비선형 정적 해석법을 이용한 사장교의 지진해석

신동규(Shin Dong Kyu),곽효경(Kwak Hyo-Gyoung) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 A Vol.31 No.2A

성능기반 내진 설계방법의 설계철학을 가지고 있는 비선형 정적 해석법(NSPs)은 최근 구조물의 지진해석방법으로서 그 사용성을 인정받고 있다. 비선형 정적 해석법을 통한 지진해석은 기존의 비선형 시간 이력법에 비해서 방법이 간단하며, 직관적으로 구조물의 지진해석을 수행할 수 있는 등의 장점으로 빌딩구조물의 지진해석법으로 널리 사용되고 있다. 하지만, 기본 진동모드에 의해서 구조물의 거동이 지배되지 않는 구조물의 경우에는 그 사용성에 대한 연구가 매우 제한적이다. 이를 개선하기 위한 고차모드의 기여분을 반영할 수 있는 비선형 정적 해석법으로 모드별 비탄성 정적해석법(Modal Pushover Analysis; MPA)이 제시되었고, 또한 이를 개선한 개선된 모드별 비탄성 정적해석법(Improved Modal Pushover Analysis; IMPA) 역시 소개되었다. 본 논문에서는 기존에 소개된 네가지 비선형 정적 해석법을 이용하여 국내에 설계/시공된 두 사장교의 지진해석 가능성을 알아보며, 각 방법의 장/단점을 분석 하여 비선형 정적 해석법의 응용가능성에 대해서 알아보았다. Nonlinear static procedures (NSPs) basing on the concept of performance based seismic design have become one of the promising procedures for seismic evaluation of buildings. Although it needs much less computational cost compared to non?linear time history analysis (NTHA), its usages are limited to simple structures by its inherent restriction to structures wherein the fundamental mode dominates the response. Several new nonlinear static procedures (Modal Pushover Analysis; MPA and Improved Modal Pushover Analysis; IMPA) which can consider higher modes effect were introduced. Nonetheless, its applicability for complex structures such as cable-stayed bridge has not studied yet. This paper focuses on applicability of nonlinear static procedures for the seismic analysis of cable-stayed bridges. Moreover, reliability indexes which can predict analysis procedure's accuracy are introduced.

지진응답해석에 의한 역량스펙트럼의 정밀도 분석

유진선,양원직,이원호,김형준 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

일반적으로 건축물의 손상도평가 및 성능평가시 비선형 등가정적해석(Push-over Analysis)이 사용된다. 등가정적해석법은 지진하중을 등가의 정적하중으로 환산하여 정적해석을 수행하는 방법으로 각층을 변위제어로 가력하여 각층의 강성에 의한 복원력만이 산출하기 때문에 지진파와 같은 동적하중에 대한 건축물의 동적거동을 평가하기에는 곤란하다. 지진하중에 의한 건축물의 거동은 주기 및 강성의 변화에 따라 동적거동이 달라지며 반복적인 거동으로 같은 변위에서의 내력저하 현상도 발생하게 된다. 따라서 건축물의 동특성이 반영된 손상도평가 및 성능평가를 위한 역량스펙트럼은 동적거동을 평가할 수 있는 비선형 지진응답해석을 통하여 산출되어야한다. 본 연구에서는 질점계 비선형 지진응답해석을 수행하여 역량스펙트럼을 도출한다. 도출된 역량스펙트럼을 등가정적해석과 비교하여 질점계 비선형 지진응답해석이 고차모드 및 층별 동특성의 영향을 고려하고 있음을 확인하고자 한다. 또한, 질점계 비선형 지진응답해석과 등가정적해석을 3차원 해석에 의한 결과와 비교·검토하여 질점계 비선형 지진응답해석과 등가정적해석의 정밀도를 비교·분석하고자 한다.

