• Steel and Composite Structures
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• 제29권2호
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• pp.161-173
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• 2018

Point bending is often used for cambering and curving structural steel girders. An analytical solution, applicable in the elasto-plastic range only, that relates applied loads to the desired curve was recently developed for inducing horizontal curves using four-point bending. This solution does not account for initial residual stresses and geometric imperfections built-in hot-rolled sections. This paper presents results from a full-scale test on a hot-rolled steel section curved using four-point bending. In parallel, a numerical analysis, accounting for both initial geometric imperfections and initial residual stresses, was carried out. The models were validated against the experimental results and a good agreement for lateral offset and for strain in the elasto-plastic and post-plastic ranges was achieved. The results show that the effect of initial residual stresses on deformation and strain is minimal. Finally, residual stresses due to cold bending calculated from the numerical analysis were assessed and a revised stress value for the service load design of the curved girder is proposed.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권5A호
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• pp.407-415
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• 2010

현재 국내에서 설계되고 있는 40~70 m 지간의 강도로교 90% 이상이 박스거더교 형식이며 박스거더교는 휨 강성과 비틀림 강성이 뛰어나 장경간이나 곡선을 갖는 교량 형식으로 적합할 뿐만 아니라 가설현장에서의 작업을 최소화 할 수 있어 현장 안전관리 면에서도 유리한 구조형식이다. 그러나 박스거더는 상하 플랜지와 복부판이 수직, 수평보강재로 보강되는 구조로 부재량과 용접량이 많이 소요되어 비경제적인 교량 형식으로 많이 지적되어 왔다. 따라서, 미국이나 일본에서는 상대적으로 부부재를 줄일 수 있는 보다 경제적인 플레이트거더교가 일반적으로 적용되고 있다. 이러한 플레이트거더교의 한 형식인 소수주거더교는 강합성교량의 합리화를 위해 많이 채용되는 형식으로, 주거더 간격을 종래의 3 m 정도에서 2배 정도인 6 m 이상으로 증가하여 주거더의 개수를 최소화시키는 경제적인 교량형식이다. 또한, 거더 단면의 단순화를 위하여 거더의 복부판에 부착되는 수평보강재와 수직보강재를 최대한 생략할 수 있다. 2주거더교는 소수주거더교의 대표적인 형식으로, 유효폭 10 m 전후의 교량에 적합하여 프랑스를 중심으로 유럽에서는 1960년대부터 본격적으로 개발되어왔다. 국내에서는 소수주거더교 적용시 안전율 확보를 위해 유럽이나 일본 등에 비해 많은 강재량을 사용하고 있으며, 설계자들의 친밀도 부족과 박스거더교에 비해 복잡한 설계 등과 같은 여러가지 실무적용 차원에서 적용이 제한되고 있는 실정이다. 이 연구에서는 합리화 강교량 형식인 소수주거더교의 제작방법을 개선하고 구속콘크리트를 활용하여 강교량에서 공사비와 직결되는 강중을 줄일 수 있는 신형식 강합성거더(Turn Over Composite Girder) 구조형식을 제안하고자 한다. 또한 실물 크기인 20 m 단면회전방법을 적용한 강합성 거더시험체 및 교량시험체를 제작하여 제작성을 평가하고 구조성능 실험을 하여 구조안전성을 평가하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.1327-1336
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• 2013

본 논문은 파형 복부판이 수평 곡선 I형 거더의 극한 거동에 미치는 영향을 다룬다. 파형 복부판은 기하학적 특성에 따라 플레이트 거더의 비틂 및 뒴 강성 증진을 위해 적용이 가능하다. 그동안 파형 복부판이 일반 직선 거더의 극한 거동에 미치는 영향을 다룬 많은 연구들이 있었으나, 면외 방향 거동이 주요하게 나타나는 곡선 거더의 극한 거동에 미치는 영향에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 이 연구에서는 비탄성-비선형 해석을 통해 파형 복부판 수평 곡선 I형 거더의 극한 거동을 다룬다. 본 해석 연구에서는 파형 복부판을 갖는 곡선 거더의 극한 거동에 영향을 미칠 수 있는 기하학적 인자로써, 곡선 거더의 횡방향 비지지 길이와 사잇각, 복부판의 파고 및 파장이 주요 매개변수로 고려되었다. 본 해석 연구를 통해, 각 매개변수 변화에 따른 극한 거동 및 내하력 변화를 분석하고, 일반 판형 복부판이 적용된 거더의 내하력과 비교하여 파형 복부판이 내하력 증진에 미치는 영향을 도출하였다. 본 해석 결과에 따르면, 높은 비틂 및 뒴 강성에 의해 파형 복부판은 곡선 거더의 내하력 증진에 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 곡선 거더의 곡률 또는 사잇각이 작은 경우, 파형 판의 아코디언 효과에 의해 오히려 내하력이 감소될 수 있다는 것 또한 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제10권1호
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• pp.205-215
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• 2006

