건축 강구조물의 초기 부재단면 설계 및 내진성능에 관한 연구

이상주,이동우,한상을,Lee, Sang-Ju,Lee, Dong-Woo,Han, Sang-Eul 한국공간구조학회 2006 한국공간구조학회지 Vol.6 No.1

내진 댐퍼 브레이스를 가진 강구조물은 브레이스가 지진입력에너지를 충분히 흡수함으로써 주요한 구성부재의 치명적인 피해를 현저하게 저감시키는 것이 가능하므로, 이 시스템 도입에 따른 거동특성 파악 및 적용성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 내진 댐퍼 브레이스를 가진 강구조물의 설계에 있어서는 구조물에 대한 브레이스의 강성비를 결정하여야 하며, 내진성능이 우수한 구조물을 설계하기 위해서는 강성비에 따른 구조물의 지진응답 특성을 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 소성설계에 기초하여 내진 댐퍼 브레이스의 수평 강성비에 따른 강구조물의 초기 부재단면를 설계하고, 지진응답해석을 수행하여 초기 부재단면 설계의 타당성 검토 및 동적거동 특성을 파악한다. An initial member sections of steel structures is selected by experience of expert building structural designers. And appropriate member section is designed by repeat calculation through structural analysis. Therefore an initial assumption of member section is necessary for saving the time for structural design and is important to acquire safety of building structures. Also brace damper are generally used to prevent or decrease stuctural damage by its hysteretic behavior in building structures subjected to strong earthquake. Based on plastic design, the initial section of members for architectural steel structures with hysteretic damper braces is presented and seismic effect of structural behavior by the ratio of damper stiffness to structural story stiffness is estimated in this paper.

원자력발전소 강구조물의 내진성능평가 방법론

이동원(Lee, Dongwon),임남형(Lim, Namheoyng) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.2

원자력발전소의 강구조물은 안전관련 구조물 옆에 위치하도록 설치되어 있다. 이에 강구조물은 외력에 의해 안전관련 건물이 파손되기 전까지 구조적 건전성을 확보해야 한다. 즉, 강구조물은 주변의 안전관련 구조물의 구조적 건전성을 유지하는 동안 내진성능이 확보됨을 확인해야 한다. 이러한 성능개념을 고려하기 위해서 설계초과지진에 대한 내진성능의 최적화된 방법론을 제시하고자 한다. A steel structure in a nuclear power plant is typically constructed next to major safety-related structures. Accordingly, the structural integrity of the steel structure must be achieved until the safety-related building is damaged by external forces. Consequently, the steel structure should have seismic capacity while maintaining the structural integrity of the surrounding safety-related structure. An optimized method for the seismic capacity against the beyond design earthquake was developed to reflect this capacity concept.

능동형 열화상 기법과 비전 기반 인공지능 알고리즘을 이용한 휴대용 강구조물 도막 상태평가 시스템 개발

김현진 ( Kim Hyeonjin ),손훈 ( Sohn Hoon ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.2

관리대상 구조물 수와 시설물 노후화에 따라 효과적인 강구조물 유지관리 방법에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 강구조물의 내구성능을 담당하는 요소 중 도막은 외부 유해인자로부터 강재를 보호하는 중요한 요소이며, 도막의 상태는 도막 두께와 열화 정도를 기준으로 결정된다. 도막 두께 변화는 국부적으로 발생하는 경우가 많고, 도막 열화는 발생 초기에 주로 도막 내부부터 진전되는 경우가 있어 육안으로 확인하기 어렵다. 본 연구에서는 할로겐을 열원으로 하는 능동형 열화상 시스템과 비전 시스템을 이용하여 데이터 기반 객관적인 강구조물 도막 상태 평가 시스템을 개발하였다. 개발 시스템은 능동형 열화상 기법을 이용하여 육안 식별이 불가능한 열화와 도막 두께 변화를 정량화 및 시각화할 수 있으며, 열화상-비전 융합 이미지를 비전 기반 인공지능 알고리즘을 이용하여 도막 열화를 탐지 및 분류할 수 있다. 또한, 개발된 시스템은 현장 적용성을 고려하여 경량화 및 소형화되었으며, 개발 시스템을 이용하여 다양한 현장 적용성 시험을 수행하였다.