비선형정적해석 절차를 이용한 선형정적 연쇄붕괴 대체경로 해석방법 개발

김진구,박새로미,서영일,Kim, Jin-Koo,Park, Sae-Ro-Mi,Seo, Young-Il 한국전산구조공학회 2011 한국전산구조공학회논문집 Vol.24 No.5

본 논문에서는 비선형정적해석 방법을 이용하여 기존의 연쇄붕괴 선형정적해석 절차에 수반되는 반복과정을 자동으로 수행하면서도 선형해석 결과와 동일한 결과를 나타내는 새로운 연쇄붕괴 해석절차를 제안하였다. 제안된 해석절차는 GSA 기준에 규정된 기존 선형정적해석법의 단점인 반복적 해석작업 및 그 과정에서 발생할 수 있는 시간과 오류의 가능성을 최소화하여 해석결과의 신뢰성을 확보가 있는 선형정적해석 절차이다. 제안된 해석절차를 검증하기 위하여 철근콘크리트 모멘트골조 및 철골 가새골조의 최하층 기둥부재를 제거한 후 기존 해석법과 제안 해석법을 적용하고 그 결과를 비교 분석하였다. 해석결과에 따르면 제안된 해석절차는 구조물의 붕괴여부의 판정 및 힌지 분포에 있어서 기존의 선형정적해석과 동일한 결과를 나타내었으며, 반복해석 과정이 불필요하므로 기존 해석법에 비하여 매우 짧은 시간에 해석을 수행할 수 있는 것으로 나타났다. In this paper a new analysis procedure for evaluation of progressive collapse resisting capacity of a structure was proposed based on the nonlinear static analysis procedure. The proposed procedure produces analysis results identical to those obtained by the linear static analysis procedure specified in the GSA guidelines without iteration, therefore saving a lot of computation time and excluding the possibility of human errors during the procedure. To verify the validity of the proposed procedure, the two methods were applied to the analysis of a reinforced concrete moment frame and a steel braced frame subjected to loss of a first story column and the results were compared. According to the analysis results, the two methods produce identical results in the prediction of progressive collapse and the hinge formation. As iterative analysis is not required in the proposed method, significant amount of analysis time is saved in the proposed analysis procedure.

건축구조물의 비선형 지진응답 평가를 위한 개선된 지진하중 분배방법

이동근,최원호,안지희 한국지진공학회 2001 한국지진공학회논문집 Vol.5 No.2

성능에 기초한 내진설계에서는 구조물이 보유하고 있는 능력을 효과적으로 파악하기 위해서 비선형 정적 해석이 적용되고 있다. 그러나 비선형 정적해석은 고차모드에 대한 효과를 고려하지 못함으로써 고층구조물이나 비정형 구조물과 같은 경우에는 정확한 비선형 지진응답의 산정과 내진성능을 평가하는데 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 건축구조물의 선형 및 비선형 지진응답 평가를 위하여 응답 스펙트럼해석을 통하여 얻어지는 층전단력으로부터 층하중을 산정하는 유사동적해석법이 적용되었다. 제안된 방법을 비선형 정적 해석에 적용하여 구조물의 비선형 자동응답을 비선형 시간이력해석의 결과와 비교하였다. 기존의 층분포하중에 의한 비선형 지진응답과 비교하였으며, 제안된 방법에 의한 지진 응답이 구조물의 비선형 거동특성을 가장 정확하게 표현하였다. 그러므로 본 연구에서 제안된 방법을 사용하여 비선형 정적 해석을 수행한다면 비교적 명확한 건축물의 비선형 거동특성과 내진성능을 평가할 수 있을 것으로 판단된다.

