UHPC 충전형 상현재를 활용한 트러스 데크플레이트 시스템 시공단계 구조성능 평가

손홍준,김영호,김대진 한국전산구조공학회 2020 한국전산구조공학회논문집 Vol.33 No.2

In this study, we propose a new truss deckplate system, which does not require temporary floor supports during construction, withultra-high-performance concrete (UHPC) infilled top bars. The increased stiffness and strength of the proposed system were well retained ascompared to those of the existing truss deckplate systems, thereby resulting in the reduction of maximum deflection at the span center. Four-point bending tests were performed on five specimens with a net span of 4.6 m to evaluate the structural performance of proposed systemin the construction stage. In addition, the load-deflection curve was plotted for each specimen, and the effects of test parameters were analyzed. Further, a rigorous nonlinear three-dimensional finite element analysis was performed, and its results were compared with the test results. From the results, it was observed that the test specimens of the proposed system exhibited superior performance as compared to those of theexisting one and also satisfied the serviceability requirement during construction provided by the Korea Building Code 2016. 본 논문에서는 시공단계에서 서포트가 필요 없는 UHPC 충전형 상현재를 활용한 트러스 데크플레이트 시스템을 제안하고자 한다. 제안된 시스템은 기존의 시스템과 동일한 절대 층고를 유지하면서 증대된 강성과 강도를 보유하며 효과적으로 처짐을 제어한다. 제안된 시스템 및 기존의 시스템의 구조 성능을 평가하기 위해 4.6m의 순 스팬을 갖는 5개의 실험체를 제작하였고 점진적으로 하중을증가시키며 4점 휨 실험을 수행하였다. 실험을 토대로 실험체별 하중-처짐 그래프를 도출하였고 변수에 따른 비교 및 분석을 진행하였다. 그리고 실험을 기준으로 수행한 비선형 3차원 유한요소해석결과와의 비교를 진행하였다. 비교 및 분석 결과, 기존의 트러스 데크플레이트를 제외한 모든 실험체들이 시공단계 하중에서 건축구조설계기준 및 강구조설계기준에서 제한하는 처짐 기준을 만족하였으며, 실험과 유한요소해석의 결과가 서로 유사한 것을 확인하였다.

일반유한요소법을 이용한 집중소성힌지 모델링

손홍준,이승호,김대진 한국전산구조공학회 2018 한국전산구조공학회논문집 Vol.31 No.6

This paper presents a generalized finite element formulation for plastic hinge modeling based on lumped plasticity in the classical Euler-Bernoulli beam elements. In this approach, the plastic hinges are effectively modeled using proper enrichment functions describing weak discontinuities of the solution. The proposed methodology enables the insertion of plastic hinges at an arbitrary location without modifying the connectivity of elements. The formations of plastic hinges are instead achieved by hierarchically adding degrees of freedom to existing elements. Convergence analyses such as h- and p-extensions are performed to investigate the effectiveness of the proposed method. The analysis results indicate that the proposed generalized finite element method can achieve theoretical convergence rates for both cases where plastic hinges are located at nodes and within an element, thus demonstrating its accuracy. 본 논문은 고전적인 오일러-베르누이 보의 집중소성힌지 모델링을 위한 일반유한요소법을 제안한다. 이 기법에서 소성힌지는 해의 약불연속을 묘사하는 적절한 확장함수에 의해 모델링되며, 요소간의 연결성을 변화시키지 않으면서 임의의 위치에 소성힌지를 삽입하는 것이 가능하다. 대신 소성힌지는 이미 존재하는 요소에 위계적으로 자유도를 추가함으로써 형성된다. 제안된 기법의 유효성을 검증하기 위해 수치해석 예제에 대해 h-, p-확장과 같은 수렴성 해석을 수행하였다. 수렴성 해석의 결과가 제안된 기법이 소성힌지가 절점 및 요소 내의 임의의 위치에 존재하는 두 가지 경우 모두에 대하여 유한요소이론에 의한 수렴속도를 얻을 수 있음을 보여주어 기법의 정확성을 입증하였다.