동적비선형해석을 통한 보일러 강구조물의 지진취약도 평가

권민호,김진섭,권규빈,박관수 한국복합신소재구조학회 2019 복합신소재구조학회논문집 Vol.10 No.3

화력발전소 구조물 중 하나인 보일러 강구조물은 물탱크가 올라가게 되는 중요한 설비지만 그 중요성이 비해 지진에 대한 안전성 평가에 대한 연구가 미비하다. 본 연구에서는 취약도 곡선을 도출하고자 16개의 지진파에 12개의 PGA값을 선정하고 포 항지진을 포함해 총 200회의 동적 비선형 해석을 수행하였다. 강재의 인장, 압축응력과 강구조물의 상대변위를 측정하였다. 강재 재료적 특성의 경우 변형은 발생하였으나 파괴는 발생하지 않았고, 상대변위의 경우 한계점에 못 미치는 변위가 발생하였다. 취약도 곡선 도출결과 국내의 지진구역 구분 및 지역계수를 기준으로 강재의 재료적 변형(400MPa)에서는 인장이 38%, 압축이 62.5%로 변형이 발생하였고, 상대변위는 0%의 확률로 한계점을 넘었다. 이러한 보일러 강구조물에 대한 취약도 곡선은 대상구조물에 대한 한 계상태를 판별하는 정량적 근거와 지진에 대한 안전설계시 활용될 수 있다. Boiler steel structure, one of the thermal power plant structures, is an important facility where water can be raised, but there is less research into safety assessment for earthquakes compared to its importance. In this study, 12 PGA values were selected for 16 seismic waves and a total of 200 dynamic nonlinear analyses were performed, including Pohang earthquake, in order to derive the fragility curve. Tensile⋅compressive stress and relative displacement of steel structures were measured. As a result of the fragility curve, the material strain of steel material(at 400MPa) was deformed to 38% of tension and 62.5% of compression based on 0.22G, and the relative displacement exceeded the limit by 0% probability based on 0.22G. These fragility curves from boiler steel structures can be utilized for quantitative evidence determining the limit condition for structures and for safety design for earthquakes.

전단탭이 없는 상·하부 스플릿 티 접합부를 적용한 강구조물의 설계

양재근,김용범,Yang, Jae Guen,Kim, Yong Boem 한국강구조학회 2016 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.28 No.2

금상 하부 스플릿 티 접합부는 접합부를 구성하는 T-stub 플랜지의 두께, 고장력볼트의 게이지 거리, 고장력볼트의 개수 및 직경 등의 변화에 따라서 상이한 강도, 강성, 에너지소산능력 등을 발현한다. 이러한 상 하부 스플릿 티 접합부가 중 저층 강구조물에 적용될 경우에 전단력을 지탱하는 전단탭을 적용할 수 없는 상황이 발생한다. 이 때문에 충분한 휨모멘트지지능력뿐만 아니라 전단력도 지탱할 수 있는 개선된 상 하부 스플릿 티 접합부상세의 제안이 필요하다. 이 연구는 양재근 등이 해석적 연구와 실험적 연구를 수행하여 얻은 전단탭이 없는 상 하부 스플릿 티 접합부가 중 저층의 강구조물에 적용되었을 때 충분한 회전강성을 발현하는 가를 평가하기 위하여 진행하였다. 또한, 전단탭이 없는 상 하부 스플릿 티 접합부를 적용한 중 저층 강구조물이 안전한 구조적거동양상을 나타냄과 동시에 무차원화 된 초기 회전강성을 구조해석에 적용하여 재료적 물량저감 효과도 나타낼 수 있는 가를 평가하기 위하여 진행하였다. Double split tee connection has various strength, stiffness, and energy dissipation capacity according to changes of thickness of T-stub flange and gauge distance, number, and diameter of high-strength bolt. If the double split tee connection is applied to a low- or medium-rise steel structure, a shear tab can't be applied for supporting shear force because of geometrical limitation. So it is required to propose details of improved double split tee connection to support shear force as well as flexural force. This research was performed to see if enough rotational stiffness is found when the double split tee connection without shear tab which was obtained through analytic and experimental researches by Yang et al. is applied to a low- or medium-rise steel structure. Also, it was seen if the low- or medium-rise steel structure having double split tee connection without shear tab has safe structural behavior, as well as material saving effect.

