인장력 장기 측정기 개발에 관한 연구

신경재,이수헌,Shin, Kyung Jae,Lee, Swoo Heon 한국강구조학회 2006 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.18 No.6

턴버클은 인장재의 중간에 삽입되어 인장력을 조절할 수 있는 장치이다. 그러나 설계 인장력의 크기는 측정이 불가능하고 경험적인 방법으로 현장기술자가 판단하여 시공을 한다. 기존의 턴버클을 이용한 구조물은 시간이 지나면서 인장력의 변화가 생기지만 적절한 조치 없이 그대로 사용하게 된다. 이러한 단점을 보완하기 위해 인장력 측정이 가능한 턴버클을 개발하였다. 본 연구는 기존의 턴버클의 직선부를 곡선화하여 인장력에 의한 곡선부의 휨변형을 이용하여 가로방향 변화를 유도하였다. 가로방향의 변화는 그 값이 작으므로 버니어 캘리퍼스나 내측 마이크로메터를 이용하여 현장에서 측정하고 이 값을 이용하여 하중의 크기를 측정할 수 있도록 고안하였다. 시작품을 제작하여 실험을 수행하였다. 또한 이론적인 해석을 통하여 해석의 유용성을 입증한 후 변수해석을 하였다. 변수해석에 의해 적절한 용량과 측정기의 형상을 도출하였다. The turn-buckle inserted between tension members is a device adjusting a tensile force in tension member. However, the measurement of designed tensile force is impossible and the tensile force is determined based on the experience of field workers. The conventional turn-buckle might be used without any adjustment even though the tensile force has been changed for long term. To improve the disadvantages of conventional turn-buckles a turn-buckle which is measurable the tensile force is developed. In this study, the displacement to the lateral direction is induced by the deformation of curved elements if the tensile force is applied to the new type of turn-buckle that the straight elements are slightly curved. The total lateral displacement could be measured by using the micrometer or vernier-calipers. Trial devices for a measurable turn-buckle were made and tested. An theoretical study was also conducted to show the applicability, and parametric studies were conducted. The appropriate shape and capacity were determined by the parametric study.

외부 T 스티프너를 이용한 각형강관기둥-H 형강보 접합부의 인장거동 해석

신경재,권영란,Shin, Kyung Jae,Kwon, Young Ran 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.1

This paper describes the analysis results for tensile behavior of tubular column to H-beam connection with T stiffeners. Using the elasto-plastic finite element method, analysis results are compare with experimental results. Parametric analyses with different size of T-stiffener have conducted to understand the stress distribution at the connections. Stress concentration in elastic region and PEEQ distribution in plastic region are plotted for different shape. The results of analysis were applied to design equations and were checked for the applicability of design equations. 본 논문에서는 외부 T 스티프너를 이용해 보강한 각형강관 기둥-H 형강보 접합부의 인장거동을 3차원 비선형 유한요소 해석을 하였다. 비선형 해석을 통하여 기존의 실험결과와 비교함으로써 비선형 해석의 신뢰성을 높였다. 접합부의 전체적인 응력흐름을 파악하기 위해 실험에서 수행되지 않았던 수직, 수평 스티프너의 형태를 변수로 하여 해석을 하였다. 해석한 결과를 탄성범위에서는 응력의 변화, 비탄성범위에서는 소성변형도의 분포등을 파악하여 제안된 설계식에 적용하고 설계식의 적용가능성을 검토하였다. 수직 및 수평 스티프너의 다양한 변수 해석의 결과를 통하여 접합부의 최종 파괴모드가 접합부가 아닌 플랜지의 인장파괴를 유도하는 T스티프너의 최소의 치수를 제안하였다. 또한 해석을 통해 얻은 결과로 접합부 T스티프너에 대한 설계 기본 자료를 제공하였다.

인장타이를 이용한 광폭형 비닐하우스의 보강법

신경재,신동휘,이수헌,채승훈,Shin, Kyung-Jae,Shin, Dong-Hui,Lee, Swoo-Heon,Chae, Seoung-Hun 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.1