역삼각 트러스 거더로 보강된 더블 골 데크 성능 평가

손홍준,김영호,정경수,김대진 한국전산구조공학회 2017 한국전산구조공학회논문집 Vol.30 No.6

본 논문은 시공단계에서 가설지주 설치를 요구하지 않는 역삼각 트러스 거더로 보강된 새로운 합성 데크플레이트 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 기존 시스템 대비 증가된 강성과 강도를 보유할 뿐 아니라 절대 층고 변화를 최소 수준으로 낮출 수 있으며 기존의 H형강 및 U형 합성보와 같은 다양한 형태의 합성보 부재와 함께 사용될 수 있다. 제안된 시스템의 시공단계 하중에 대한 구조적 성능을 평가하기 위해 5.5m의 스팬을 갖는 5개의 시험체를 제작하여 현장 조건과 유사한 재하하중을 단계적으로 적용시켜 실험을 수행하였다. 실험결과로부터 각 시험체 별 하중-변위 그래프를 구해 비선형 3차원 유한요소해석결과와 비교하였다. 비교 결과 보강 트러스 거더와 데크플레이트 사이에 효율적인 하중 분배가 이루어져 두 구조요소가 잘 일체화되었을 뿐 아니라 시공단계 하중에서의 최대 처짐이 건축구조기준의 제한치를 하회하여 사용성 조건을 잘 만족시킴을 알 수 있다. This paper proposes a new composite deckplate system reinforced with inverted triangular truss girders(called ‘D Deck’), which does not require the use of temporary supports at construction stage. The proposed system retains increased stiffness and strength while keeping the absolute floor height change to a minimum level and can be utilized as floor systems of various types beam members such as the conventional wide-flange and U-shaped composite beams. In order to evaluate the performance of the proposed system, five specimens with a span of 5.5 m were fabricated and tested under field loading conditions consisting of several intermediate steps. The load-deflection curves of each specimen were plotted and compared with the nonlinear three-dimensional finite element analysis results. The comparison showed that the effective load sharing between the truss girders and floor deck occurs and the maximum deflection under construction stage loading is well below the limit estimated by the provisions in Korea Building Code.

축하중이 작용하는 RC 경계보-벽체 시스템의 해석적 평가

손홍준,김승일,김대진 한국전산구조공학회 2021 한국전산구조공학회논문집 Vol.34 No.2

현재 우리나라에서 설계 및 시공되는 대부분의 철근콘크리트 벽식구조 공동주택은 상부벽체-하부골조 시스템으로 구성되어 있으며 서로 다른 상하부 구조시스템의 결합을 위해 전이보를 이용한다. 상부의 하중을 하부의 기둥 부재에 효율적으로 전달하기 위해 전 이보가 큰 강성을 지녀야하고 이로 인해 부재의 춤이 커져 많은 물량의 투입되고 전반적인 경제성이 떨어지게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 기둥을 벽체요소로 대체하고 일반적인 콘크리트 전이보에 비해 규모가 작은 경계보를 수평 구조요소로 활용한 새로운 경계보-벽체 시스템을 제안한다. 제안된 시스템의 축하중에 대한 성능 평가를 위해 3차원 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 주요 설계변수로 상하부벽체 길이비, 경계보 부재의 전단보강근 간격, 하부벽체로 연속되는 상부벽체 수직근의 꺾임 비율, 슬래브 길이를 설정하고 제안된 시스템의 성능에 얼마나 기여하는지 분석하였다. In Korea, one of the most used structural systems for residential apartment buildings is the combination of the reinforced concrete (RC) wall and rahmen structures in the upper and lower floors, respectively. To alleviate the significant difference between the stiffnesses of these two structural systems, large transfer girders are generally required in the transition zone of the structure, which then results in the use of large amounts of construction materials and low economic feasibility. This paper proposes a new RC boundary-beam–wall system that can minimize the disadvantages of the RC transfer girder system. The structural performance of the proposed system subjected to axial loading was evaluated via rigorous three-dimensional nonlinear finite element analysis. Four parameters, namely the ratio of lower wall to upper wall lengths, distance between stirrups, main bar slope ratio, and slab length, were considered in the finite element analysis, and their effects on the maximum axial load were analyzed and discussed.

충전형 상현재 일체화 데크플레이트 시스템의 합성단계 유한요소 해석모델 제안

손홍준(Son, Hong-Jun),김영호(Kim, Young-Ho),김대진(Kim, Dae-Jin) 대한건축학회 2022 대한건축학회 학술발표대회 논문집 Vol.42 No.2

UHPC 충전형 상현재를 활용한 트러스 데크플레이트 시스템의 합성단계 휨 성능 평가

손홍준(Son, Hong-Jun),김대진(Kim, Dae-Jin),김영호(Kim, Young-Ho) 한국강구조학회 2020 한국강구조학회 학술대회 발표집 Vol.31 No.1

UHPC 충전형 상현재가 일체화된 데크플레이트 시스템의 합성 거동 평가

손홍준(Son, Hong-Jun),김영호(Kim, Young-Ho),김대진(Kim, Dae-Jin) 대한건축학회 2021 대한건축학회 학술발표대회 논문집 Vol.41 No.2

축하중이 작용하는 철근 콘크리트 경계보-벽체 시스템의 압축성능 평가

한진주,손홍준,김대진,Han, Jin-Ju,Son, Hong-Jun,Kim, Dae-Jin 한국전산구조공학회 2022 전산구조공학 Vol.35 No.1

