• Steel and Composite Structures
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• 제30권6호
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• pp.535-550
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• 2019

Prestressed concrete (PC) bridges using corrugated steel webbing have emerged as one of the most promising forms of steel-concrete composite bridge. However, their long-term behavior is not well understood, especially in the case of large-span bridges. In order to study the time-dependent performance, a large three-span PC bridge with corrugated steel webbing was compared to a similar conventional PC bridge to examine their respective time-dependent characteristics. In addition, a three-dimensional finite element method with step-by-step time integration that takes into account cantilever construction procedures was used to predict long-term behaviors such as deflection, stress distribution and prestressing loss. These predictions were based upon four well-established empirical creep prediction models. PC bridges with a corrugated steel web were observed to have a better long-term performance relative to conventional PC bridges. In particular, it is noted that the pre-cambering for PC bridges with a corrugated steel web could be smaller than that of conventional PC bridges. The ratio of side-to-mid span has great influence on the long-term deformation of PC bridges with a corrugated steel web, and it is suggested that the design value should be between 0.4 and 0.6. However, the different creep prediction models still showed a weak homogeneity, thus, the further experimental research and the development of health monitoring systems are required to further progress our understanding of the long-term behavior of PC bridges with corrugated steel webbing.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2006년도 정기 학술대회 논문집
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• pp.10-14
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• 2006

FBG sensors are able to measure the strain of structures more easily and durable than electronic resistance gages and thus many researches are on the way to apply the FBG sensor for response monitering of infrastructures. This study investigates the deflection estimation technique using FBG sensors. Several FBG sensors are multiplexed in single optical fiber and installed. in parallel pairs along the length of the structure. The measured strains at the top and bottom of a cross section can be transferred to the curvature of the section which can be used to calculate its displacement. It has been demonstrated that the estimated deflections using the FBG sensor are compared well with the readings from displacement transducers. The results show that the proposed instrumentation technique is capable of estimating the vertical deflection of the structures for various loading conditions including impact and dynamic loads, which is crucial in the structural health monitoring.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2003년도 춘계종합학술대회
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• pp.313-316
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• 2003

본 논문에서는 교량의 건전도 감시용 계측 유닛에 사용되는 충전시스템을 위한 교량의 상시진동을 이용한 자립형 진동발전기에 대하여 연구하였다. 본 연구에서는 전기자 반작용의 영향을 최소화한 진동발전기를 제안하고, 기계적 및 전기적인 설계식을 유도한 다음, 시험용 진동발전기를 제작하였다. 아울러, 실내 자유진동 실험을 수행하였고, 축전시스템에 대한 실험 결과, 정류기에 사용된 다이오드 특성이 충전과정에서 지배적임을 확인하였다. 또한, 남해대교의 진동 데이터를 Pilot 발전기에 적용하여 시뮬레이션 한 결과 진동발전기의 적용성과 효용성을 확인할 수 있었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제35권1호
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• pp.37-52
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• 2010

Special-shape arch bridge for self-balance (SBSSAB) in Zhongshan City is a kind of new fashioned spatial combined arch bridge composed of inclined steel arch ribs, curved steel box girder and inclined suspenders, and the mechanical behavior of the SBSSAB is particularly complicated. The SBSSAB is aesthetic in appearance, and design of the SBSSAB is artful and particular. In order to roundly investigate the mechanical behavior of the SBSSAB, 3-D finite element models for spatial member and shell were established to analyze the mechanical properties of the SBSSAB using ANSYS. Finite element analyses were conducted under several main loading cases, moreover deformation and strain values for control section of the SBSSAB under several main loading cases were proposed. To ensure the safety and rationality for optimal design of the SBSSAB and also to verify the reliability of its design and calculation theories, the 1/10 scale model tests were carried out. The measured results include the load checking calculation, lane loading and crowd load, and dead load. A good agreement is achieved between the experimental and analytical results. Both experimental and analytical results have shown that the SBSSAB is in the elastic state under the planned test loads, which indicates that the SBSSAB has an adequate load-capacity. The calibrated finite-element model that reflects the as-built conditions can be used as a baseline for health monitoring and future maintenance of the SBSSAB.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제19권3호
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• pp.261-279
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• 2005

The hot spot stress approach is usually adopted in the fatigue design and analysis of tubular welded joints. To apply the hot spot stress approach for fatigue evaluation of long span suspension bridges, the FEM is used to determine the hot spot stress of critical fatigue location. Using the local finite element models of the Tsing Ma Bridge, typical joints are developed and the stress concentration factors are determined. As a case for study, the calculated stress concentration factor is combined with the nominal representative stress block cycle to obtain the representative hot spot stress range cycle block under traffic loading from online health monitoring system. A comparison is made between the nominal stress approach and the hot spot stress approach for fatigue life evaluation of the Tsing Ma Bridge. The comparison result shows that the nominal stress approach cannot consider the most critical stress of the fatigue damage location and the hot spot stress approach is more appropriate for fatigue evaluation.