강구조물 지지부의 강성도가 구조물 거동에 미치는 영향

권민호,박문호,장준호,박순응 한국전산구조공학회 2002 한국전산구조공학회논문집 Vol.15 No.1

일반적으로 모멘트 지지 강구조물은 유한요소법에 의해 이상화되고 해석되어 왔으며 기둥과 기둥의 연결부, 기둥과 보의 접합부의 정확한 비선형 해석 결과를 위해 많은 노력을 해온 반면에 기둥의 지지부에 대한 해석은 고정단 또는 힌지로 간단하게 이루어져 왔다 그러나 실제로 기둥의 지지부는 고정단도 힌지도 아닌 그 중간인 반강성으로 거동한다. 본 논문에서는 이러한 기둥 지지부를 반강성모델을 이용해서 해석하고 그 결과를 고찰하여 기둥 지지부의 강성 및 강도의 변화가 미치는 영향을 평가하였다. 미국 시방서에 의해 설계된 전형적인 두개의 3층 모멘트지지 강구조물을 이미 개발된 강성도법 및 유연도법에 기초한 7iber 유한 요소를 사용하여 해석하였다. 기등의 지지부는 고정단과 힌지사이에 있는 반강성 지지부를 모델하기 위해 다양한 강성도를 갖는 회전 스프링을 사용하였다. 실제의 기둥 지지부와 가깝게 모델된 반강성 지지부를 갖는 구조물의 해석 결과는 고정지지부를 갖는 구조물과 어느 정도 비슷한 결과를 보여주었다. 또한 pushover 해석과 비선형 시간 이력 해석을 통해 기둥 지지부의 강성도가 감소함에 따라 1층 보의 소요 처짐각(rotational demand)이 증가하는 현상이 관찰되었다 시공상의 문제 및 노화로 인한 기동 지지부의 강성도 감소는1층의 접합부에 대한 소요 터짐각의 증가를 유발하고 그것은 곧 soft-story mechanism을 유발하게 된다. Generally, the steel rigid frame has been analyzed using finite element analysis tools. While many efforts have been poured into the understanding and accurate prediction for the nonlinear behavior of the columns and beam-columns connections, the base of the columns are modeled as simply hinged or fixed. However, the base of the steel columns practically is neither fixed not hinged. It behaves as semi-rigid. In this paper, the supports of the columns we modeled as semi-rigid and the importance of such approach in moment-resisting columns is evaluated. Two typical buildings designed by the US specification are modeled and analyzed by the finite element based on stiffness method and flexibility method. The column bases of three-story buildings are modeled as rotational springs with a varying degree of stiffness and strength that simulates the semi-rigidity of the base. Depending on the degree of stiffness and strength, the semi-rigidity varies from the hinged to the fixed. Buildings with semi-rigid column bases behaves similarly to the building with fixed bases. It has been numerically observed through the pushover and nonlinear time history analyses that the decrease of the stiffness of the column base induces the rotational demand on the int air beams. an increase of rotation demands on the first store connections and lead to a soft-story mechanists Due often to the construction and environmental effects, undesired reduction of column base stiffness may cause an increase of rotation demands on the first store connections and lead to a soft-story mechanism.

강부재의 표면염분과 부식량의 연관성 분석

하민균 ( Ha Min-gyun ),허창재 ( Heo Chang-jae ),박찬현 ( Park Chan Hyeon ),안진희 ( Ahn Jin-hee ) 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.27 No.1

강구조물의 부식손상과 관련된 부식환경요인으로 온도, 상대습도, 젖음 시간, 염분 등이 있으며, 부식환경요인은 부재형상 등에 따라 국부적으로 변화할 수 있다. 부식환경요인 중 염분은 국부적으로 부식방지를 위한 도장표면에 침투하여 강구조물의 내구성을 감소시킬 수 있으므로, 염분에 따른 강구조물의 부식 내구성 평가가 필요하다. 본 연구에서는 부식환경요인 중 염분에 의한 부식량의 영향을 평가하기 위하여 비래염분에 영향을 받는 지역을 대상으로 부식환경과 이에 따른 부식량을 평가하였다. 강재 표면에 누적되는 염분량을 1년간 매달 계측하였으며, 1년간 발생한 평균부식두께를 이용하여 표면염분량과 부재 형태에 따른 상대적인 부식량을 평가하였다. 표면염분량에 따른 강재의 부식량 평가 결과, 부재형태 따라 표면염분량이 변화하고 평균부식두께 또한 표면염분량에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다.

강부재의 균열 모니터링에 관한 연구

이재선,장경호,황지훈,박현찬,전준태,김유철,Lee, Jae-Sun,Chang, Kyong-Ho,Hwang, Jee-Hoon,Park, Hyun-Chan,Jeon, Jun-Tai,Kim, You-Chul 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.2