This study investigated the structural performance of the RC boundary beam-wall system subjected to axial loads that required lesser construction quantity and smaller floor height in comparison with the conventional RC transfer girder system. Four specimens of 1/2 scale were constructed, and their peak strengths under axial loads and failure characteristics were compared and analyzed. Test parameters included the ratio of the lower to the upper wall length, lower wall thickness, and stirrup details of the lower wall. In addition, three-dimensional nonlinear finite element analysis was performed to verify the effectiveness of the boundary beam-wall system. The peak strength of each specimen was similar to the nominal axial strength of the lower wall, indicating that the axial load was transferred smoothly from the upper to the lower wall. The contribution of the lower wall cross-section was high if the ratio of the lower to the upper wall length was small; the contribution was low if the out-of-plane eccentricity existed in the lower wall. The specimen with smaller stirrup distance and cross-ties in the lower wall showed higher initial stiffness and peak load than other specimens.

축하중이 작용하는 철근 콘크리트 경계보-벽체 시스템의 압축성능 평가

한진주,손홍준,김대진 한국전산구조공학회 2022 한국전산구조공학회논문집 Vol.35 No.1

This study investigated the structural performance of the RC boundary beam–wall system subjected to axial loads that required lesserconstruction quantity and smaller floor height in comparison with the conventional RC transfer girder system. Four specimens of 1/2 scalewere constructed, and their peak strengths under axial loads and failure characteristics were compared and analyzed. Test parameters includedthe ratio of the lower to the upper wall length, lower wall thickness, and stirrup details of the lower wall. In addition, three-dimensionalnonlinear finite element analysis was performed to verify the effectiveness of the boundary beam–wall system. The peak strength of eachspecimen was similar to the nominal axial strength of the lower wall, indicating that the axial load was transferred smoothly from the upper tothe lower wall. The contribution of the lower wall cross-section was high if the ratio of the lower to the upper wall length was small; thecontribution was low if the out-of-plane eccentricity existed in the lower wall. The specimen with smaller stirrup distance and cross-ties in thelower wall showed higher initial stiffness and peak load than other specimens. 본 논문에서는 전이보 시스템이 지닌 층고 및 공사물량 증가의 단점을 보완할 수 있는 경계보-벽체 시스템의 압축성능을 평가하였다. 1/2 축소실험체에 대한 압축실험을 수행하고 그 결과를 3차원 비선형 유한요소해석 결과와 비교 및 분석하였다. 실험체 변수로 상하부벽체의 수평길이 상대비, 하부벽체의 두께, 하부벽체 전단보강근의 상세를 고려하였다. 실험의 최대하중은 하부벽체의 공칭축강도와 유사하게 나타났으며, 이로부터 상부벽체로부터의 수직 하중이 하부벽체로 원활하게 전달되며, 편심으로 인한 모멘트 중 상당량을 경계보가 가져감을 알 수 있다. 상하부벽체 수평길이의 상대비가 40%일 경우 50%일 때보다 단면의 기여도가 증가하였으며, 하부벽체에 면외방향 편심이 존재할 경우 단면의 기여도가 감소하였다. 하부벽체의 전단보강근 간격을 줄이고 크로스 타이를 배근할경우 초기강성 및 최대하중이 증가하며 국부적인 응력집중이 감소하였다.

직물섬유 보강 콘크리트 복합패널의 휨성능에 대한 해석적 평가

양준모,손홍준,김승직,김대진 한국복합신소재구조학회 2019 복합신소재구조학회논문집 Vol.10 No.6

Textile-reinforced concrete (TRC) is a composite material, in which concrete matrix is reinforced with textile fabric, and retains high strength and excellent ductility. This paper evaluates the effective material properties of TRC members and predict their structural behavior by multiscale-based finite element simulations. For this purpose, we utilize the three-dimentional multiscale finite element method based on the reduced-order model. The load-displacement curves of several four-point bending specimens are obtained by performing a finite element analysis utilizing the obtained effective material properties and compared with the test data to verify the effectiveness of the proposed approach. 직물섬유 보강 콘크리트(textile reinforced concrete, TRC)는 콘크리트 매트릭스를 직물섬유로 보강한 복합재료로 높은강도 및 우수한 연성을 발휘한다. 본 논문에서는 TRC로 보강된 구조 부재의 성능 평가를 위해 그 유효물성치를 멀티스케일에기반한 해석적 방법을 통해 평가하였다. 유효물성치 산정을 위해 감소차수모델(reduced order model)에 기반한 3차원 유닛셀 유한요소해석법을 이용하였다. 계산된 유효물성치를 TRC 보강 휨 부재의 유한요소해석에 활용하여 하중-변위 그래프를 도출하였다. 계산된 유효물성치를 TRC 보강 휨 부재의 유한요소해석에 활용하여 하중-변위 그래프를 도출하였으며, 이의 정확성을 평가하기 위해 TRC 복합패널의 4점 휨실험을 수행하고 그 결과를 유한요소 해석결과와 비교 및 분석하였다.