equilibrium and strain compatibility conditions, a criterion to consider the ten?sion-stiffening effect is proposed using the concept of average stresses and strains. To avoid defining the relation between shear stress and shear strain, a distributed steel model based on the rotating crack model is used to describe the crack angle according to crack propagation. In particular, the bond-slip behavior of embedded reinforcing bars, dominantly developed with the occurrence of cracking at the end face in a beam or column, is taken into account by defining the relation between the steel stress and bond-slip. The consideration of the bond-slip effect makes it possible to precisely simulate the cracking behavior of shear dominant and/or axial loaded RC structures, as these structures accompany a large amount of slip behavior with an increase in nonlinear deformation. Finally, correlation studies between analytical results and experimental studies are conducted to establish the validity of the proposed boundary spring element model. 이 논문에서는 단조증가 하중에 대하여 철근콘크리트 구조체의 비선형 거통 해석 모델을 소개하고 있다. 힘의 평형과 변형률 접합조건에 따라 평균응력과 평균변형률 개념을 사용하여 인장강화효과(tension-stiffening effect)를 고려한 규준을 제안하였다. 회전균열모델을 사용함으로써 불필요한 전단응력과 전단변형률 관계의 정의를 피하였고, 균열의 진전에 따른 균열각을 모사하기 위해 분포철근모델을 사용하였다. 특히, 보나 기둥의 끝 단에서 주로 발생하게 되는 균열에 의한 배근된 철근의 부칙슬립 효과는 철근응력과 부칙슬립과의 관계를 정의함으로써 고려하였다. 철근콘크리트 구조체가 비선형 변형이 증가하여 많은 슬립이 발생하기 때문에, 전단이 주로 발생하거나 축력을 받는 철근콘크리트 구조체의 균열 거동은 부착슬립 효과를 고려함으로써 정확하게 모사할 수 있다. 이 논문에서는 제안된 경계 스프링 요소(boundary spring element) 모델의 정확성을 검증하기 위하여 해석적 결과와 실험적 결과를 비교하여 평가하였다.
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초고강도 강섬유보강 철근콘크리트의 인장강화 모델 및 적용
곽효경(Kwak Hyo-Gyoung),나채국(Na Chaekuk),김성욱(Kim Sung-Wook),강수태(Kang Sutae) 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 A Vol.29 No.4A
이 논문에서는 초고강도 강섬유보강 철근콘크리트 구조물의 단조증가 하중에서 비선형 해석모델을 소개하고 있다. 일반콘크리트에 비해 압축강도와 인장강도가 증가한 초고강도 강섬유보강 콘크리트는 그 거동이 일반콘크리트와 다른 특성을 가지고 있다. 초고강도 강섬유보강 철근콘크리트 구조물에 대한 비선형 해석을 하기에 앞서 실험결과를 이용하여 압축영역에서 응력-변형률, 관계를 회귀분석을 통하여 유추하였고, 초고강도 강섬유보강 철근콘크리트 구조물 거동의 정확한 예측을 위하여 등가일축 응력-변형률 관계를 이용하였다. 또한 균열의 진전에 따른 균열각을 모사하기 위해 평면응력 요소를 이용하였고, 분산철근모델을 이용하여 해석에 적용하였다. 한편, 초고강도 강섬유보강 철근콘크리트의 인장영역에서 웅력-변형률 관계를 정의하기 위해 철근과 콘크리트의 부착응력-부착슬립 관계와 강섬유의 영향 등을 고려한 새로운 인장강화 모델을 제안하고 있다. 끝으로 제안된 알고리즘과 응력-변형률 관계 및 인장강화 모델을 한국건설기술연구원에서 실험한 초고강도 강섬유보강 철근콘크리트 부재에 대한 수치해석을 수행하여 실험결과와 비교, 평가하였다. A numerical model that can simulate the nonlinear behavior of ultra high strength fiber reinforced concrete (UHSFRC) structures subjected to monotonic loading is introduced. The material properties of UHSFRC, such as compressive and tensile strength or elastic modulus, are different from normal strength reinforced concrete. The uniaxial compressive stress-strain relationship of UHSFRC is designed on the basis of experimental result, and the equivalent uniaxial stress-strain relationship is introduced for proper estimation of UHSFRC structures. The steel is uniformly distributed over the concrete matrix with particular orientation angle. In advance, this paper introduces a numerical model that can simulate the tension-stiffening behavior of tension part of the axial member on the basis of the bond-slip relationship. The reaction of steel fiber is considered for the numerical model after cracks of the concrete matrix with steel fibers are formed. Finally, the introduced numerical model is validated by comparison with test results for idealized UHSFRC beams.
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곽효경 ( Kwak Hyo-gyoung ),김재홍 ( Kim Jae Hong ),나채국 ( Na Chaekuk ) 한국구조물진단유지관리공학회 2008 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.12 No.1
Assessment of an existing structure is a big issue to confirm the structural safety since infrastructures get deteriorated and damaged. Infrastructure assessment research center (ISARC) has tried to develop and apply new techniques for safety evaluation of concrete infrastructures. In accordance with the efforts, this paper shows an analytical evaluation of load-carrying capacity of a bridge. The target is a reinforced concrete T-girder bridge named as Ssanggye-1. The measured geometry of members and estimated properties of material are the input for ultimate limit state analysis. The analysis assumes the scenario of crisis with the proof load testing accomplished beforehand. Comparison between the analytical prediction and the experimental results shows good agreement and systematizes the analytical evaluation of load-carrying capacity.
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