• Smart Structures and Systems
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• 제23권5호
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• pp.507-520
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• 2019

In the structural health monitoring field, damage detection has been commonly carried out based on the structural model and the engineering features related to the model. However, the extracted features are often subjected to various errors, which makes the pattern recognition for damage detection still challenging. In this study, an automated damage identification method is presented for hanger cables in a tied-arch bridge using a convolutional neural network (CNN). Raw measurement data for Fourier amplitude spectra (FAS) of acceleration responses are used without a complex data pre-processing for modal identification. A CNN is a kind of deep neural network that typically consists of convolution, pooling, and fully-connected layers. A numerical simulation study was performed for multiple damage detection in the hangers using ambient wind vibration data on the bridge deck. The results show that the current CNN using FAS data performs better under various damage states than the CNN using time-history data and the traditional neural network using FAS. Robustness of the present CNN has been proven under various observational noise levels and wind speeds.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제17권3_4호
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• pp.393-408
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• 2004

There exists a clear need to monitor the performance of civil structures over their operational lives. Current commercial monitoring systems suffer from various technological and economic limitations that prevent their widespread adoption. The wires used to route measurements from system sensors to the centralized data server represent one of the greatest limitations since they are physically vulnerable and expensive from an installation and maintenance standpoint. In lieu of cables, the introduction of low-cost wireless communications is proposed. The result is the design of a prototype wireless sensing unit that can serve as the fundamental building block of wireless modular monitoring systems (WiMMS). An additional feature of the wireless sensing unit is the incorporation of computational power in the form of state-of-art microcontrollers. The prototype unit is validated with a series of laboratory and field tests. The Alamosa Canyon Bridge is employed to serve as a full-scale benchmark structure to validate the performance of the wireless sensing unit in the field. A traditional cable-based monitoring system is installed in parallel with the wireless sensing units for performance comparison.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.103-110
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• 2016

최근 건설되는 특수교량에는 상시적인 유지관리 체계로서 계측시스템이 활발히 도입되고 있는 상황이다. 일반적으로 계측시스템을 이용한 교량 유지관리 시에는 관리기준치를 설정하여 교량의 상태를 평가하게 되지만, 관리기준치 설정 기준과 방법이 없어 설계허용값에 근거하여 단순하게 설정되고 있는 실정이다. 기존의 방법으로 설정된 관리기준치를 적용할 경우 관리기준치 범위 내에서 발생된 이벤트, 이상거동 및 점진적으로 발생하는 손상 등과 같은 교량의 상태변화를 파악하기에는 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 절대치 관리에 있어 관리기준치 설정의 문제점을 고찰하여 실무에 효과적으로 적용가능한 개선된 관리기준치 설정 및 운영방법을 도출하였다. 개선된 관리기준치 설정을 위해 검벨분포를 사용한 확률론적 접근방법을 도입하여 재현빈도 50년, 100년의 기댓값에 대한 교량의 주의, 경고치를 산정하였다. 본 연구에서의 관리기준치는 설계허용치 범위 내에서 발생하는 이상거동을 감지할 수 있도록 계측데이터와 계측데이터의 구간변화량에 대한 관리기준치를 각각 설정되었으며, 제안된 방법으로 산정된 관리기준치는 실측 데이터에 대입하여 비정상적인 데이터의 발생여부를 적절하게 파악할 수 있다는 것을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제11권2호
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• pp.134-144
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• 2007

본 연구에서는 구조물의 모니터링 시스템을 위하여 최근에 급속하게 발전하는 스마트 센서 기술을 이용하여 스마트 센서 장치를 개발하였고 다양한 실험을 통하여 개발한 스마트 센서의 기본적 성능 평가와 모형 구조물을 이용한 손상 검출 실험을 실시하였다. 본 논문은 Part 1로써 스마트 센서의 개발과 성능 평가에 관한 것이고 Part 2에서는 스마트 센서를 이용한 손상 검출 결과를 유선 계측 시스템을 이용한 실험결과와 비교하였다. 스마트 센서는 고 출력의 무선 모뎀과 고 성능 MEMS 센서, AVR 마이크로컨트롤러를 이용하여 개발하였으며 센서의 제어와 운영을 위한 임베디드 프로그램을 개발하였다. 스마트 센서의 성능을 검증하기 위하여 민감도와 분해능 분석 실험과 캔틸레버 보와 가진기를 이용한 데이터 획득 실험, 실 구조물을 이용한 현장 적용 실험을 실시하였다. 실험 결과, 개발한 스마트 센서의 성능에 대한 만족스런 결과를 얻었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.1-9
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• 2016

본 우리나라 철도 영업 구간중 철도교량은 2012년 기준 약 25%를 차지한다. 이러한 교량 구조들은 시공 직후부터 열차의 충격하중, 태풍, 선박 및 차량 충돌 등 다양한 하중을 받게 된다. 특히 고속 철도 교량의 경우, 열차의 속도로부터 전가되는 매우 큰 충격하중을 받게 되며, 이러한 교량에 가해지는 충격 응답을 분석하는 것은 교량의 안전성 평가에 매우 중요하다. 최근 무선 센서를 이용해 교량의 건전성을 평가하는 연구들이 주목받고 있다. 무선 센서는 가격 및 설치의 용이성으로 인해 교량의 응답계측에 유용하게 적용되고 있다. 하지만 고속철도 교량에서 발생하는 충격 하중은 그 지속시간이 10초 내외로 매우 짧게 발생하므로, 기존 무선 센서의 시스템의 자체 실행 후 시간 지연으로 인해, 이러한 충격하중의 계측은 매우 어렵게 된다. 따라서 본 연구에서는 철도 교량의 충격하중에 의한 구조물의 응답을 계측하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 프레임워크를 제안한다. 구체적으로 1) 초저전력 가속도계를 이용한 구조물의 과도응답 감지 및 평가, 2) 무선 센서 네트워크의 트리거링 후 계측이 시작되는 지연 시간의 단축, 그리고 네트워크의 시간 및 데이터 동기화 기법을 개발하였다. 최종적으로 제안된 프레임 워크에서 소수의 진동 감지 센서 노드들이 상시진동을 계측하며, 열차의 진입으로 인한 진동이 감지될 시, 전체 센서 네트워크의 계측을 시작한다. 시간 지연을 최소화하기 위해 모든 센서는 다른 시작시간을 가지며, 이를 제어하기 위해 후처리 기반 시간 동기화를 한다. 제안된 프레임워크는 실내실험 및 수치해석을 통해 그 효용성을 입증하였다.