• Wind and Structures
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• 제39권1호
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• pp.71-84
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• 2024

The wind-resistant performance of bridges is generally evaluated based on the strip assumption. For the arch rib of arch bridges, the situation is different due to the curve axis and the variable cross-sectional size. In the construction stage, the arch rib supported by a cable system exhibits flexible dynamic characteristics, and the wind-resistant performance attracts specially attention. To evaluate the wind-induced vibration of an arch rib with the maximum cantilever state, the finite element model was established to compute the structural dynamic characteristics. Then, a three-dimensional (3D) fluid-solid coupling analysis method was realized. After verifying the reliability of the method based on a square column, the wind-induced vibration of the arch rib was computed. The vortex-induced vibration (VIV) performance of the arch rib was focused and the flow field characteristics were discussed to explain the VIV phenomenon. The results show that the arch rib with the maximum cantilever state had the possibility of VIV at high wind speeds but the galloping was not observed. The lock-in wind speeds were larger than the results based on the strip assumption. Due to the vibration of arch rib, the frequency of shedding vortices along the arch axis trended to be uniform.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권7호
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• pp.88-94
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• 2018

국내외 현수교량 주케이블의 경우, 부식을 방지하기 위해 송기시스템을 통하여 주케이블 내부 상대습도를 보통 $40%{\pm}5%$ 이하로 유지하고 있다. 국내 주케이블 송기시스템이 설치된 현수교량의 위치는 모두 지리적으로 온난다습한 기후에 노출되는 빈도가 높은 해안지역이며, 특히나 우리나라의 해안지역은 각 계절의 온도차 및 일교차가 크기 때문에 강재 부식에 더욱 열악한 조건이다. 본 연구에서는 지역별 환경분석을 수행함으로써 보편적으로 사용하고 있는 송기시스템의 가동기준 40%가 아닌 좀 더 효율적인 지역별 송기시스템 가동 기준을 수립하는데 기초자료로 활용하고자 하였다. 최근 국내에 가장 큰 영향을 끼친 태풍 BOLAVEN(2012)과 CHABA(2016) 기간의 상대습도 분포, 분석 기간(2012~2016) 중 내습한 모든 태풍의 기간을 제외한 여름철과 겨울철의 상대습도 분포, 기온과 연계한 겨울철 상대습도 분포 분석을 통해 지역별로 송기시스템 가동기준을 차별화하는 것에 대한 근거를 마련할 수 있었다. 미래 기후변화로 인한 해수면 온도 상승 및 강수량 증가의 영향을 고려할 때 더욱더 객관적인 지역별 송기시스템 가동기준이 필요할 것으로 판단되며, 이는 추후 현수교 주케이블의 송기시스템 가동에 대한 경제적 효율성을 높일 수 있을 것으로 사료된다.

• Steel and Composite Structures
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• 제52권6호
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• pp.695-711
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• 2024

Suspension bridges are critical to urban transportation, but those in earthquake-prone areas face unique challenges. In the event of a moderate or strong earthquake, conventional linear theory-based approaches for detecting bridge damage become inadequate. This study presents an efficient method for identifying damage in suspension bridges using time history nonlinear inelastic analysis. A practical advanced analysis program is employed to model cable-supported bridges with low computational cost, generating a dataset for four hybrid models: PSO-DT, PSO-RF, PSO-XGB, and PSO-CGB. These models combine decision tree (DT), random forest (RF), extreme gradient boosting (XGB), and categorical gradient boosting (CGB) with particle swarm optimization (PSO) to capture nonlinear correlations between displacement response and damage. Principal component analysis reduces dataset dimensions, and PSO selects the optimal model. A numerical case study of a suspension bridge under simulated earthquake conditions identifies PSO-XGB as the best model for predicting stiffness reduction. The results demonstrate the method's robustness for nonlinear damage detection in suspension bridges under earthquake excitation.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.747-761
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• 2011

