• Wind and Structures
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• 제9권4호
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• pp.271-296
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• 2006

The frequency of a traditional tuned liquid column damper (TLCD) depends solely on the length of liquid column, which imposes certain restrictions on its application to long span cable-stayed bridges during construction. The configuration of a cable-stayed bridge varies from different construction stages and so do its natural frequencies. It is thus difficult to apply TLCD with a fixed configuration to the bridge during construction or it is not economical to design a series of TLCD with different liquid lengths to suit for various construction stages. Semi-active tuned liquid column damper (SATLCD) with adaptive frequency tuning capacity is studied in this paper for buffeting response control of a long span cable-stayed bridge during construction. The frequency of SATLCD can be adjusted by active control of air pressures inside the air chamber at the two ends of the container. The performance of SATLCD for suppressing combined lateral and torsional vibration of a real long span cable-stayed bridge during construction stage is numerically investigated using a finite element-based approach. The finite element model of SATLCD is also developed and incorporated into the finite element model of the bridge for predicting buffeting response of the coupled SATLCD-bridge system in the time domain. The investigations show that with a fixed container configuration, the SATLCD with adaptive frequency tuning can effectively reduce buffeting response of the bridge during various construction stages.

• Smart Structures and Systems
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• 제15권3호
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• pp.505-522
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• 2015

Variation of temperature is a primary environmental factor that affects the behavior of structures. Therefore, understanding the mechanisms of normal temperature-induced variations of structural behavior would help in distinguishing them from anomalies. In this study, we used the structural health monitoring data of the Shanghai Yangtze River Bridge, a steel girder cable-stayed bridge, to investigate the mechanisms of thermally induced vertical deflection ($D_T$) at mid-span of such bridges. The $D_T$ results from a multisource combination of thermal expansion effects of the cable temperature ($T_{Cab}$), girder temperature ($T_{Gir}$), girder differential temperature ($T_{Dif}$), and tower temperature ($T_{Tow}$). It could be approximated by multiple linear superpositions under operational conditions. The sensitivities of $D_T$ of the Shanghai Yangtze River Bridge to the above temperatures were in the following order: $T_{Cab}$ > $T_{Gir}$ > $T_{Tow}$ > $T_{Dif}$. However, the direction of the effect of $T_{Cab}$ was observed to be opposite to that of the other three temperatures, and the magnitudes of the effects of $T_{Cab}$ and $T_{Gir}$ were found to be almost one order greater than those of $T_{Dif}$ and $T_{Tow}$. The mechanisms of the thermally induced vertical deflection variation at mid-span of a cable-stayed bridge as well as the analytical methodology adopted in this study could be applicable for other long-span cable-stayed bridges.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2003년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.187-194
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• 2003

This paper presents an energy method for the analysis of the in-plane ultimate load capacity of cable-stayed bridges considering deck and pylon connection. The potential energy of the whole bridge, including bridge deck, stayed cables, and pylons, and the work done by external loads are considered in the development of the bridge energy equation. Both geometric and material nonlinearities are taken into account in the analysis. The method is simple to use and has a high convergence rate.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권3호
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• pp.84-91
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• 2012

본 연구는 케이블 파단이 콘크리트사장교의 동적거동에 미치는 영향을 강합성사장교에 대한 것과 비교하여 검토하는데 그 목적이 있다. 이를 위해, 강합성사장교를 대상으로 시간이력함수를 이용한 케이블 파단을 모사하는 적합한 해석기법을 검토하고, 동적확대계수를 평가하였다. 콘크리트사장교에서 계산된 동적확대계수를 설계기준을 기반으로 강합성사장교에 대한 것과 비교 검토하였다. 그 결과, 동적확대계수에 대한 현행 설계기준이 전반적으로 신뢰할 수 있는 것으로 판단되며 콘크리트사장교의 경우 동적확대계수 값이 강합성사장교에 비해 상대적으로 상승되는 경향을 보이나 설계기준을 만족한다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권6호
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• pp.60-71
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• 2014