A long-span (more than 8m) plastic greenhouse is currently being used in farms due to its magnified benefits, such as the convenience of the farming equipment used, and the land usage efficiency. In this study, the reinforcing effects of the use of a pretension tie were shown. In a previous study, tests for a 6.5m single-span-type greenhouse announced by Rural Development Administration were carried out. The tests of symmetric and eccentrics now loading by the sun and wind were conducted for the 10.2m span with a ${\phi}48.1{\times}2.1$ section in this study, after which the load-deflection relationship was compared for the cases of reinforcement with a tie and without a tie. The results of the symmetric snow loading test showed that the strength increased by 68~93% in the case of the specimen with a tied arch. The failure mode of the specimen without a tie tended to be that with a sway failure mechanism, and that of the reinforcement specimens with a tie tended to be that with an arch buckling mechanism. The results of the eccentric snow loading test showed that the strength of the specimen with a tie increased by 10~20% compared to that of the specimen without a tie. For the failure mode of the latter, a combined failure mechanism was adapted, although the failure mode of the tied specimens tended to be that with an arch buckling mechanism. 폭이 8m이상인 광폭형 비닐하우스는 농기구 사용의 편리성과 토지 활용성 등의 장점이 부각되면서 농가에 점차 보급되고 있는 실정이다. 이 논문은 광폭형 비닐하우스의 인장타이보강에 따른 효과에 관한 실험결과를 제공한다. 이미 앞선 연구에서는 농촌진흥청에서 고시된 폭이 6.5m인 단동형 비닐하우스 모델을 선정하여 인장타이보강효과에 대한 실험을 수행한바 있다. 본 연구에서는 ${\phi}48.1{\times}2.1$ 단면, 폭이 10.2m인 광폭형 비닐하우스를 선정하여 대칭하중 가력실험과, 햇빛에 의한 열이나 바람에 의한 불균형 적설하중을 산정한 편심하중 가력실험을 수행하였다. 타이를 보강하지 않은 실험체와 인장타이를 보강한 실험체의 하중-변위 관계를 비교 분석하였다. 대칭하중 가력실험에서 인장타이로 보강되어진 모델은 내력이 68~93%정도 증가하였다. 파괴모드는 무보강시에는 sway붕괴 메카니즘이 일어났으나 타이 보강시에는 아치 좌굴 메카니즘이 일어났다. 편심하중 가력실험 결과 타이로 보강하였을 경우 내력이 10~20%정도 증가하였다. 파괴모드는 무보강시에는 조합 붕괴 메카니즘이 일어났지만 타이보강시에는 아치 좌굴 메카니즘이 일어났다.

응답특성이 다른 지진파에 대한 RC 모멘트골조의 내진성능평가

신경재,여운서,이수헌,Shin, Kyung-Jae,Yeo, Un-Seo,Lee, Swoo-Heon 대한건축학회 2012 대한건축학회논문집 Vol.28 No.4

Recent earthquake in Japan has increased the interest in seismic-resistance performance of building structures in Korea. Earthquake damages not only collapsed the buildings but also caused huge loss of both human lives and property. Therefore, the school buildings, which are often used as an emergency shelter during an earthquake, should be evaluated of their seismic-resistance performance. This study used a nonlinear dynamic analysis program, OpenSees, to perform nonlinear static and dynamic analyses for the seismic-resistance evaluation of school building, which were not designed for an earthquake load. Actual earthquake waves were normalized to make them similar to design acceleration spectrum as specified by current seismic design code KBC 2009. Three actual ground accelerations (i.e., El Centro 1940, Kobe 1995 and Northridge 1994) were used to carry out time-history analysis in order to evaluate the overall behavior of the structure and local nonlinear deformation at the element level. The analysis result shows that the old school building not designed for an earthquake may be damaged seriously by an earthquake load of the magnitude equivalent to current design spectrum standard.

T형 스티프너를 이용한 콘크리트 충전강관 기둥-보 접합부의 해석에 관한 연구

신경재,김현성,Shin, Kyung Jae,Kim, Hyun Sung 한국강구조학회 2005 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.17 No.3

본 논문은 T형 스티프너를 이용한 콘크리트 충전각형강관-H형강보 접합부의 응력전달 메카니즘을 유한요소해석을 통해 정확히 이해하고, T스티프너에 관한 설계기본자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 선행된 실대형 접합부의 실험결과에서 나타난 문제점을 파악하기 위해 실험체와 동일한 형상의 비선형 유한요소해석을 수행하여 결과를 비교하였다. 접합부의 응력전달 메카니즘을 이해하기 위해 T형 스티프너의 형상을 변수로 하여 주요 부위의 여러 응력 및 변형도 지수를 사용하였다. 해석 모델은 크게 T형스티프너 상세에 따라 3개의 계열로 분류하였다. 유한요소해석을 통한 변수해석의 결과를 이용하여 보플랜지와 수평스티프너 접합부의 응력집중을 감소시킬 수 있는 방안을 모색하였다. 접합부 상세에 따른 여러 지수의 변화를 토대로 하여 T형 스티프너의 설계를 위한 기본자료와 최소 크기를 제시하였다. The goal of this paper is to understand the stress-transfer mechanism of concrete-filled tubular column to H-beam connections with external T-stiffener through the finite element method and to offer basic data for the design of T-stiffener. To identify the problems of previous test results, the same shapes of the full-scale test specimens were modeled for the finite element analysis. Results of the analysis were compared with the test results. Several stress and strain indices were used to understand the stress-transfer mechanism of connection with various T-stiffeners parameters. The models of analysis with different T-stiffener are grouped into TS, TSD, and TSH series. An alternative plan that decreases the stress concentration of beam flange to horizontal stiffener connection is proposed through the elasto-plastic finite element method. The basic design idea and minimum sizes of T-stiffener were proposed based on the various indices in relation to the connection details.