본 논문에서는 강사장교의 케이블이 단선된 후 정역학적인 구조 거동 및 극한 거동 변화에 대해 기술한다. 사장교의 케이블은 화재, 차량의 충돌, 케이블 본선 및 정착구의 피로에 의해 단선이 가능하다. 이에 더하여 필요시 케이블의 교체 작업 시 일시적인 단선이 나타날 수 있다. 케이블이 구조물 본체에서 단락되면 결과적으로 케이블이 분담해야할 힘을 지지하지 못하여 이 힘은 다른 구조체로 전달되고 결과적으로 구조 상태의 변화가 발생한다. 그리고 케이블의 단선은 결국 구조물의 지지력의 손실을 의미하므로 케이블 단선 후 구조물의 내하력이 저하될 것이다. 본 연구에서는 엄밀한 비선형 유한요소해석 이론을 근간으로 하여 케이블 단선 후 구조물의 새로운 평형상태를 찾는 단선 해석기법을 제시한다. 그리고 케이블이 단선된 후 활하중에 대한 구조물의 극한거동을 해석할 수 있는 극한 해석 기법 역시 제시한다. 보다 합리적인 해석 연구를 위해 본 연구에서는 초기형상해석, 케이블 단선해석, 활하중에 대한 비선형해석을 순차적으로 수행하는 총 세단계의 해석 절차를 거친다. 본 해석기법을 이용하여 각 케이블의 단선이 사장교의 구조 상태 및 극한 거동의 변화에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.219-229
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• 2003

타정식 및 자정식 현수교의 정확한 초기형상을 결정하기 위하여 초기부재력법과 TCUD법을 효과적으로 결합시킨 개선된 해석 방법을 제시한다. 먼저 기하학적 선형해석을 수행하여 장력의 초기값을 가정한다. 이제 케이블의 무응력길이를 변수로 취급하여 TCUD법에 근거한 반복계산이 이루어진다. 수렴이 되면 현수교의 주탑 및 보강형의 축방향 변위를 제거하기 위하여, 케이블의 장력과 주탑, 보강형의 압축력, 그리고 주케이블의 절점 수직변위의 수렴된 값은 이용하고 나머지 부재력과 좌표값은 초기값으로 재조정하여 초기부재력법을 적용한다. 케이블요소의 모델링에서 무응력길이를 변수로 추가함으로써 주케이블 및 행어 정착부의 변위와 주탑의 수평변위를 설계목적에 적합하도록 제어하여 휨모멘트를 최소화하였고, 초기부재력법을 결합시켜 보강형, 주탑의 축방향변위가 발생하지 않는 해석결과를 얻을 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권1호
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• pp.74-79
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• 2020

케이블지지 교량 건설의 증가로 인하여 이러한 시설물의 안전 점검에 대한 관심도 점차 증가하고 있다. 케이블지지 교량에서는 주 부재인 케이블의 성능 평가가 필수적으로 이루어져야 함에 불구하고, 기존의 점검 방식으로는 다양한 제한적인 요인 때문에 적절한 점검이 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 케이블 점검 로봇 제작이 필요하고, 본 연구에서는 기존의 개발된 케이블 점검 로봇의 성능을 향상시켜서 로봇의 운용 효율성을 높이는데 주목적을 두었다. 성능 보완 요소로는 대 구경 케이블(>200mm)에도 적용할 수 있도록 로봇의 가용범위를 조절할 수 있도록 하였으며, 주행능력도 향상시켜 점검의 효율성을 향상시켰다. 케이블의 내부 손상을 점검하기 위해 전자기센서를 탑재하였고, 실내 실험을 통해 다양한 케이블 손상 유형에 따른 손상 검출 시험을 실시하였다. 추가로 현재 공용중인 교량에서 현장 성능평가를 실시하였다. 그 결과로 본 연구에서 개발된 케이블 점검 로봇은 주행속도에서는 ~0.2m/s로 기존의 점검 로봇에 비해 향상된 주행 능력을 보였으며, 케이블 내부 손상 점검 실험에서는 케이블 손상 부분을 검출을 할 수 있었다. 마지막으로, 케이블 점검 로봇의 현장 검증 실험에서는 실내 실험과 같은 성능을 보이는 것을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권5호
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• pp.313-322
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• 2019