내진성능평가를 위한 비선형 직접스펙트럼법의 특성

강병두,김재웅 한국지진공학회 2002 한국지진공학회논문집 Vol.6 No.4

성능에 기초한 설계법에서는 비선형 응답산정이 필수적이며, 이를 위한 방법으로는 비선형시각이력해석법, 비선형 정적해석법, 비선형 효과를 고려한 등가선형해석법 등이 있다. 일부 규준에서는 pushover곡선으로부터 작성한 성능스펙트럼과 선형 응답스펙트럼으로부터 작성한 요구스펙트럼으로 이루어진 능력스펙트럼법을 제안하고 있다. 이 방법은 개념적으로는 간단하나 반복과정이 요구되며, 부정확한 결과를 산출하는 경우가 많다. 이에 따라 시행착오적인 등가선형 스펙트럼대신 비선형스펙트럼을 사용하는 방법들에 대한 연구들이 진행되고 있다. 비선형 요구스펙트럼은 표준적 선형 설계스펙트럼으로부터 결정될 수 있으며, 이 방법은 등가선형의 경우보다는 계산과정이 대폭 줄어들기는 하나 아직도 다소의 연산과정이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 다자유도계의 구조물에 대한 pushover곡선으로부터 구조물의 진동주기와 항복강도를 구한 다음, 일련의 계산과정을 거치지 않고도, 직접적으로 비선형 최대응답을 구할 수 있는 비선형 직접스펙트럼법(NDSM)을 제시하극 집중질량계의 MDF(다자유도계) 모델에 대해 다양한 지진기록과 제하강성저하지수를 변수로 하여 NDSM의 적용성과 신뢰성을 평가하고자 한다. 본 연구의 결론은 다음과 같다. 1) 다자유도계 구조물에 대한 비선형 직접스펙트럼법에 의한 최대변위 응답은 비선형 시각이력해석법에 의한 응답과 거의 일치하므로 실용적인 방법으로 사료된다. 2) 비선형 직접스펙트럼법과 비선형 시각이력해석에 의해 산정된 죄상층 변위 결과를 비교하면, 항복후강성계수가 0.1, MAD(modal adaptive distribution)에 의한 수평정적하중분폰 그리고 제하강성저하지수가 0.2~O.3일 때 평균오차가 가장 줄어드는 것으로 나타났다.0.2%와 64.3%로 판막재건술을 시행했던 환자에서 높게 나타났으나 두 군 사이의 통계학적 의의는 보이지 않았다. 결론: 건삭파열 및 유두근 파열로 인한 승모판막 폐쇄 부전의 가장 많은 병리조직학적 원인은 비특이적 변성이었다. 또한 판막 폐쇄 부전의 원인이 승모판막의 퇴행성 병변일 경우에 수술적 방법으로서 승모판막 재건술은 그 장기 성적이 양호하고 수술적 결과가 승모판막 치환술과 비교적 우월한 차이를 보이므로 승모판막 폐쇄 부전의 수술적 치료에 있어서 가장 좋은 방법이라 생각한다. 대상 혈관의 정확한 수술 전 평가 등을 통해 중장기 개통률을 향상시킬 수 있다.25^{\circ}C에서 49.30% (76.66mg/kg)로 나타나 주로 25^{\circ}C 이하에서 발현한 것으로 나타났다. 3. 배양온도에서 검지 된 뷰틸산의 량은 6일 동안 돈분에서 1,463.87mg/kg, 계분에서 96.72mg/kg, 우분에서 129.18mg/kg이 발현되었으며 돈분의 경우 93.31%(1,365.95mg/kg)가 25^{\circ}C에서 발현되었고 이 중 87.92%가 3일령, 4일령과 6일령에 집중적으로 나타났다. 계분의 경우 37^{\circ}C 처리구에서 76.60%(74.09 mg/kg)로 발현되었고 이 중 88%가 1일령, 2일령과 5일령에 집중적으로 나타났다. 우분의 경우 61.55%(79.51mg/kg)가 25^{\circ}C에서 발현되었고 이 중 89.6%가 1일령, 3일령과 4일령에 집중적으로 나타났다. 4. 배양온도에서 검지된 이소밸릭산의 량은 6일 동안 돈분에서 6,885.99mg/kg, 계분에서 307.47mg/kg, 우분에서 It has been recognized that the damage control must become a more explicit design consideration. In an effort to develop design methods based on performance it is clear that the evaluation of the nonlinear response is required. The methods available to the design engineer today are nonlinear time history analyses, monotonic static nonlinear analyses, or equivalent static analyses with simulated nonlinear influences. Some building codes propose the capacity spectrum method based on the nonlinear static analysis(pushover analysis) to determine the earthquake-induced demand given by the structure pushover curve. These procedures are conceptually simple but iterative and time consuming with some errors. This paper presents a nonlinear direct spectrum method(NDSM) to evaluate seismic performance of structures, without iterative computations, given by the structural initial elastic period and yield strength from the pushover analysis, especially for MDF(multi degree of freedom) systems. The purpose of this paper is to investigate the accuracy and confidence of this method from a point of view of various earthquakes and unloading stiffness degradation parameters. The conclusions of this study are as follows; 1) NDSM is considered as practical method because the peak deformations of nonlinear system of MDF by NDSM are almost equal to the results of nonlinear time history analysis(NTHA) for various ground motions. 2) When the results of NDSM are compared with those of NTHA. mean of errors is the smallest in case of post-yielding stiffness factor 0.1, static force by MAD(modal adaptive distribution) and unloading stiffness degradation factor 0.2~0.3.