본 연구는 3차원 쉘요소를 이용한 유한요소해석을 통해 다이아프램으로 보강된 곡선 강박스거더교의 거동을 분석하였다. 매개변수연구를 통해 기존의 제안식과 비교함으로써 모델링의 타당성을 검증하였고, 뒤틀림 응력에 크게 영향을 미치는 인자는 중심내각, 지간길이, 다이아프램간격임을 확인하였다. 또한, 다이아프램의 간격, 개구율, 형상을 변수로 하여 해석한 결과에서는 지간이 30m, 곡률 반경이 40m인 해석모델에 대한 적정 다이아프램간격은 5m인 것으로 나타났다. 다이아프램의 형상 효과에 대해서는 라멘식 다이아프램의 경우가 개구율 0.4~0.6의 범위에서 개구부가 없는 충복판식 다이아프램보다 휨과 뒤틀림의 응력비가 낮아 거동에 유리한 것으로 나타났으며, 충복판식 다이아프램과 X형 트러스 방식의 다이아프램 비교에서는 동일한 강성을 가지더라도 충복판식 다이아프램이 뒤틀림응력을 보다 효과적으로 제어하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제78권2호
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• pp.125-134
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• 2021

In this paper, the effects of Tuned Mass dampers (TMDs) on the reduction of the vertical vibrations of a real horizontally curved steel box-girder bridge due to different traffic loads are numerically investigated. The performance of TMDs to reduce the bridge vibrations can be affected by the parameters such as dynamic characteristics of TMDs, the location of TMDs, the speed and weight of vehicles. In the first part of this study, the effects of mass ratio, damping percentage, frequency ratio, and location of TMDs on the performance of TMDs to decrease vertical vibrations of different sections of bridge deck are evaluated. In the second part, the performance of TMD is investigated for different speeds and weights of traffic loads. Results show that the mass ratio of TMDs is the more effective parameter in reducing imposed vertical vibration in comparison with the damping ratio. Furthermore, it is found that TMD is very sensitive to its tuned frequency, i.e., with a little deviation from a suitable frequency, the expected performance of TMD significantly decreased. TMDs have a positive and considerable performance at certain vehicle speeds and this performance declines when the weight of traffic loads is increased. Besides, the results reveal that the highest impact of TMD on the reduction of the vertical vibrations is when free vibrations occur for the bridge deck. In that case, maximum reductions of 24% and 59% are reported in the vertical acceleration of the bridge deck for the forced and free vibration amplitudes, respectively. The maximum reduction of 13% is also obtained for the maximum displacement of the bridge deck. The results are mainly related to the resonance condition.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권11호
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• pp.520-526
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• 2019

플레이트 거더교에서 I형은 매우 경제적인 단면으로 넓게 적용되고 있으며 지금까지 복합적층의 패널, 폐단면 리브로 보강된 곡판, 새로운 형태의 리브, 새로운 형식의 강박스거더 압축플랜지 개발 등의 좌굴거동에 대한 연구가 활발히 진행되었다. 하지만 이는 I형 거더의 복부판에서 발생한 국부좌굴의 원인을 정확하게 분석하는데 한계가 있었다. 따라서 본 논문에서는 실제 적용된 I형 거더의 복부판이 도로교설계기준에서 제시하는 최소두께 기준의 만족여부와 보강전과 후에 대하여 유한요소해석 프로그램 LUSAS 17.0을 사용하여 모델링하고 고정하중과 활하중에 대한 선형탄성 좌굴 해석을 수행 후 좌굴발생의 원인을 분석하였다. 보강 전은 1mode의 고유치(λ₁) 값이 0.7025로 임계좌굴하중이 작용하중보다 작아 좌굴이 발생하였지만 보강 후는 거더 지점부의 복부판에 수직 및 수평보강재를 추가함에 따라 여기에 Nodal line이 형성되고 좌굴에 대한 저항강도가 증가하여 1mode의 고유치(λ₁) 값이 1.5272로 좌굴하중에 대한 안정성을 확보한 것으로 분석되었다. 또한 지점부의 좌굴 흔적을 개선하기 위해 복부판의 일부에 덧댐판을 추가한 보강방안에 대한 좌굴해석 결과 1mode의 좌굴이 복부판의 지점부가 아닌 중앙부에서 발생하였고 고유치(λ₁)값이 3.5299로 보강 후보다 2배 이상 커서 향후 지점부의 복부판 보강방안으로는 효과적일 것으로 기대된다.