용량별 인장력 측정용 턴버클의 해석 및 실험

신경재,이수헌,이희두,Shin, Kyung-Jae,Lee, Swoo-Heon,Lee, Hee-Du 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.6

인장구조 시스템에서 구조물의 하중을 지지하는 인장재 사이에 삽입되어 인장력을 조절하는 장치가 턴버클이다. 인장재가 인장구조에서 중요한 부재임에도 불구하고, 현재 인장재에 발생하는 인장력을 경제적이고 간단하게 측정하기 위한 방법이 제안되지 못하였다. 그리하여 인장구조시스템에 작용하는 인장력을 측정하기 위하여 인장력 측정장치를 개발하였다. 본 논문에서는 이론해석과 유한요소해석을 바탕으로 100kN, 200kN, 300kN급 측정한계하중을 가지는 턴버클을 실험하였다. 그 결과 이론적 해석, 유한요소해석, 실험결과는 대체로 일치하는 것으로 나타났다. 또한 유한요소해석에 의한 측정용 턴버클의 극한강도를 조사해보면, 측정한계하중의 5배 이상의 과하중에서도 충분한 안전성을 확보하고 있음을 확인할 수 있었다. A turn buckle inserted between tension members that sustain the structural loads in a suspension structure system is a device that is capable of adjusting the tensile force. The tension member is an important element of a tension structure, but no simple and economical method of measuring a tensile force applied to members has been proposed yet. Thus, a turn buckle for measuring the tensile force in a tension member was developed in this study. The turn buckles of the measurement limit loads of 100kN, 200kN, and 300kN were tested through a theoretical analysis and a finite element analysis. There was no significant difference in the results of the theoretical analysis, FEA, and the test. In addition, the ultimate strength of the turn buckle using FEA showed that a new turn buckle is sufficiently safe to use even when there is a five-times overload in the measurement limit load.

웨브를 볼트로 접합한 보-기둥 접합부의 유한요소해석

신경재,임보혁,이수헌,최성모,Shin, Kyung-Jae,Lim, Bo-Hyuk,Lee, Swoo-Heon,Choi, Sung-Mo 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.3

As the building structures are higher and bigger, the high-performance steels of high strength, toughness, and low yield ratio had been required and developed. In this paper the behavior of the moment connection with bolted web and high strength steel was studied by using the finite-element analysis computer program of ABAQUS. The analysis model is based on the test results and the same cyclic load history was applied at the FE(Finite Element) model until it failed in the test. Through the FEA, several indicators hardly measured from the test were acquired. These indicators related to stress and strain were selected from three plastic rotation stages: 0.003 rad, 0.03 rad, and final failure rotation. Specifically, at the final failure stage, the strain indicators producing the full plastic behavior were suggested as a mechanical property for steel. 건축물이 크고 높아질수록 고강도 강재의 필요성이 부각 되었고 이러한 요구에 따라 강도와 항복비가 개선된 성능을 가진 강재들이 개발되고 있다. 본 연구에서는 고강도강재를 사용한 웨트볼트 접합방식을 가지는 모멘트접합부의 거동을 ABAQUS를 사용한 유한요소해석을 통하여 파악하였다. 해석모델은 이미 수행되어진 실험체를 대상으로 하였으며 파괴시까지의 반복하중을 해석모델에 가력하였다. 유한요소해석결과 실제실험으로는 얻기 힘든 여러 가지의 반응지수들을 구하였다. 이러한 지수들은 응력과 변형에 관계한 값으로 소성회전각이 0.003rad, 0.03rad 그리고 파괴시까지 3단계에서 구하였다. 특히 파괴단계에서 일정한 값을 가지는 변형지수는 충분한 소성거동을 하는 접합부의 강재에 요구되어지는 기계적 성질로 제시하였다.