교량에서의 화재는 최근까지도 빈번하게 발생되고 있으며, 특히 케이블교량에서 화재가 발생될 시 케이블에 높은 온도상승으로 인해 케이블에 손상 및 파단이 발생될 수 있다. 본 연구에서는 케이블교량에서 발생될 수 있는 화재 시나리오를 설정하였다. 또한 실물차량 화재실험 결과를 토대로 화재강도모델을 제안하여 대상교량 케이블의 열전달 해석을 수행하였다. 해석 결과 단면적이 작은 케이블에서 더 높은 온도상승이 발생되며, 유조차를 제외한 차종의 경우 내화 성능 기준을 초과하지 않는 결과를 나타내었다. 유조차 화재의 경우 갓길에서 발생될 때 최소 단면적 케이블에서 내화 성능 기준을 초과하는 결과를 보이며, 기준을 초과하는 케이블의 높이는 약 14m로 나타나 이에 따른 대책 및 내화 보강의 필요성을 확인하였다. 본 연구결과를 통해 케이블교량에서 화재가 발생될 때 케이블의 온도변화에 대한 간접적인 평가가 가능한 것을 확인하였으며, 향후 화재 발생 시 바람에 영향을 고려한 열전달 해석과 케이블의 온도상승 시 교량의 사용성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제19권2호
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• pp.123-139
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• 2005

An automatic modal identification program is developed for continuous extraction of modal parameters of three cable-supported bridges in Hong Kong which are instrumented with a long-term monitoring system. The program employs the Complex Modal Indication Function (CMIF) algorithm for identifying modal properties from continuous ambient vibration measurements in an on-line manner. By using the LabVIEW graphical programming language, the software realizes the algorithm in Virtual Instrument (VI) style. The applicability and implementation issues of the developed software are demonstrated by using one-year measurement data acquired from 67 channels of accelerometers permanently installed on the cable-stayed Ting Kau Bridge. With the continuously identified results, variability in modal vectors due to varying environmental conditions and measurement errors is observed. Such an observation is very helpful for selection of appropriate measured modal vectors for structural health monitoring use.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제6권2호
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• pp.97-104
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• 2015

Compared with a strong axial rigidity due to large intial tension, cable has a weak laterally flexural rigidity. A variety of dynamic loads such as traffic loads and wind loads etc. cause the cables to vibrate significantly and affect the mechanical properties and the performance of cables. Therefore, vibration reduction design is an urgent task to control the vibration of cable-supported bridges. Because a various kind of dampers have shown to reduce the amplitude and duration time of vibration of cable from measured date in field test, damper can be considered that it is effective device significantly to reduce the amplitude and duration time in vibration of cable. Vibration characteristics of cable can change according to manufacturing method and type of established form, and damper has been designed according to distribution of natural frequencies and vibration modes. In this study, numerical analysis is used to show the reduction effects of vibrations and present the design of damper for vibration reduction of cable.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권3호통권70호
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• pp.355-363
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• 2004

선행연구에서 개발된 개선된 초기형상해석법을 이용하여 케이블지지교량의 초기장력과 보강거더, 주탑의 축방향 압축력을 구하였으며, 이를 이용하여, 케이블 지지교량의 전체 시스템에 대한 좌굴해석을 할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 케이블은 트러스요소, 주탑과 보강거더는 보-기둥요소로 모델링하고 대응하는 탄성 및 기하강성행렬을 제시하였다. 초기평형해석을 통하여 얻은 부재력을 이용하여 좌굴파라미터값을 결정하고 이에 대응하는 각 주요부재의 좌굴하중을 산정하고 유효좌굴길이를 구한다. 사장교 및 자정식 현수교에 대하여 결과를 제시하였으며, 결론적으로 이렇게 구한 유효좌굴길이는 축방향력 및 휨모멘트를 동시에 받는 케이블 지지교량의 부재의 안정성 검토에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.