최근 강구조물의 건설이 지속적으로 증가되고 있고, 이에 따른 모니터링 시스템의 중요성이 더욱 부각되고 있는 실정이다. 강구조물의 노화로 인한 피로균열 및 부식은 강구조물의 수명저하에 가장 큰 요인이 된다. 구조물이 큰 교량의 경우에는 사람의 접근이 어렵고, 균열 측정 방법 또한 시간이 오래 걸리며, 많은 비용이 소비된다. 따라서, 초기에 균열을 발견하고 보수, 보강 작업을 수행함으로써 비용을 절감할 수 있는 모니터링 시스템의 개발이 절실히 요구된다. 본 연구에서는 강부재의 전위차법(EPDM : Electric Potential Drop Method)에 의한 모니터링 기법에 의해 쉽게 관찰되지 않는 피로균열의 발생 및 진전 상황을 추적하고 또한 잔여수명을 예측하였다. Steel structure construction is currently increasing on account of the many merits of steel structures. Due to numerous environmental factors, many cracks and extensive corrosion occur in steel structures, which cause the deterioration of the performance and life cycle of such structures. Maintenance of steel structures is thus strongly demanded, for safety control. The inspection methods that are currently being used, however, are very limited and can detect only local defects in steel structures. They also take much time to use and incur high maintenance costs. Moreover, such methods cannot be applied to huge steel structures, which men find unapproachable. They also require much time due to the need for periodic checks, and may lead to cost loss. Therefore, the development of a monitoring system that can detect defects in whole structures and can reduce the repair and strengthening costs at an early stage is very much needed. In this study, the generation and propagation of cracks were monitored via the electric-potential-drop method (EPDM).

화이버 요소를 이용한 3차원 강구조물의 비선형 비탄성 해석

김승억,오정렬,Kim, Seung-Eock,Oh, Jung-Ryul 한국전산구조공학회 2006 한국전산구조공학회논문집 Vol.19 No.4

본 논문에서는 단면상의 화이버 요소를 사용하여 3차원 강구조물의 점진적인 소성화를 고려하는 실용적인 비선형 비탄성 해석방법을 개발하였다. 부재의 p-$\delta$, p-$\Delta$ 등의 기하비선형은 안정함수로 고려하였다. 잔류응력은 단면상에 있는 화이버 요소에 초기응력을 가하여 고려하였다. 각 하중 단계에서 탄성상태인 단면을 계산하여 축강성과 휨강성을 직접 결정함으로서 점진적인 소성화를 고려하였다. 각 화이버 요소의 응력 변화를 계산하여 변형률 반전효과를 고려하였다. 제안된 해석 방법은 3차원 강구조물의 실용적인 해석 및 설계에 유용하게 사용될 것이라 판단한다. In this paper, practical nonlinear inelastic analysis method of 3-dimensional steel structures accounting for gradual yielding with fibers on a section is developed. Geometric nonlinearities of member(p-$\delta$) and frame(p-$\Delta$) are accounted for by using stability functions. Residual stresses are considered by assigning initial stresses to the fiber on the section. The elastic core in a section is investigated at every loading step to determine the axial and bending stiffness reduction. The strain reversal effect is captured by investigating the stress change of each fiber. The proposed analysis proves to be useful in applying for practical analysis and design of three-dimensional steel frames.

변위제약조건을 고려한 강구조물의 최적화에 관한 연구

김호수,이한주,Kim, Ho Soo,Lee, Han Joo 한국강구조학회 1998 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.10 No.4

This study presents an effective dual algorithm for the optimal design of steel structures with displacement constraints. The dual method can replace a primary optimization problem with a sequence of approximate explicit subproblems with a simple algebraic structure. Since being convex and separable, each subproblem can be solved efficiently by the dual method. Specifically, this study uses the principle of virtual work to obtain the displacement constraint equations with an explicit form and adds the linear regression equation expressing the relationships between the cross-section properties to the dual algorithm to reduce the number of design variables. Furthermore, this study deals with the discrete optimization problem to select members with the standard steel sections. Through numerical analyses, the proposed method will be compared with the conventional optimality criteria method. 본 연구는 변위제약조건을 고려한 강구조물의 최적화를 위하여 효율적인 쌍대알고리즘을 제시한다. 쌍대법은 최적화 문제를 하나의 간단한 대수학적인 형태를 가지는 근사화된 양함수형태의 부문제로 대치할 수 있고, 이때 각 부문제는 볼록면을 가지며 분리 가능한 형태이기 때문에 쌍대알고리즘을 적용함으로써 효과적으로 풀려질 수 있다는 개념에 근거한다. 특히, 본 연구는 양함수형태의 변위제약조건식을 설정하기 위해 가상일의 원리를 적용하고자하며 아울러 쌍대알고리즘내에 단면특성관계를 나타내는 선형회귀식을 추가하여 설계변수의 수를 감소시켜 주고자 한다. 또한 부재선정을 위해 상용화된 표준 철골 단면을 검토함으로써 이산형 최적화문제도 고려한다. 이러한 연구 결과는 기존의 해석기법인 최적정기준법과 비교검토된다.