강성응축기법을 이용한 국부 비선형 정적 해석

신한섭,오민한,부승환 해양환경안전학회 2021 해양환경안전학회지 Vol.27 No.1

본 연구에서는 국부 비선형 정적 해석을 효율적으로 수행하기 위하여 강성응축(Static condensation)을 활용한 해석기법을 제시하였다. 강성응축기법은 자유도 기반의 유한요소 모델 축소기법이며, 해석 모델을 관심 대상(Target) 부분과 응축되어 생략될(Omitted) 부분으 로 구분한다. 본 연구에서는, 관심 대상 부분에는 비선형 영역, 생략될 부분에는 선형 영역으로 지정하였고, 선형 영역에 대응되는 강성 행렬 및 하중 벡터를 비선형 영역, 즉 관심 대상 부분으로 모두 응축하였다. 모델 응축 후에는 비선형 영역에 대한 강성 행렬 및 하중 벡터만으로 이루어진 축소 모델을 구성하였으며, 이 축소 모델만을 뉴턴-랩슨 반복(Newton-Raphson iteration)을 통해 갱신하여 효율적으로 비선형 해석을 수행하였다. 끝으로, 제안된 기법을 다양한 수치 예제에 적용하여 해석기법의 효율성과 신뢰성을 제시하였다. In this study, an analysis technique using static condensation is proposed for an efficient local nonlinear static analysis. The static condensation method is a model reduction method based on the degrees of freedom, and the analysis model is divided into a target part and a condensed part to be omitted. In this study, the nonlinear and linear parts were designated to the target and the omitted parts, respectively, and both the stiffness matrix and load vector corresponding to the linear part were condensed into the nonlinear part. After model condensation, the reduced model comprising the stiffness matrix and the load vector for the nonlinear part is constructed, and only this reduced model was updated through the Newton-Raphson iteration for an efficient nonlinear analysis. Finally, the efficiency and reliability of the proposed analysis technique were presented by applying it to various numerical examples.

정적 및 동적 해석을 이용한 철근콘크리트 건물의 연쇄붕괴 저항성능 평가

서대원,김해진,신성우 한국구조물진단유지관리공학회 2010 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.14 No.6