인장력 상시 측정장치 개발에 관한 연구

신경재,황윤하,Shin, Kyung Jae,Hwang, Yun Ha 한국강구조학회 2003 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.15 No.4

인장구조물에서의 인장재는 가장 중요한 부재임에도 불구하고, 현재 인장재에 발생하는 현장에서 효과적으로 측정하는 방법에는 어려운 점이 많다. 기존의 측정방법으로는 일시적 또는 특정부재의 측정은 가능하지만 전체부재의 측정과 장기간 측정은 불가능하다. 이에 인장재의 인장력을 측정하기 위한 방법을 제시하고, 인장력이 작용하였을 때 탄성상태에서 부재가 선형적으로 변형하는 성질을 이용하여 인장재의 인장력을 효과적으로 측정하기 위한 방법을 제시하였다. 또한 측정장치의 개발에 필요한 자료를 제공하고자 유한요소해석을 수행하였고, 시험체를 제작하여 실험을 실시하여 해석의 결과를 검증하였다. Tension member is one of the most important elements in tension structure. An economical and reliable measurement method of a member's tensile force has yet to be developed, however. Several conventional measurement methods have some disadvantages when used for long-term, on-site measurement. A new tension-force measurement device was proposed to resolve measuring problems. Its principle was to use the bending part of the device as an elastic spring. The lateral deformation of the bending part due to tensile force can be measured to monitor the tensile force. This device was inserted in the tension member like a turn-buckle. Lateral deformation may be measured in the field at any time for the purpose of maintaining structures. Finite element analysis was used to design the shape and parametric study. Six specimens were tested within the elastic range. The test result showed that the elastic behavior or the bending part was consistent with the analysis' results.

고장력 인장봉으로 보강된 RC보의 휨거동에 관한 해석적 연구

신경재,김병준,Shin, Kyung Jae,Kim, Byung Jun 한국강구조학회 2007 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.19 No.3

본 논문은 고장력 인장봉에 의해 보강된 RC보의 휨거동을 평가하기 위한 해석적 방법을 제시하고 있다. 본 연구에 대한 선행 실험결과를 이용하였다. 실험 논문에서는 외부 강봉 보강의 이점에 대해서 소개하고 있다. 휨거동을 평가하기 위해 본 논문은 해석적 방법으로 단순누가산정의 방법을 제시하고 있다. 이 방법은 기본적으로 고장력 인장봉에 의해 보강된 RC보가 받는 전체하중은 강봉이 없는 RC보가 받는 하중과 강봉 자체가 받는 하중의 합과 같다고 가정한 것이다. 추가로 강봉에 의해 발생하는 축력과 강봉에 주어진 프리스트레스트에 대하여 고려를 하였다. 실험 결과와 이론해석의 결과값을 비교하여 단순누가산정 방법은 고장력 인장봉에 의해 보강된 RC보의 비선형 휨거동을 예측함에 있어서 비교적 정확한 상관관계를 보여주고 있다. This paper presents an analytical method of evaluating the flexural behavior of RC (reinforced concrete) beams strengthened with high-strengh bars. The former experimental results were used to compare with the analytical results. The experimental results also outline the advantages of externally strengtheng method with high-strenght bars. To evaluate the flexural behavior of RC beams strenghtend with unbonded high-strength bars, this paper proposes a method involving a simple strength-summation method. This method basically assumes that the total strength of RC beams strengthened with high-strength bars is equal to the sum of the strengths of the RC beams and the high-strength bars. This analytical method also includes the effects of compressive force due to the tension from high-strength bars. A comparison of the analytical and experimental results leads to the conclusion that the simple strength-summation mothod can simulate the flexural behavior of RC beams strengthened with high-strength bars with a good level of accuracy.

고장력 인장봉으로 보강한 RC보의 보강비에 따른 휨거동에 관한 연구

신경재(Shin Kyung-Jae),김윤정(Kim Yoon-Jung),문정호(Moon Jeong-Ho) 대한건축학회 2008 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.24 No.5

The objective of this research is to provide applicable flexural test results to actual strengthening design by checking the flexural capacities of RC beams strengthened with unbonded high-strength bars. The advantages of a proposed strengthening method consist in speed and simplicity of installation. Also, it is possible to acquire regular strengthening performance without skilled workers. A set of ten laboratory tests on RC beams strengthened with high-strength bars and unstrengthened RC beams as control group is reported. The main test parameters are the diameter of high-strength bar and the ratio of tension reinforcement. The equivalent tension reinforcement ratio which contains the strength ratio of high-tension bars respect to that of re-bar is also considered. Test result shows that the maximum strain of high-strength bars pretensioned with 40% of yield strain exceeds the nominal yield strain of high-strength bar. The deflection ratios of reinforced beams with high-strength bars were less than 54% compared that of serviceability limit. It is possible to simplify the design equation using the equivalent tension reinforcement ratio.