대표적인 장대교량 형식인 사장교는 공용 중에 케이블 손상이 발생하는 경우 전체 구조계의 손상을 유발할 수 있으므로 신속한 유지관리가 필요하다. 손상발생 이후 대응시간을 가능한 단축하기 위해서 손상신호로부터 직접 이상거동을 판단할 수 있는 알고리즘에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이상거동 감지 알고리즘의 정확도를 향상시키기 위해서는 구조물의 다양한 손상에 대한 충분한 양의 계측결과가 필요하다. 그러나 공용중인 교량에 손상을 주어 이상거동을 계측할 수 없으므로 수치적인 방법으로 이상거동을 모사하는 것이 효율적인 대안이 될 수 있다. 사장교 케이블의 손상을 모사하는 지금까지의 연구는 케이블의 강성변화를 단순한 장력변화로만 모사하여 해석하는 방법이 주를 이루었다. 이러한 해석방법은 설계목적의 정밀도는 확보할 수 있지만 케이블의 손상에 의한 구조물의 정확한 응답을 재현하지 못한다. 본 연구는 사장교의 손상을 모사하기 위해 강성 및 질량의 변화를 고려하는 직접적분법 Gradual Bilinear Method (GBM)을 제안하고 해석프로그램을 개발하였다. 개발된 해석방법을 단순모델을 이용하여 검증하고 실제 사장교모델을 이용하여 손상시각 및 손상지연시간에 따른 응답의 변화를 관찰하였다. 수행된 연구결과는 향후 건축/대형구조물의 안전관리를 위한 고정밀도 이상거동 감지알고리즘을 개발하고 검증하는데 활용될 수 있다.

• Steel and Composite Structures
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• 제46권6호
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• pp.731-744
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• 2023

Vehicle load information is an important role in operating and ensuring the structural health of cable-stayed bridges. In this regard, an efficient and economic method is proposed for vehicle load detection based on the observed cable tension and vehicle position using a graph neural network (GNN). Datasets are first generated using the practical advanced analysis program (PAAP), a robust program for modeling and considering both geometric and material nonlinearities of bridge structures subjected to vehicle load with low computational costs. With the superiority of GNN, the proposed model is demonstrated to precisely capture complex nonlinear correlations between the input features and vehicle load in the output. Four popular machine learning methods including artificial neural network (ANN), decision tree (DT), random forest (RF), and support vector machines (SVM) are refereed in a comparison. A case study of a cable-stayed bridge with the typical truck is considered to evaluate the model's performance. The results demonstrate that the GNN-based model provides high accuracy and efficiency in prediction with satisfactory correlation coefficients, efficient determination values, and very small errors; and is a novel approach for vehicle load detection with the input data of the existing monitoring system.

• 한국지진공학회논문집
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• 제7권1호
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• pp.17-29
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• 2003

본 연구에서는 수동, 능동, 반능동 및 복합 시스템과 같은 다양한 제어시스템의 효율성을 미국토목학회에서 제시한 지진하중을 받는 첫번째 벤치 마크 사장교을 이용해 조사하였다. 이 벤치마크 문제는 2003년 완공 예정으로 미국 Mississippi주에 건설중인 Bill Emerson Memorial교를 대상 구조물로 고려하였다. Bill Emerson Memorial 교는 New Madrid 지진구역에 위치하고 Wississippi 강을 횡단하는 주요 교량이라는 점 때문에 설계 단계에서부터 내진설계가 고려되었다. 사장교의 상세한 설계도면에 기초해 교량의 복잡한 거동을 나타낼 수 있는 3차원 선형모델과 각 제어시스템의 성능을 평가하기 위한 18개의 평가기준이 개발되었다. 본 연구에서는 네 종류의 수동제어 시스템, 한 종류의 능동제어 시스템, 두 종류의 반능동제어 시스템 밑 세 종류의 복합제어 시스템이 고려되었다. 수치해석 결과 모든 제어시스템은 지진하중을 받는 벤치마크 사장교의 응답을 감소시켰다. 그러나, 수동제어 시스템의 경우에는 뛰어난 제어성능을 얻기 위해서 다른 제어시스템에 비해 커다란 제어력을 필요로했다. 강인성에 관한 수지해석 결과에 따르면, 수동, 반능동 및 복합제어 시스템이 구조물 강성의 불확실성에 대해 강인함을 보였다. 따라서, 반능동 및 복합제어 시스템이 토목구조물과 같은 대형구조물의 실제 적용에 보다 적절하다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제6권4호
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• pp.51-63
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• 2002