연쇄붕괴는 구조부재의 국부적인 파괴가 주변부재로 이어지고 이 파괴가 또 다른 주변부재의 파괴로 이어지는 붕괴를 의미한다. 현재 국내에서는 연쇄붕괴 방지를 위한 설계지침이 마련되어 있지 않은 형편이다. 특히 구조설계 시 연쇄붕괴 저항성능의 평가를 할 필요가 있을 때 연쇄붕괴 방법 및 절차에 대한 기준이 없어 엔지니어들이 많은 어려움을 느끼고 있다. 따라서, 본 연구에서는 연쇄붕괴 저항성능평가에 가장 많이 사용되는 GSA 가이드라인을 이용하여 정적 및 동적해석에 의해 평가하는 방법 및 절차를 소개하고, 철근콘크리트 모멘트저항골조에 대해 연쇄붕괴 성능평가를 수행하여 각 해석방법에 의한 결과를 비교, 분석하였다. 연구의 결과 국내 설계기준에 의해 내진 설계된 해석모델의 철근콘크리트 모멘트저항골조 시스템은 DCR 값이 2를 초과하여 연쇄붕괴에 충분한 대체하중 경로를 제공하지 못하며, 연쇄붕괴를 고려하기 위해서는 추가적인 보강이 고려되어야 할 것으로 판단된다. 또한, 선형동적해석과 선형정적해석의 수직 처짐 및 DCR 값을 비교한 결과, 정적해석에 의한 평가결과보다 보수적인 결과를 나타내어 실용적인 방법으로서 현재 제안되고 있는 하중조합의 2배를 고려하는 동적계수를 고려한 선형정적해석의 사용이 가능할 것으로 판단된다. Progressive collapse is defined as a collapse caused by sectional destruction of a structural member which links to other surrounding structures. Currently the design guidelines for the prevention of progressive collapse is not available in Korea. So, structural engineers have a difficulty in evaluating progressive collapse. In this study, the static and dynamic analysis to evaluate the methods and procedures are conducted using commercial analysis program for RC moment resisting frames. According to the study, DCR value of RC moment resisting frame system based on code in Korea is over 2 and it shows that it can’t provide alternate load paths due to the progressive collapse. And additional reinforcement should be considered for the progressive collapse resistance. As a result of vertical deflection and DCR value of linear static analysis and linear dynamic analysis, the results of dynamic analysis were underestimated more than the result of static analysis. Thus, the dynamic coefficient value of 2 provides conservative estimation.

비선형 구조 해석과 공력 해석의 효율적인 연계 알고리즘에 대한 연구

김의영(Euiyoung Kim),장성민(Seongmin Chang),이동호(Dongho Lee),조맹효(Maenghyo Cho) 한국항공우주학회 2012 韓國航空宇宙學會誌 Vol.40 No.11

비행체 구조는 공기력에 의해 변형이 발생하고 이 구조의 변형은 다시 공기력의 변화를 유발하므로 비행체 구조 시스템의 고정밀 설계를 위해서는 공력/구조 연계 해석이 필요하다. 그러나 발생하는 변형이 비선형 구조 해석을 요구할 정도로 큰 경우, 선형 시스템에서와 같이 공력 해석과 구조 해석을 순차적으로 반복하는 연계 해석 기법은 바람직하지 않다. 구조적 변형에 따라 변하는 공기력을 충분히 고려하지 못하며, 소요 시간 또한 크기 때문이다. 본 연구는 공력장 내부의 비선형 구조의 거동을 보다 효율적으로 예측할 수 있는 공력/구조 연계 해석 기법을 다룬다. 즉, 비선형 구조 해석 단계 도중에 주기적으로 공력해석을 통한 외력 업데이트를 수행하는 알고리즘을 제안한다. 또한 고세장비의 유연날개를 가지는 글로벌 호크 모델을 사용하여 여러 가지 기법의 비선형 공력/구조 연계 해석의 결과를 비교하였다. Fluid/structure interaction (FSI) analysis is necessary to predict the response of a system in which aerodynamic pressure causes deformation of the structure, and vice versa. In dealing with a nonlinear behavior of the structure, however, a simple iterative algorithm of aerodynamic analysis with structural analysis yields no accurate results since aerodynamic pressure need to be changed in accordance with the deformation of structures. In this study, we explore an efficient and accurate method for integrating FSI analysis into structural nonlinear systems. During the course of nonlinear structural analysis, loading conditions are periodically updated by aerodynamic analysis. The accuracy and efficiency of the method is demonstrated with a high-aspect-ratio flexible wing of Global Hawk.

기초지반강성을 고려한 철골 건축구조물의 비선형 지진해석

오영희,김용석,Oh, Yeong Hui,Kim, Yong Seok 한국강구조학회 2006 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.18 No.2