• 한국해양공학회지
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• 제26권5호
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• pp.87-93
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• 2012

Many longitudinally-arranged pipes in ships are equipped with loops as a measure to reduce stresses caused by displacement loads conveyed from the hull girder bending and/or thermal loads of carried fluid of non-ambient temperature. But as the loops have some negative effects such as causing extra manufacturing cost and occupying extra space, the number and the dimensions of the loops need to be minimized. In the meanwhile, a design formula for pipe loops has been developed by modeling them as a spring element of which stresses and axial stiffness are calculated based on the beam theory. But as the beam theory turns out to be inappropriate to deal with the complex structural behavior in the curved corner portion of the loop, this paper aims at improving the previously developed design formula by adopting correction factors which can allow for the gap between the results of beam theory and a more accurate analysis. This paper adopts a finite element analysis with two-dimensional shell elements with some validation work for it. The paper ends with a sample application of the proposed formulas showing their accuracy and efficiency.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.1-13
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• 2009

이 논문에서는 복잡한 기하학적 형상과 비선형 특성들을 보이는 곡선 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 사장교의 극한거동을 안정적으로 예측하기 위한 비선형 해법을 제시하였다. PSC 교량 구조물의 비선형 거동 및 극한거동을 예측하기 위한 해법으로서 하중제어법(load control strategy)과 변위제어법(displacement control strategy)을 적용하였다. 콘크리트의 과다한 균열과 재료상태 및 케이블 장력의 급격한 변화로 인해 불평형력(unbalanced load)이 크게 변화하여 이들 두 해법으로 해를 구할 수 없는 경우에 대한 대안으로서 불평형력을 적정한 비율로 감소시키면서 하중제어 법을 적용하여 해를 안정적으로 구해 나가는 불평형력 감쇠(scale-down of the unbalanced load)를 적용한 하중제어법을 제시하였다. PSC 거더교의 극한해석을 수행하여 불평형력 감쇠를 적용한 하중제어법의 정당성을 평가하였다. 또한 곡선 PSC 사장교의 극한해석에 이 논문에서 제시한 비선형 해법을 적용하여 복잡한 비선형성으로 인해 해가 수렴하기 어려운 해석에도 이 해법이 유용함을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.125-135
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• 2003

BEF유사법과 Ritz의 방법을 이용한 매개변수 해석과 유사한 결과를 보이는 격벽이 없는 직선 및 곡선 강상자형 교의 3차원 모델을 구현하였고, 여기에 격벽을 추가하여 A-10, A-20, A-30, B-10, B-20, B-30모델에 대한 격벽의 적정 간격을 산정하였다. 그 결과 지간 50m의 곡선 강상자형교의 적정 격벽수는 전술한 모델의 순서대로 5개(8.3m), 7개(6.25m), 8개(5.5m), 4개(10m), 6개(7.1m), 7개(6.25m)이다. 또한 3차원 유한요소 모델을 해석한 결과를 바탕으로 뒤틀림응력과 휨응력의 비를 계산하는 수식을 제안하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제28권5호
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• pp.365-371
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• 2016

두 개의 I형 거더로 이루어진 소수주형 교량의 경우, 합성 후 슬라브와 거더가 하나의 단면으로 인식될 수 있으며, 이에 따라 평면 외방향의 휨에 대한 중립축은 강축으로 간주 될 수 있다. 따라서 자유진동 모드에서는 평면 내의 휨거동이 지배적일 것이라 쉽게 예상할 수 있다. 그러나 곡선 교량은 직선교량과 달리 초기곡률로 인하여 중력하중 하에서도 항시 비틀림 모멘트가 작용한다. 휨과 비틀림의 상호 작용은 거더의 거동을 복잡하게 하며, 때에 따라서는 비틀림 모드가 휨모드보다 지배적으로 작용할 수 있게 된다. 다시 말해, 같은 환경 하에서 곡선교량은 초기 곡률에 따라 동특성이 달라질 수 있게 된다. 현재까지 수평 곡선 거더의 자유진동에 관한 연구는 많이 이루어져 왔으나 합성 거더에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 곡률 중심각의 변화에 따른 모드 변화와 고유 주파수의 변화를 3차원 모델링을 통하여 검증 하였다. 해석 모델은 합성 전후에 대하여 작성 되었으며, 고유 주파수와 진동 모드 변화를 고찰하였다.