본 논문에서는 지진하중을 받는 사장교의 진동제어 기법 개발을 위해 제공된 벤치마크 사장교에 복합제어 기법을 적용하였다. 이 벤치마크 문제는 2003년 완공 예정으로 미국 Missouri 주에 건설중인 Cape Girardeau 교를 대상 구조물로 고려하였다. Cape Girardeau 교는 New Madrid 지진구역에 위치하고 Mississippi 강을 횡단하는 주요 교량이라는 점 때문에 설계 단계에서부터 내진 문제를 중요하게 고려하였다. 벤치마크 문제에는 사장교의 상세한 설계도면에 기초해 교량의 복잡한 거동을 나타낼 수 있는 3자원 선형모델과 각 제어기법의 성능을 평가하기 위한 18개의 평가기준이 제시되어 있다. 본 연구에서 적용한 복합제어 기법은 지진하중으로 인해 구조물에 발생되는 하중을 줄이기 위한 수동제어 기법과 상판변위와 같은 구조물의 응답을 추가적으로 제어하기 위한 능동제어 기법이 결합된 제어 방법이다. 수동제어 장지로는 납고무받침을 사용하였고 Bouc-Wen 모델을 사용하여 비선형 거동을 고려 할 수 있도륵 모델링 하였다. 능동제어 장치로는 이상적인 hydraulic actuators 가 사용되었으며 제어 알고리듬은 $H_2$/LQG 를 적용하였다. 수치해석 결과 제안방법의 성능은 수동제어 방법에 비해 매우 효과적이며, 능동제어 방법에 비해서는 약간 좋은 제어성능을 나타내었다. 복합제어 방법은 수동제어 부분 때문에 능동제어 방법에 비해 보다 신뢰할 수 있는 제어 방법이다. 따라서 제안된 제어방법은 지진하중을 받는 사장교의 제어를 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2003년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.509-516
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• 2003

In tile design of base isolation system for building and short-span bridge, shift of the natural period of the structure is main objective. But, most long-span bridges such as a cable-stayed bridges have a number of long-period modes due to their flexibility and small structural damping. thus the design concept of base isolation system for building and short-span brigde may be difficult to use directly to these structures. However, the effectiveness of LRB for cable-stayed bridges is indicated by Ali and Abdel-Ghaffar. In this study, the design procedure and guidelines of LRB for a seismically excited cable-stayed bridge are investigated. The design properties of LRB are chosen that the design index(DI) is minimized or little changed for variation of properties. This result show that the stiffer rubber and bigger lead core size are need to cable-stayed bridges. And the seismic performance of designed LRB is also investigated. The consequences show that the perforamnce of designed LRB is better than that of Naeim-Kelly mettled designning LRB for general building structures. Moreover, the design properties of LRB are researched to several diffrent dominant frequency of earthquake. The results present that the plastic and elastic stiffness of LRB are affected by the dominant frequency of earthquake.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.129-139
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• 2005

The focused topic according to be slender and longer of cable stayed bridge's main span is as follows (1) Aerodynamic stability (2) Lateral movement of stiffening girder caused by wind force during and after construction (3) Global bucking of stiffening girder caused by axial force Among this, the number 3 has not received much attention in the past due to high buckling safety factor of stiffening girder. However, according to be slender of stiffening girder, the topic of buckling stability of girder is not any more unconcerned subject. The purpose of this paper is to examine the effect of stay cable's nonlinear behavior on the buckling stability of cable-stayed bridge.