구조물의 지진응답은 기초지반조건의 영향을 받는다. 이 연구에서는 고정지반과 연약지반을 고려한 3, 5, 7층 철골 건축구조물의 밑면전단력을 산정하기 위해 선형 시간이력지진해석과 비선형 Pushover 정적지진해석을 수행하였다. 등가정적강성식으로 구한 기초지반강성은 SAP2000의 Link 요소 중 Damper 요소를 사용하여 입력하였다. 범용구조해석 프로그램 SAP2000에 의한 시간이력으로 구한 철골건축구조물의 밑면전단력을 국내내진설계기준, UBC-97 설계응답스펙트럼, Pushover 정적 비선형해석으로 구한 밑면전단력과 비교하였다. 중력하중과 풍하중으로 설계된 철골 건축구조물은 0.11g의 중진에 대해 탄성응답을 보였고, 탄성 연약지반에서 구조물-지반의 상호작용과 지반 증폭에 의해 구조물의 변위와 밑면전단력이 증가되었다. 따라서, 중약진 지역에서의 건축구조물은 연약지반의 특성을 고려하여 탄성지진해석을 수행하는 것이 더 합리적이다. The seismic responses of a building are affected by the base soil conditions. In this study, linear time-history seismic analysis and nonlinear pushover static seismic analysis were performed to estimate the base shear forces of 3-, 5-, and 7-story steel buildings, considering the rigid and soft soil conditions. Foundation soil stiffness, based on the equivalent static stiffness formula, is used for the damper, one of the Link elements in SAP 2000. The base shear forces of the steel buildings, estimated through time-history analysis using the general-purpose structural-analysis program of SAP 2000, were compared with those calculated using the domestic seismic design code, the UBC-97 design response spectrum. and pushover static nonlinear analysis. The steel buildings designed for gravity and wind loads showed elastic responses with a moderate earthquake of 0.11 g, while the elastic soft-soil layer increased the displacement and the base shear force of the buildings due to soil-structure interaction and soil amplification. Therefore, considering the characteristics of the soft-soil layer, it is more reasonable to perform an elastic seismic analysis of a building's structure during weak or moderate earthquakes.

가새 골조를 가진 중·저층 건물 접합부의 전강도 설계

신정철,선성민,정영우,Shin, Jeong-Cheol,Sun, Sung-Min,Chung, Young-Woo 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.1

강구조 접합부 설계에 '전강도 접합' 개념이 도입됨에 따라 비선형 정적 해석의 결과를 이용한 설계가 주목을 받고 있다. 그러나 현재 실무에 적용하기에는 생소한 개념이어서 어려움이 있다. 또한 대부분의 기존 연구가 가상의 고층 구조물에 대한 내용 이어서 실제 대다수 설계가 이루어지는 중 저층 산업용 구조물에 대한 연구는 부족하다. 이에 본 연구에서는 실제 진행 중인 중 저층 산업용 구조물의 비선형 정적 해석을 위한 간단 명료한 하중 패턴을 3차원 해석 모델에 대해 제시하여 해석을 수행하였고, 실무에서의 유용성을 위해 2차원 해석 모델에 대한 보다 간단한 하중 패턴을 제시하였다. 또한 해석 결과를 이용하여 접합부를 설계하는 과정에서 나타날 수 있는 문제점에 대해 비선형 정적 해석에 사용하는 힌지 특성을 간단한 유추를 통해 새롭게 제시하였다. 제시된 하중 패턴은 서로 다른 방법으로 구하였으나 동일한 결과를 보여 상호 신뢰성을 입증하였으며, 제시된 힌지 특성을 적용한 구조물의 해석 결과로부터 합리적인 결과를 얻어 그 타당성을 검증하였다. Due to the concept of "full-strength capacity connection," the pushover analysis method became an issue in designing steel connections. It is difficult to apply practically, however, because engineers are unfamiliar with such method. Moreover, there have been insufficient representative studies on them because most of the past pertinent studies were performed based on high-rise and/or virtual structures. As such, for this study, an actual(now in process) steel structure, a medium-low-rise industrial building, was selected. To perform pushover analysis, it was suggested that lateral load patterns be used in a simple and clear manner for three- and two-dimensional analysis models. A new hinge property was also suggested to prevent erroneous connection design results that can occur in the design process. The suggested load patterns showed almost the same results regardless of the model that was used, from which the obtained load patterns were different. This result implies the validity of the suggested load patterns. As for the suggested hinge property, the structural analysis yielded sound and reasonable results, which confirmed the validity of the proposed hinge property.